氦中二氧化氮气体标准物质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种氦中二氧化氮气体标准物质，其制备方法包括如下步骤：(1)测定原料气纯度；(2)气瓶预处理；(3)采用称量法，以高纯氦气稀释高纯一氧化氮，然后添加高纯氧气，制得中间气；(4)以高纯氦气逐级稀释中间气，制得氦中二氧化氮气体标准物质；(5)对制得的氦中二氧化氮气体标准物质进行均匀性考察和稳定性考察并对其进行定值。本发明专利技术提供的制备方法可以有效防止充装过程中形成四氧化二氮二聚体以及防止二氧化氮分解，制得的氦中二氧化氮气体标准物质的相对扩展不确定度为2％(k＝2)，均匀性和稳定性好，可满足超低温冷却、气相分析、焊接、等离子干刻、食品医疗等行业对氦中二氧化氮的检测需求。

Nitrogen dioxide gas reference material in helium and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
氦中二氧化氮气体标准物质及其制备方法和应用
本专利技术属于气体标准物质
，具体涉及一种氦中二氧化氮气体标准物质及其制备方法和应用。
技术介绍
氦原子核质量只有4，仅由两个质子和两个中子构成，是一种非常稳定的元素。氦的重要特性包括：极难发生化学反应、不具有放射性、不可燃烧、无毒等，最关键的是，氦的沸点低至4.2开尔文，即零下268摄氏度，十分接近宇宙中的温度下限——绝对零度。除氦外，其它元素在该温度下都不可能保持液体状态。氦气是目前唯一一种具有上述特性、且能够为人们所用的的物质。对于航天、国防科技、高科技制造业、火箭引擎测试、焊接、商业潜水、粒子加速器磁铁、光纤、半导体芯片而言，氦气是不可或缺的。在医疗领域，由于氦气在血液中的溶解度很低，因此可以加到氧气中防止减压病，作为潜水员的呼吸用气体，或用于治疗气喘和窒息。另外，氦气也可以用于超低温冷却、气相分析、焊接、等离子干刻等。目前我国对氦中氮氧化物的检测研究较少，不能满足对氦产品中二氧化氮含量的检测及溯源要求。根据国家标准物质资源共享平台提供的相关数据，目前我国已有的以氦气为底气的或以二氧化氮为目标气的气体标准物质较为丰富，包括氦中氢、氦中二氧化硫、氦中一氧化碳、氦中氧、氦中氖、空气中二氧化氮、氮中二氧化氮等气体标准物质。但是，氦中二氧化氮气体标准物质在现有技术中未见报道。称量法是国际上公认的制备混合气体标准物质的方法。潘义等公开了以高纯氮气和高纯二氧化氮为原料气、采用称量法制备并计算定值，研制(10～5000)μmol·mol-1氮中二氧化氮气体标准物质的方法，其制得的氮中二氧化氮气体标准物质的相对扩展不确定度为3％(k＝3)(氮中二氧化氮气体标准物质的研制[J].化学研究与应用,2012,24(5):816-820.)。但是，采用称量法制备以二氧化氮为目标气的气体标准物质时，直接充装二氧化氮易形成四氧化二氮二聚体，从而影响制得的气体标准物质的性能。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法，以解决上述技术问题中的至少一个。本专利技术的另一个目的在于提供上述氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法制得的氦中二氧化氮气体标准物质，以解决上述技术问题中的至少一个。本专利技术的又一目的在于提供上述氦中二氧化氮气体标准物质在检测氦中二氧化氮含量中的应用，以解决上述技术问题中的至少一个。根据本专利技术的一个方面，提供了一种氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法，包括如下步骤：(1)测定高纯氦气、高纯氧气和高纯一氧化氮的纯度；(2)对气瓶进行预处理；(3)采用称量法，以高纯氦气稀释高纯一氧化氮，然后按一氧化氮和氧气的摩尔比为1：(10～15)的比例添加高纯氧气，滚动混匀，静置6～12h，得中间气；(4)采用称量法，以高纯氦气逐级稀释中间气，滚动混匀，静置6～12h，得氦中二氧化氮气体标准物质；(5)进行均匀性考察和稳定性考察，分析定值的相对扩展不确定度，对步骤(4)制得的氦中二氧化氮气体标准物质进行定值。本专利技术采用称量法，以高纯氦气、高纯氧气和高纯一氧化氮为原料气，制备时，先充装高纯一氧化氮，再充装高纯氦气，以高纯氦气稀释高纯一氧化氮，然后再充装高纯氧气，使高纯一氧化氮在气瓶中与高纯氧气反应生成二氧化氮，利用氧化法间接配制氦中二氧化氮气体标准物质，通过避免直接充装二氧化氮，解决了直接充装二氧化氮时二氧化氮由于充装过程中压力和温度增加而形成四氧化二氮二聚体的问题，提高了氦中二氧化氮气体标准物质的稳定性。同时，本专利技术制备方法中，添加过量的氧气能有效防止二氧化氮分解，保证二氧化氮的稳定性，使研制的氦中二氧化氮气体标准物质具有良好的性能。气体标准物质的制备通常需要高纯原料气以及在高度受控的条件下制备，因此，本申请在确定原料气来源后，还对原料气纯度进行了进一步分析。本专利技术制备气体标准物质前，对原料气高纯氦气、高纯氧气和高纯一氧化氮的纯度进行了测定和分析，且本专利技术氦中二氧化氮气体标准物质制备过程中所使用的仪器及称量设备均校准，保证测量每个环节都可以不间断的溯源到国际单位制。此外，本专利技术还对制得的氦中二氧化氮气体标准物质进行定值不确定度评定以及进行均匀性考察和稳定性考察，对氦中二氧化氮气体标准物质进行定值，以满足氦中二氧化氮检测的一致性及溯源性要求。在一些实施方式中，步骤(2)中，对气瓶进行预处理可以包括如下步骤：将气瓶加热至设定温度后，对气瓶进行抽真空处理，然后用高纯氦气对气瓶进行吹扫，继续抽真空处理6～10h至真空度小于5Pa。由此，可以保证气瓶的清洁度和降低制得的气体标准物质中的杂质含量。在一些实施方式中，设定温度可以为75～85℃。在一些实施方式中，步骤(3)和步骤(4)中，滚动混匀的转速可以为5000～6000r/h，时间可以为0.5～2h。由此，可以使各组分气体在气瓶中充分反应以及混合均匀，并长期保持均匀稳定。在一些实施方式中，步骤(3)中，中间气的浓度可以为1～2％mol/mol。在一些实施方式中，步骤(4)中，氦中二氧化氮气体标准物质的浓度可以为(10～1000)×10-6mol/mol。即，通过本专利技术的制备方法，可以制得浓度为(10～1000)×10-6mol/mol的氦中二氧化氮气体标准物质。在一些实施方式中，步骤(4)中，制备浓度为(300～1000)×10-6mol/mol的氦中二氧化氮气体标准物质时，中间气的稀释次数可以为1次；制备浓度为(50～300)×10-6mol/mol的氦中二氧化氮气体标准物质时，中间气的稀释次数可以为2次；制备浓度为(10～50)×10-6mol/mol的氦中二氧化氮气体标准物质时，中间气的稀释次数可以为3次。由此，通过逐级稀释的方式，可以获得定值准确、量值可靠的低浓度氦中二氧化氮气体标准物质。在一些实施方式中，定值的相对扩展不确定度包括浓度量值不确定度、化学反应引入的不确定度、均匀性引入的不确定度、稳定性引入的不确定度。其中，浓度量值不确定度包括称量过程引入的不确定度、原料气纯度引入的不确定度和摩尔质量引入的不确定度。根据本专利技术的另一个方面，提供了上述氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法制得的氦中二氧化氮气体标准物质。本专利技术提供的氦中二氧化氮气体标准物质的相对扩展不确定度为2％(k＝2)，均匀性和稳定性好，可用于检测超低温冷却、气相分析、焊接、等离子干刻、食品医疗等所用的氦气中的二氧化氮含量，满足超低温冷却、气相分析、焊接、等离子干刻、食品医疗等行业对氦中二氧化氮的检测需求。附图说明图1～2为高纯氦气的杂质分析图谱，其中，图1中标记的色谱峰为N2(2.35)，图2中标记的色谱峰由左至右分别为：H2(0.53)、O2(1.13)、CH4(3.67)、CO2(4.56)；图3～4为高纯氧气的杂质分析图谱，其中，图3中标记的色谱峰由左至右分别为：H2(0.53)、CH4(3.93)、CO2(4.61)，图4中标记的色谱峰为N2(2.48)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)测定高纯氦气、高纯氧气和高纯一氧化氮的纯度；/n(2)对气瓶进行预处理；/n(3)采用称量法，以高纯氦气稀释高纯一氧化氮，然后按一氧化氮和氧气的摩尔比为1：(10～15)的比例添加高纯氧气，滚动混匀，静置6～12h，得中间气；/n(4)采用称量法，以高纯氦气逐级稀释中间气，滚动混匀，静置6～12h，得氦中二氧化氮气体标准物质；/n(5)进行均匀性考察和稳定性考察，分析定值的相对扩展不确定度，对步骤(4)制得的氦中二氧化氮气体标准物质进行定值。/n

【技术特征摘要】
1.氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测定高纯氦气、高纯氧气和高纯一氧化氮的纯度；
(2)对气瓶进行预处理；
(3)采用称量法，以高纯氦气稀释高纯一氧化氮，然后按一氧化氮和氧气的摩尔比为1：(10～15)的比例添加高纯氧气，滚动混匀，静置6～12h，得中间气；
(4)采用称量法，以高纯氦气逐级稀释中间气，滚动混匀，静置6～12h，得氦中二氧化氮气体标准物质；
(5)进行均匀性考察和稳定性考察，分析定值的相对扩展不确定度，对步骤(4)制得的氦中二氧化氮气体标准物质进行定值。


2.根据权利要求1所述的氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述对气瓶进行预处理包括如下步骤：将气瓶加热至设定温度后，对气瓶进行抽真空处理，然后用高纯氦气对气瓶进行吹扫，继续抽真空处理6～10h至真空度小于5Pa。


3.根据权利要求2所述的氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法，其特征在于，所述设定温度为75～85℃。


4.根据权利要求1所述的氦中二氧化氮气体标准物质的制备方法，其特征在于，步骤(3)和/或步骤(4)中，滚动混匀的转速为5000～6000r/h，时间为0.5～2h。


5.根据权利要求1～4任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦捷，贾相锐，尹强，叶丽芳，毛沅文，周阳，罗思婷，
申请(专利权)人：广东省计量科学研究院华南国家计量测试中心，
类型：发明
国别省市：广东;44