2.4　气体标准物质的制备与保存

气体标准物质也称为标准气体，是通过实验手段人工合成的气体纯净物或组分浓度已知的气体混合物，具有浓度均匀、稳定性高、量值准确等特点，具备复现、保存以及传递量值的基本作用。在物理、化学、生物与工程测量领域中用于校准测量仪器和测量过程，评价测量方法、气体分析仪器以及传感器设备的工作性能，检测实验室的检测能力。气体标准物质也常常用来做气体分析仪器、传感器设备的校准实验材料，有时也作为背景气体与目标气体进行混合。在定量检测中对各个组分气体的浓度精度要求很高，因此气体标准物对各组分浓度精准程度的要求相当严格。气体标准物质的保存方法需要根据气体的种类特性进行选择，需要考虑所保存气体是否对内壁具有腐蚀性、是否需要遮光或低温保存等因素。

2.4.1　气体标准物质的制备

气体标准物质的制备方法主要有称量法、压力比混合法、静态容量法、流量比混合法和饱和法等。

1.称量法

称量法也称为质量比混合法，是国际标准化组织推荐的一种最常用的称重配气方法。要求各个输入的组分气体是已知的，利用精密天平多次测量输气前后容器（一般采用钢瓶）的质量差，从而配制出目标浓度的气体标准物。由于受到天平精度的影响，在配制低浓度气体时一般采取多次稀释的方法，避免单次称重过小。

2.压力比混合法

压力比混合法也称为分压法，理论基础是道尔顿分压定律，根据该定律，混合气体的总压强P _total 与各个组分的分压强的代数和相等。向经过清洗并抽真空的配置钢瓶中依次注入组分气体和稀释气体，通过精密压力计分别测定每种气体输入钢瓶前后瓶内的压强差，即可配制出所需的气体标准物质。采用压力比混合法的好处是所用设备、原理都相对简单，操作方便，但缺点也很明显：道尔顿分压定律是在理想气体条件下成立的，即使对容器进行加温处理、采用高精度气压计也无法完全避免误差，因此不推荐用该方法配制浓度1%以下的组分气体，且避免多次稀释。

3.静态容量法

其基本方法是在标准大气压下用定体积管或者带有刻度的注射器采集组分气体然后注入配气容器中。除了采用容积固定的密封集气钢瓶外，还可以用集气袋作为气体保存容器，这样可以保持气路内气压与外部环境气压的一致性。静态容量法可以配制浓度较低的气体标准物质，方法简单、成本较低，但是受定体积管容量的影响每次制作的样本气体量较少，因此常被用于实验室制作临时实验用气体标准物质。

4.流量比混合法

流量比混合法属于动态配气法，是通过控制各个气体输入的流量与时间配制一定浓度的气体标准物质。输入气体的种类、浓度必须确定已知，然后通过气路中接入的流量计和阀门控制气体的输入量。

5.饱和法

饱和法是针对常温下易冷凝气体配制所使用的方法。设气体存储和使用时的环境常规温度为 T _m ，则在较高温度 T _h （T _h 一般设定比 T _m 高 5℃）下让补充气体充分接触组分凝相，然后将经过接触的气体混合物通入冷凝器使温度降至T _m （T _m 需低于露点温度）。此时近似认为处理过的混合气体中目标组分气体的分压等于T _m 温度下目标组分的蒸气压力，根据道尔顿分压定律此时组分气体在混合气体中的分压比与组分气体的体积比相等。

2.4.2　气体标准物质的保存

气体标准物质通常是为多次实验准备的（静态容量法除外），因此一次配制量较大、储存时间长，所以通常采用储气量大、可加压的钢瓶进行长期存储。制作钢瓶的材料需要选用耐腐蚀、稳定性好、强度高的金属材料，常用的是铝合金、锰钢、不锈钢等材料制作瓶身，内部的瓶壁常采用水洗、酸洗、研磨、抛光、电镀、磷化、饱和处理等工艺进行处理，根据将要存储的气体种类往往会在内壁添加抗氧化漆等表面涂层。

如果实验条件有限，配制的组分气体需求量少但种类较多的情况下还可以用玻璃容器、橡胶容器、集气袋等设备进行临时存储。但在选取容器时需要注意所存储气体是否存在与存储设备内壁发生化学反应或吸附作用的风险，两种情况都会造成存储气体中某些组分气体的浓度变化。实验室常见气体及存储材料的适用性关系如表 2-4所示 ^[1,2] ，在实验中也应该尽量避免气体与不适宜材料接触。