郑海明 刘海喆 田昕怡 焦勇博

（华北电力大学（保定），河北 保定 071000）

基于渗透管法制作汞标气

郑海明 刘海喆 田昕怡 焦勇博

（华北电力大学（保定），河北 保定 071000）

为了实现在线大气汞分析仪的自动标定，本文选用商用的汞渗透管，制作汞标气。我们基于渗透管法设计了一套汞标气发生器装置，主要装置有渗透管、U型管、恒温箱、低压汞灯等。同时为了提高汞标气的精度，我们总结了实验过程中的影响因素，其中渗透率和恒温环境是主要影响因素。

汞标气；渗透管；研究方法

1 引言

标气是为了检验分析仪器的准确性，所以必须要选择适合的标定方法进行校准。汞的饱和蒸汽压高、挥发性强，标准制作的要求也就较高。中国科学院山西煤炭化学研究所利用还原剂将标准汞溶液中的汞还原为气体，再用载气将汞蒸汽带入分析仪进行标定。但该方法步骤繁琐，只能实现手动操作。另外，俞仲英等采用经典的饱和蒸汽压法制作标准汞源。但是该方法的注意事项也很繁多，且难以实现自动化。反观渗透管法，是一种动态配气法，尤其适用于低浓度，挥发性、吸附性、腐蚀性较强的标准气体的配置，且能够发生大体积、连续不断的标准气体。

图1 渗透管恒温装置

2 研究方法（Methods）

2.1 设备研究

在本研究中，选用VICI汞渗透管，渗透率为20ng/min，工作在40℃环境下。如图1所示，用U型管作为渗透腔，将渗透管放入其中，并在两侧加入适量的玻璃球，便于保温和气流通行。在载气进入渗透腔之前，先通过管道进入恒温箱进行预热，随后再进入渗透管进气口，携带渗透管产生的汞蒸汽离开U型管。气路流程如图2所示。零气（氮气）将分为两个通路进入装置。在上通路中，零气作为载气进入渗透腔，将渗透管渗透出的汞蒸气带出。大流量的零气，在下通路中作为稀释气体，与上通路生成的气体一同进入气体混合器。我们可以通过调节流量计来获取不同浓度和体积的汞蒸气，并收集储存。

2.2 渗透管法的主要影响因素

渗透率是渗透管的重要参数，也是对标气的最大影响。

（1）压力

渗透是由渗透管内外的压力梯度造成的，因此渗透管可看作一个稳定的微环境，内部压力恒定。由于渗透腔中汞的分压非常小，几乎为零（始终有零空气通过渗透腔），所以渗透管内外汞的压差并不会因稀释气流量而改变，在渗透腔汞的浓度累积到足够高之前可认为渗透率与渗透腔中压力不相关。

（2）温度

另一个影响渗透率的关键因素是温度。实验过程中，即使我们将载气先通入水浴再通入U型管，但是还是有一定的误差。载气的温度会影响渗透管工作环境，实验结果会因此产生一定范围内的误差。渗透率和温度的关系为：

（3）表示温度下的释放率；表示温度下的释放率；为温度系数，标准渗透管为0.034（VICI，2004）。本系统中由于温度控制引起的误差小于1%。

图2 汞标气发生器原理结构图

结论

利用渗透管法，制作出了准确性较高的汞标气，为汞在线校准系统提供了可能。在多次实验中，对汞标气精度的干扰因素较少，主要是温度对气体的准确性和稳定性影响较大。这个实验装置可以作为监测设备的独立模块，对于以后的维修和更新都十分方便，不会影响整个系统。并且也可以制备相似性质的其他气体，提高装置的性价比。该方法所使用的装备都是较为常见的，购买十分方便，且价格低廉。安装的步骤也很简单，在电厂的可行度较高。另外，装置中的质量流量计可以采用自动控制装置来操控，从而自动控制标气的浓度和量，实现自动化，既提高了系统的准确性又解放了劳动力。装置的最后，多余的气体进入碘化活性炭再进入大气，减小对环境的污染，保护大气环境。

[1]中国科学院山西煤炭化学研究所.用于直接测气体中元素汞的仪器的标定方法[P].中国，发明专利，CN 1912615A.2007-2-14.

[2]俞仲英.CES-124在线大气汞分析仪的开发及其应用[D].北京：北京大学，2006.

[3]周泽义，梁建平，盖良京.扩散管标准气体及其动态配气方法的研究[J].计量学报，2004，25（01）：81-84.

[4]褚小立.化学计量学方法与分子光谱分析技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

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