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在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器、呼吸器、傳感器和火災(zāi)現(xiàn)場易燃、易爆、有毒、有害氣體快速檢測儀器及其它消防產(chǎn)品的研究、開發(fā)和生產(chǎn)中, 經(jīng)常需要配制一系列物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 用以對產(chǎn)品進(jìn)行檢測和校準(zhǔn); 在火災(zāi)現(xiàn)場易燃、易爆、有毒、有害氣體物質(zhì)快速檢測中, 需要一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 作為制作標(biāo)準(zhǔn)色列或濃度標(biāo)尺的標(biāo)準(zhǔn);

在火災(zāi)原因調(diào)查中, 研究和應(yīng)用一種氣態(tài)物證的分析鑒定方法時(shí), 需配制一定濃度的被檢測物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 以試驗(yàn)不同采樣儀器的采樣效率或不同吸收液的吸收效率和鑒定方法的準(zhǔn)確性、可靠性。因此, 配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體是消防產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)和消防工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。而標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制又不同于液體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的配制, 有一定的難度。因此, 本文將重點(diǎn)介紹幾種所用儀器, 設(shè)備簡單, 易于操作, 特別適用于消防產(chǎn)品研制、生產(chǎn)和消防實(shí)際工作的標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制技術(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)氣體是指氣體狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì), 包括高純度標(biāo)準(zhǔn)氣體和混合標(biāo)準(zhǔn)氣體, 配氣主要是指配制混合標(biāo)準(zhǔn)氣體。混合標(biāo)準(zhǔn)氣體是由已知含量的一種或多種組分的氣體混合到另一種不與其發(fā)生反應(yīng)的背景氣體中而制成。標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制技術(shù)主要包括靜態(tài)配氣技術(shù)和動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)兩大類。

靜態(tài)配氣技術(shù)

靜態(tài)配氣是把一定量的液體或原料氣加到已知容積的稀釋氣體的容器中, 混合均勻。根據(jù)所加入的液體或原料氣的量和容器的容積, 即可計(jì)算出所配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度。

常用的靜態(tài)配氣技術(shù)有以下幾種。

1. 大瓶子配氣法

將大容積的玻璃瓶或聚乙烯塑料瓶洗凈、烘干, 充入干凈空氣代替瓶中原有氣體后, 抽成負(fù)壓, 再充入一定量的液體或原料氣。若原料在常溫下是氣體, 用氣體定量管加入(見圖1) , 充入干凈空氣至常壓。若原料是揮發(fā)性液體, 可在一個(gè)小安培瓶中稱取一定量的液體,放入大瓶中, 抽氣使成負(fù)壓, 再搖碎安瓶, 待液體揮發(fā)后, 再充入干凈空氣到常壓。

用大瓶子配氣時(shí), 由于器壁的吸附作用, 配成的標(biāo)準(zhǔn)氣體的實(shí)際濃度往往比計(jì)算值低。為避免這種影響,可以將第一次配好的氣體放置一段時(shí)間后抽掉, 再進(jìn)行第二次配氣。這樣可以減小瓶壁的吸附作用。

如果需要濃度更低的氣體, 在大瓶子中配氣后, 可用抽真空法再進(jìn)行稀釋。例如, 將大瓶子中的氣體壓力抽至原有壓力的一半, 然后再充進(jìn)干凈空氣至原來的壓力, 即可得到原來濃度一半的標(biāo)準(zhǔn)氣體。

2. 注射器配氣法

對于需氣量較小的工作, 用注射器配氣是很方便的。取兩個(gè)大小不等的注射器, 大注射器一般用100 毫升的, 小注射器根據(jù)配氣情況而定。配氣時(shí), 在大注射器中放一小金屬片, 將活塞推入, 再用小注射器取一定量的原料氣, 將兩注射器按圖2 連接, 把小注射器的氣體推入大注射器, 去掉小注射器和橡皮帽, 抽動(dòng)大注射器活塞, 用干凈空氣將氣體稀釋到100 毫升, 搖動(dòng)注射器中的金屬片, 使氣體混合均勻, 即得到較低濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。稀釋后的濃度可根據(jù)稀釋前后氣體體積計(jì)算出來。如果一次稀釋達(dá)不到要求, 還可進(jìn)行第二次、第三次稀釋…。進(jìn)行再次稀釋時(shí), 只要將大注射器中配好的氣體推出一部分, 然后吸入干凈空氣進(jìn)行稀釋, 即可得到更低濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。

3. 塑料袋配氣法

用100 毫升注射器或通過濕式流量計(jì)將一部分空氣注入塑料袋內(nèi), 然后按圖3 連接一個(gè)事先裝入原料氣的氣體定量管。繼續(xù)通氣將定量管中的原料氣壓入塑料袋中, 稀釋至一定體積。用手揉捏塑料袋, 使氣體混合均勻。根據(jù)加入原料氣的體積和塑料袋的充氣體積求出標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度。這種配氣方法的特點(diǎn)是: 塑料袋可大可小, 因而配氣量的大小不受容器的容積大小的限制。

標(biāo)準(zhǔn)氣體的靜態(tài)配氣技術(shù)雖有儀器設(shè)備簡單,便于操作的優(yōu)點(diǎn),但因其配氣量少,并且取氣過程中濃度會(huì)發(fā)生改變, 所以對需氣量較大或通氣時(shí)間較長的工作就不適應(yīng)了, 就要采用動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)配制標(biāo)準(zhǔn)氣體。

動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)

動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)就是能連續(xù)不斷的配制和供給一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。用動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)配制標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí), 首先需要一個(gè)能連續(xù)不斷供給原料氣的氣源, 作為這種配氣方法的氣源有鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣和滲透管等。

1. 鋼瓶氣動(dòng)態(tài)配氣法

在消防實(shí)際工作中, 所用標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度有時(shí)需要大, 有時(shí)需要小。鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣雖有不同濃度的規(guī)格供應(yīng), 但購置各種濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 不僅代價(jià)太高, 而且不一定能及時(shí)辦到。較好的辦法是購置一個(gè)濃度較高的標(biāo)準(zhǔn)氣瓶, 需要低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí), 用鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣作原料氣, 壓縮空氣(由低壓空氣鋼瓶或空壓機(jī)供給) 作稀釋氣, 將它們按圖4 連接, 就可從取氣口得到所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。

用此法配氣時(shí), 在壓縮空氣的管路中應(yīng)安裝選擇性過濾器(凈化器) , 以除去空氣中影響配氣純度的雜質(zhì)。此外配氣出口的總流量應(yīng)略大于用氣口的流量, 以保證所配氣體的濃度與純度。

2. 滲透管動(dòng)態(tài)配氣法

(1) 滲透管及滲透率的測定

滲透管是動(dòng)態(tài)配氣法中的另一種氣源, 其結(jié)構(gòu)見圖5。

在安培瓶1 中裝入產(chǎn)生原料氣的液體( 如汽油等) , 用不銹鋼加固環(huán)3將聚四氟乙烯塑料帽2和安培瓶1 的頸部緊封牢固, 塑料帽的上端是比較薄(壁厚在1 毫米以下) 的滲透面4。由于原料液體的揮發(fā)性,使安培瓶中有一定蒸氣壓, 氣體分子在蒸氣壓力的作用下, 通過滲透面向外滲透。單位時(shí)間的滲透量叫滲透率。

在一定溫度下, 滲透率的大小決定于滲透面的厚度和面積的大小等因素。滲透面越大, 壁越薄, 滲透率就越大。制作滲透管時(shí), 就是通過改變滲透面積和厚度的辦法, 以獲得不同滲透率的滲透管。

任何滲透管在使用前都必須知道其滲透率。滲透率的測定方法是: 在一干燥瓶的底部裝入粒狀氫氧化鈉, 上面蓋一層尼龍紗網(wǎng), 將滲透管放入干燥瓶中的紗網(wǎng)上。加蓋后, 滲透出來的氣體(汽油蒸氣) 就會(huì)被氫氧化鈉吸收。由于液體的蒸氣壓與溫度有關(guān), 所以滲透率也隨溫度改變而改變。因此, 在測定滲透率時(shí), 必須將干燥瓶放入恒溫水浴中, 溫度控制精度要達(dá)到±011℃。在恒溫放置過程中, 每隔一定的時(shí)間(至少12 小時(shí)) 用精密天平快速稱量滲透管一次(必須在10 分鐘內(nèi)稱完) , 相鄰兩次的重量差就是滲透管在該時(shí)間段的滲透量。測出滲透量后, 就可用下式求出該滲透管的滲透率。

實(shí)際測定時(shí), 記錄一系列稱量和時(shí)間數(shù)據(jù), 用上式計(jì)算滲透率并求其平均值。或以稱量數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo), 時(shí)間為橫坐標(biāo), 繪制滲透率的特性曲線, 所得直線的斜率即為滲透率。

2) 滲透管動(dòng)態(tài)配氣裝置

用已知滲透率的滲透管配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置如圖6 所示。

將滲透管放在氣體發(fā)生瓶中, 再將氣體發(fā)生瓶放入恒溫水浴中, 恒溫水浴的溫度要與測定滲透率時(shí)的溫度相同(一般為25±1℃) , 這樣就可不作溫度校正。

稀釋氣(壓縮空氣) 經(jīng)硅膠、活性炭和氫氧化鈉凈化器2除去水分和雜質(zhì)后, 再經(jīng)流量控制閥和流量計(jì)3 進(jìn)入氣體發(fā)生瓶7 (即混合器) 中, 將滲透出來的氣體分子帶出, 就得到標(biāo)準(zhǔn)氣體。標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度可由下式求出(在25℃和一個(gè)大氣壓下)。

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