一种氮中砷化氢气体标准物质的制备装置及方法与流程

本发明属于气体标准物质的研制制备领域，尤其是涉及一种氮中砷化氢气体标准物质的制备装置及方法。

背景技术：

标准物质(rm)referencematerial(rm)：是一种已经确定了具有一个或多个足够均匀的特性值的物质或材料，作为分析测量行业中的“量具"，在校准测量仪器和装置、评价测量分析方法、测量物质或材料特性值和考核分析人员的操作技术水平，以及在生产过程中产品的质量控制等领域起着不可或缺的作用。标准物质量值的特性和基本要求包括准确性、均匀性和稳定性，不同级别的标准物质对其均匀性和稳定性以及用途都有不同的要求。标准物质可以是纯的或混合的气体、液体或固体。在分析化学中，标准物质是溯源链的主要组成单元。砷化氢是一种无色、剧毒的可燃气体，在某些特定环境，如在潜艇舱室中，对砷化氢浓度具有一定的允许值(gjb11)。为保障官兵生命安全，对舱室中的砷化氢气体浓度进行检测是很有必要的。其中gjb533.8中给出了砷化氢的检测方法，在制作标准曲尺时需要一系列标准浓度的砷化氢气体，但目前砷化氢气体标准物质未见报道，且由于砷化氢气体含有剧毒，在制备和保存上，易出现安全问题，也不适宜采用常规方法制备。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种氮中砷化氢气体标准物质的制备装置及方法，该方法操作起来安全便捷，精确度高，并且所获得的氮中砷化氢气体标准物质具有良好的均一性和稳定性。

本发明完整的技术方案包括：

首先发明人提供了一种氮中砷化氢气体标准物质的制备装置，该装置包括混匀瓶，转移瓶，原料瓶，液氮瓶，机械滚动混匀机构，冷却槽，三通阀和质量比较仪。

其中，原料瓶置于冷却槽中，冷却槽整体置于质量比较仪上；液氮瓶置于另一质量比较仪上；

转移瓶一端通过三通阀连接原料瓶和液氮瓶，另一端连接混匀瓶，混匀瓶下方设有机械滚动混匀机构；

机械滚动混匀机构包括两侧的支架，以及连接在支架上的多根滚轴，混匀瓶置于滚轴上。

利用上述装置，发明人提供了一种氮中砷化氢气体标准物质的制备方法，该方法具体包括1)清洗装置，2)计量与转移，3)混匀等步骤，具体为：

1)清洗装置

首先对包括混匀瓶、转移瓶、连接管路、三通阀等气路系统进行清洗，去除其中可能干扰检定的杂质，清洗结束后采用纯度大于99.999％的高纯氮气进行吹扫，驱除其中的气体，随后对整个气路系统抽真空；

2)计量与转移

其中砷化氢原料的转移与计量：砷化氢原料置于原料瓶内，原料瓶置于质量比较仪上，记下转移前的读数m0(单位为克)，并开启三通阀与原料瓶之间的通路，以注射的方式将一定量的砷化氢注入转移瓶中，关闭三通阀与原料瓶之间的通路，记下转移后的读数m1(单位为克)，此时转移瓶中砷化氢的质量为m＝m0-m1。

氮气的转移与计量：氮气瓶置于电子秤上，记下转移前的读数m0(单位为克)，开启三通阀与氮气瓶之间的通路，氮气进入三通阀，并驱动液态的砷化氢原料进入混匀室，随后继续加入一定量的氮气，关闭三通阀与氮气瓶之间的通路，记下转移后的读数m1(单位为克)，此时氮气转移的质量为m＝m0-m1。完成砷化氢原料和氮气的转移与计量。

3)混匀

转移完成后，开启机械滚动混匀机构，滚轴开始转动，带动混匀瓶开始转动。在混匀瓶内的砷化氢随着温度上升，开始气化，并与氮气混匀。

4)储存

检验合乎标准后，将标准气体注入钢瓶中，计算砷化氢在室温下的饱和蒸气压p0，并使得钢瓶中所储存标准气体中的砷化氢的分压p低于p0。

为保证所制得的气体标准物质的准确度，对配制标准物质所用的砷化氢原料的纯度检测，可以采用现有的纯度检测方法如气相色谱法、卡尔·费休库仑法、icpms法、离子色谱法或dsc等方法测定砷化氢原料的纯度。

混匀完毕后，采用gc-icp-ms直接进样法对标准物质进行均匀性检验、稳定性考察。

冷却槽中设有冷却液，将原料瓶中存放的砷化氢保持在液态。

本发明相对于现有技术的优点在于：本方法填补了国内空白，采用冷却和液氮气化吹扫的方式使具有具体剧毒的气态砷化氢在转移过程保持液态，避免了其泄露造成事故的可能性同时完全无残留转移，同时使用的吹扫气体即为稀释气体，不会影响配制结果，总的氮气用量可以通过质量比较仪计量的方式获得，保证了精确性。通过低于饱和蒸汽压存储的方式，保证了标准气体具有良好的时间稳定性。

附图说明

图1为氮中砷化氢气体标准物质的制备装置结构示意图。

图中：1-混匀瓶，2-转移瓶，3-原料瓶，4-液氮瓶，5-机械滚动混匀机构，6-冷却槽，7-三通阀，8-冷却液，9-液态砷化氢，10-液氮，11、12-均为质量比较仪，13-支架，14-滚轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种氮中砷化氢气体标准物质的制备装置，如图1所示，该装置包括混匀瓶1，转移瓶2，原料瓶3，液氮瓶4，机械滚动混匀机构5，冷却槽6，三通阀7和第一质量比较仪11、第二质量比较仪12。

原料瓶3置于冷却槽6中，冷却槽6中装有冷却液8，将原料瓶中存放的砷化氢9保持在液态，冷却槽整体置于质量比较仪11上，原料瓶连接三通阀7。液氮瓶4置于第一质量比较仪12上，内存放有液氮10。液氮瓶4连接三通阀7。

三通阀7还连接转移瓶2，转移瓶2另一侧连接混匀瓶1，混匀瓶1下方设有机械滚动混匀机构5，机械滚动混匀机构5包括两侧的支架13，以及连接在支架上的多根滚轴14，混匀瓶1置于滚轴14上。

以配制100×10^-6mol/mol的氮中砷化氢气体标准物质为例，对本发明公开的方法进行进一步说明。

本发明所公开了的氮中砷化氢气体标准物质的制备方法，具体来说包括计量、转移、混匀等，首先为保证所制得的气体标准物质的准确度，必须首先保证配制原料的纯度符合要求，因此要对配制标准物质所用的砷化氢原料的纯度检测，可以采用现有的纯度检测方法如气相色谱法、卡尔·费休库仑法、icpms法、离子色谱法或dsc等方法测定砷化氢原料的纯度。

随后对包括混匀瓶、转移瓶、连接管路、三通阀等气路系统进行清洗，去除其中可能干扰检定的杂质，清洗结束后采用纯度大于99.999％的高纯氮气进行吹扫，驱除其中的气体，随后对整个气路系统抽真空。

砷化氢原料的转移与计量：砷化氢原料置于冷却槽中的原料瓶内，冷却槽置于质量比较仪上，记下转移前的读数m0(单位为克)，并开启三通阀与原料瓶之间的通路，以注射的方式将液态砷化氢转移到转移瓶中，当质量比较仪的读数m1＝m0-0.07793克时停止注射，关闭三通阀与原料瓶之间的通路。

氮气的转移与计量：液氮瓶置于质量比较仪上，记下转移前的读数m0(单位为千克)，开启三通阀与液氮瓶之间的通路，液氮进入三通阀，并迅速气化，驱动液态的砷化氢原料进入混匀瓶，此时的液氮虽然气化为氮气，但仍具有相当低的温度，冷却砷化氢原料使之保持液态，随后继续加入气化的液氮，当质量比较仪的读数m1＝m0-280.13g时，关闭三通阀与液氮瓶之间的通路。完成砷化氢原料和氮气的转移与计量。

转移完成后，开启机械滚动混匀机构，滚轴开始转动，带动混匀瓶开始转动。在混匀瓶内的砷化氢随着温度上升，开始气化，并与氮气混匀。

混匀完毕后，采用gc-icp-ms直接进样法对标准物质进行均匀性检验、稳定性考察。

检验合乎标准后，将标准气体注入gb5099中规定的标准钢瓶中，计算砷化氢在室温下的饱和蒸气压p0，并使得钢瓶中所储存标准气体中的砷化氢的分压p低于p0，采用这种方式，可以使配制好的标准气体中的砷化氢在常温下保持气态，提高了气体的稳定性。

由于砷化氢在常温下为气态且有剧毒，为避免在转移过程中气态砷化氢的泄露造成安全事故，本发明采用冷却的方式使其在转移过程保持液态，避免了其泄露的可能性。同时通过液氮气化驱动吹扫的方式，液氮气化后的低温氮气既有气体的吹扫驱动能力保证砷化氢完全无残留转移，又保持低温，在砷化氢的沸点以上，使转移过程的砷化氢保持在液态。进一步保证了安全性，同时使用的吹扫气体即为稀释气体，不会影响配制结果，同时总的氮气用量可以通过质量比较仪计量的方式获得，保证了精确性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。