【国家标准】 气体分析 动态法制备校准用混合气体 第1部分：通用要求

ICS71.100.20
CCSG86
中华人民共和国国家标准國
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019代替GB/T5275.1—2014
气体分析
动态法制备校准用混合气体
第1部分:通用要求　
Gasanalysis—Preparation ofcalibration gasmixturesusingdynamicmethods-Part1: Generalaspects
(ISO 6145-1: 2019,IDT)
2024-03-15发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-10-01实施
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019前言
1范围
2规范性引用文件
术语和定义
5原理
6动态制备系统的使用建议
动态制备系统的校准方法
8组成及其不确定度的计算
9不确定度来源及最终混合气体的不确定度10验证
附录A(规范性）
附录B(资料性）
详细计算方法
相对原子质量与摩尔质量
附录NA（资料性）免费标准bzxz.net
参考文献
本文件对ISO6145-1:2019所做的编辑性改动6
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则定起草。
本文件是GB/T5275《气体分析
经发布了以下部分：
一第1部分：通用要求；
一第2部分：活塞泵；
一第4部分：连续注射法；
一第5部分：毛细管校准器；
一第6部分：临界流锐孔；
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规动态体积法制备校准用混合气体》的第1部分。GB/T5275已一第7部分：热式质量流量控制器；一第8部分：扩散法；
一第9部分：饱和法；
一第10部分：渗透法；
一第11部分：电化学发生法。
本文件代替GB/T5275.1一2014《气体分析动态体积法制备校准用混合气体第1部分：校准方法》，与GB/T5275.1一2014相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：一更改了文件的适用范围，增加了对本文件重要技术内容的概述(见第1章，2014年版的第1章）；
一删除了“测量不确定度”的定义，增加了“质量流量”“体积流量”的定义(见第3章，2014年版的第3章)；
一增加了“符号”一章(见第4章)；一更改了对ISO6145其他部分描述的校准用混合气体具体制备方法的介绍（见第5章，2014年版的第4章、第5章）；
一增加了介绍每种动态法的优点和局限性的汇总表（见表1）；一增加了动态制备系统的使用建议（见第6章）；一更改了动态制备系统的校准方法（见第7章，2014年版的4.1、4.2）；一增加了动态制备系统的校准证书的内容要求（见7.4）；一更改了动态法制备的混合气体组成及其不确定度的计算方法（见第8章，2014年版的4.2.1.2、4.2.2.2、4.2.3.3、4.2.7) ;
一增加了动态法制备的混合气体的组成验证方法的相关内容（见第10章）；一删除了通过称量容水量测量容积的所有内容（见2014年版的附录A）；一删除了利用基准仪器校准二级仪器的所有内容（见2014年版的附录B）；一增加了组分物质的量分数的详细计算方法(见附录A）。本文件等同采用IS06145-1:2019《气体分析动态法制备校准用混合气体第1部分：通用要求》。
本文件做了下列最小限度的编辑性改动：一增加了附录NA(资料性）。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。I
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019本文件由中国石油和化学工业联合会提出本文件由全国气体标准化技术委员会（SAC/TC206）归口。本文件起草单位：中国测试技术研究院化学研究所、广东华特气体股份有限公司、昊华气体有限公司西南分公司、江西华特电子化学品有限公司、厦门市华测检测技术有限公司、中国计量科学研究院、河南省计量科学研究院、上海启元气体发展有限公司、日照市计量科学研究院、深圳高发气体股份有限公司、西南化工研究设计院有限公司、四川省科学技术信息研究所、捷贝通石油技术集团股份有限公司、上海华爱色谱分析技术有限公司、深圳市供电局、四川中测标物科技有限公司、西南石油大学。本文件主要起草人：王维康、袁方、王潇、傅铸红、张文、陈艳珊、杨熙若、陈雅丽、胡迎、张燕良、王德发、胡树国、陈桂淋、唐霞梅、周鑫、廖恒易、李磊、张华伟、俞俊、曹益宁、徐汝峰、敖科、张婷、方华、唐峰、张鹏辉、余楠、祝效华。本文件于2014年首次发布，本次为第一次修订。H
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019动态法是制备校准用混合气体的重要方法之一，ISO为此专门编制了ISO6145系列标准(ISO6145-3气流间歇注射法已废止）。GB/T5275(所有部分)均等同采用ISO6145系列标准。由于篇幅较长，ISO6145分为11个部分，GB/T5275与ISO6145保持一致，也对应地分为11个部分。因ISO6145-3已被废止，GB/T5275的第3部分也对应地空缺。GB/T5275的第1部分规定了动态法制备校准用混合气体的通用要求；其他部分具体描述了活塞泵法等9种制备校准用混合气体方法的原理、主要设备、制备注意事项，规定了制备的校准用混合气体组分体积分数和质量分数的计算及不确定度评定等技术要求，以确保制备的校准用混合气体的质量提高校准用混合气体的制备水平。GB/T5275(所有部分)预期供经过培训且具有实践经验的专业人员使用。GB/T5275由10个部分构成。
一第1部分：通用要求。规定了各制备方法的基本信息及适用性、操作动态制备系统注意事项，动态制备系统的校准方法、校准用混合气体各组分含量及其不确定度的计算、验证方法等内容，是其他9个部分的基础。自的在于为合理选择一种或多种校准用混合气体制备方法提供基本信息，并将其他9个部分描述的方法与国家测量标准建立联系，确保所制备的混合气体组成的计量溯源性。
一第2部分：活塞泵。目的在于提供使用活塞泵通过两种以上纯气或混合气体制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式一第4部分：连续注射法。目的在于提供由纯气或混合气体通过注射器向平衡气中连续注入校准组分，从而连续制备含两种以上组分的校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。一第5部分：毛细管校准器。自的在于提供使用内置单个或多个毛细管的设备由纯气体或混合气体连续制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。
一第6部分：临界流锐孔。目的在于提供使用临界流锐孔由两种以上纯气或混合气体制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。
一第7部分：热式质量流量控制器。目的在于提供使用热式质量流量控制器由纯气或混合气体连续制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。
一第8部分：扩散法。目的在于提供使用扩散法制备由两种以上纯气或混合气体制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。一第9部分：饱和法。目的在于提供使用饱和法由一种以上易冷凝的气体连续制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。一第10部分：渗透法。目的在于提供使用渗透法由纯气体或混合气体连续制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。一第11部分：电化学发生法。目的在于提供使用电化学法由纯气体或混合气体连续制备校准用混合气体的方法，以及所制备的校准用混合气体中各组分含量的计算方法和不确定度评定方式。
1范围
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019气体分析动态法制备校准用混合气体第1部分：通用要求
本文件简要描述了ISO6145的其他部分详述的各种动态制备方法，提供了合理选择一种或多种校准用混合气体的制备方法的基本信息，描述了将动态制备方法与国家测量标准建立联系、确保所制备的混合气体组成的计量溯源性的方法1），描述了通过与已验证的校准用混合气体进行比较对所制备的混合气体组成进行分析的方法，规定了使用动态法制备混合气体的通用要求，给出了用于计算校准用混合气体组成及其不确定度的必要公式。本文件适用于动态法制备用于气体分析仪的校准或核查的校准用混合气体，不适用于动态法制备的气袋装或气瓶装的混合气体的贮存。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO6143气体分析校准混合气体组成的测定和校验比较法（Gasanalysis一Compari-sonmethodsfordetermining and checkingthecomposition ofcalibration gasmixtures)注：GB/T10628—2008气体分析校准混合气体组成的测定和校验比较法(ISO6143:2001,IDT）ISo 7504气体分析词汇(Gasanalysis—Vocabulary)注：GB/T14850—2020气体分析词汇(ISO7504:2015,IDT）ISO12963气体分析基于单点和两点校准的用于混合气体组成测定的比较法(Gasanalysis—Comparisonmethodsfordeterminationofthecompositionofgasmixturesbasedonone-and-two-pointcalibration)
ISO14912气体分析混合气体组成数据的换算（Gasanalysis一Conversionofgasmixturecomposition data)
注：GB/T40870一2021气体分析混合气体组成数据的换算(ISO14912:2003,IDT）ISO19229气体分析纯度分析和纯度数据的处理（Gasanalysis一Purityanalysisandthetreatmentofpuritydata)
注：GB/T38521—2020气体分析纯度分析和纯度数据的处理(ISO19229:2015,IDT）3术语和定义
ISO7504界定的以及下列术语和定义适用于本文件。1）本文件描述的动态制备系统的校准过程基于对系统产生的每一路气体流量的单独测量。1
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:20193.1
质量流量
massflow rate
单位时间内流过的气体的质量。3.2
体积流量
volumeflowrate
单位时间内流过的气体的体积。4符号
下列符号适用于本文件。
5原理
5.1通则
纯气或混合气体中的组分
原料气
两种气体间的换算因子
组分的质量
组分的摩尔质量
混合气体的组分数目
质量流量
物质的量流量
理想气体常数
原料气的数目
体积流量
参数×的标准不确定度
原料气中组分的质量分数
混合气体中组分的质量分数
原料气中组分的物质的量分数
混合气体中组分的物质的量分数压缩因子
原料气中组分的体积分数
混合气体中组分的体积分数
ISO6145(所有部分)中描述的所有制备技术均基于气流的混合。气体流量能基于体积或者质量进行测量。根据流量数据和原料气的组成计算混合气体的组成。ISO6145(所有部分)中描述的方法仅适用于：2
一纯气，
一混合气体，
一在常压下完全汽化的组分。
上述组分间、组分与混合设备表面之间均不发生反应。GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019要计算气体成分，了解制备校准用混合气体的原料气的组成十分重要。即使原料气是纯气，其纯度也应按照ISO19229进行验证。应符合第7章的规定，使用原料气的相应组成数据计算混合气体的组成。
此外，所有动态制备系统实际上对制备校准用混合气体时的条件变化或波动十分敏感。制备校准用混合气体时的条件通常包括气体的压力和温度，以及气体混合过程和校准用混合气体的混匀过程中的动态影响。在ISO6145的其他部分中，需要注意气体的压力、温度和混匀过程的影响，并应注意遵守各部分提出的操作指南。
校准用混合气体的制备技术有多种，宜根据需制备组分的含量范围、可用的设备以及预期的不确定度决定选择使用哪种技术。
ISO6145的各个部分均对每种混合气体制备装置的原理进行了描述。根据制备原理，每种动态法制备得到的混合气体组成以体积分数、质量分数、物质的量分数或质量浓度的形式表示。校准程序也会影响混合气体组成的表示方式（质量分数、体积分数或物质的量分数）。混合气体的最终组分分数及其不确定度取决于校准方法和制备技术。5.2方法的适用性
在制备混合气体之前，有必要考虑动态制备系统是否与其实际应用相适应。动态制备系统中气体的压力和流量宜与所连接的分析仪中气体的压力和流量一致。用户应遵守制造商的建议，检查所用的动态制备方法是否对温度或大气压等外部参数敏感，并遵守ISO6145各部分给出的建议。
混合气体最终可制备的组分含量范围会因所使用的动态制备方法原理的差异有所不同。为了比较每种方法的性能，按照如下情况估算稀释比：一使用纯组分作为原料气组分（例如来源于气瓶、渗透管或通过注射器注射）；一仅考虑一步稀释。
对于某些动态制备系统，能通过两步稀释扩大稀释比。用户应依据每种动态制备方法的优缺点选择使用。5.3活塞泵
ISO6145-211描述了使用活塞泵动态制备校准用混合气体的方法。以规定行程比驱动的2个或多个活塞泵组成气体混合泵。每个活塞泵的行程容积分别由气缸的几何形状(横截面积)和活塞的行程高度决定。改变行程比能够迅速改变混合气体的组成。建议使用合适的外围设备进行供气并保证最终混合气体充分混匀。
以国际单位制(SI[151）基本单位长度进行气缸尺寸的测量，实现行程容积的校准。ISO6145-2详细列举了混合气体组成的不确定度评定及定量评估重要不确定度分量潜在来源的方法。该方法的优点在于根据活塞泵的几何行程容积和行程比计算校准用混合气体的组成及相关不确定度。各组分的含量直接以体积分数和物质的量分数表示。根据所使用的设备的不同，能制备最终流量范围在5L/h～500L/h之间的混合气体。使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：1～1：104的混合气体。通过两步稀释能制备更高稀释比的混合气体。3
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:20195.4连续注射法
ISO6145-4[2]描述了使用连续注射法制备校准用混合气体的方法。容器中的气态或液态校准组分，通过毛细管转移到情性补充气的气流中。该制备系统可使用由合适的变速电机连续驱动的注射器注入组分。也可通过控制容器内部压力，利用压力差通过毛细管注入组分。
该方法也适用于制备组成已知的多组分混合气体。液体组分会在与补充气混合时汽化。校准组分的流量由注射器的几何形状(横截面积)和注射器活塞的线速度决定，或者通过容器的连续称重结果计算得到。
使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：104～1：107的混合气体。5.5毛细管校准器
ISO6145-5[3]描述了利用内置单个或多个毛细管组合的设备，由纯气或混合气体连续制备校准用混合气体的方法。
纯气或混合气体在固定压降下通过毛细管，以固定的流速加到确定流量的补充气中。补充气可以来自其他毛细管。
该方法通过工业气体混合装置制备特定的校准用混合气体。使用气体分割器能由纯气或混合气制备一定体积比的混合气体。
使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：1～1：104的混合气体。5.6临界流锐孔
ISO6145-6[4]描述了使用临界流锐孔系统连续制备校准用混合气体的方法。当增加临界流锐孔的上游压力(pi）时，通过锐孔的气体的体积流量将增加。当锐孔出口压力(pout)与锐孔进口压力(pin)之比达到临界值时，气体的体积流量与pout无关，仅与pin成正比。制备校准用混合气体时，使用气体混合器，将从一个或多个临界流锐孔流出的已知流量的补充气与从一个或多个临界流锐孔流出的待稀释气体进行混合。得到的混合气体在混合腔内混合均匀。该方法尽管更适用于在大气压条件下制备混合气体，但也能够在出口压力高于大气压的条件下制备校准用混合气体。该方法的上游压力宜比下游压力至少高2倍。同时，ISO6145-6描述的方法涵盖的流量范围为1mL/min~10L/min
该方法的优点在于，若使用适当数目的临界流锐孔，则能像制备二元混合气体一样轻易地制备多组分混合气体。
使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：1～1：104的混合气体。通过两步稀释能制备更高稀释比的混合气体。5.7热式质量流量控制器
ISO6145-7描述了使用热式质量流量控制器连续制备校准用混合气体的方法。通过调节流量控制器的设定值，能够连续、快速地改变混合气体的组成。ISO6145-7描述的方法涵盖的流量范围为1mL/min~10L/min该方法的优点是，能连续制备大量不同稀释比的混合气体，并且只要使用合适数自的热式质量流量控制器，就能像制备二元混合气体一样轻易地制备多组分混合气体。使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：1～1：104的混合气体。通过两步稀释能制备更高稀释比的混合气体。4
5.8扩散法
GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:2019ISO6145-8描述了运用能产生蒸气的液体或固定组分制备校准用混合气体的方法。纯物质组分的蒸气通过合适尺寸（长度、直径)的扩散池扩散至补充气流中。若系统温度稳定不变，且纯物质组分仍然有液态或固态形式存在，则扩散速率保持稳定。将已知纯度的物质装入容器中，作为组分蒸气的来源。在容器上垂直安装扩散管组成扩散池。再将扩散池置于恒温槽中。稳定流量的高纯度情性补充气通过恒温槽并不断吹扫扩散池，从而将待稀释组分与补充气混合。通过定期称量扩散池测得扩散率。使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：1～1：103的混合气体。5.9饱和法
ISO6145-9[7]描述了运用液体和固体物质的饱和蒸气压动态制备校准用混合气体的方法。校准组分的蒸气与其液相或固相在恒温饱和器中达到平衡，补充气则从该恒温饱和器中流过。气流中校准组分的物质的量分数约等于该组分在该温度下的蒸气压与混合气体的压力之比。大多数组分的饱和蒸气压与温度相关能从文献中获得。该方法适用于气相和液相保持稳定平衡的所有纯组分。当冷凝相达到平衡时，纯物质的蒸气压仅取决于温度。通过改变饱和器中的温度和压力即能实现气体组分的体积分数的变化。ISO6145-9描述了使用该方法的两个步骤。并给出了基于蒸气压数据计算混合气体组成和评定不确定度的过程。
该方法的优点在于，能动态制备含有易冷凝组分的校准用混合气体，并能在某个组分的冷凝点附近的环境条件下使用。与其他动态体积法结合使用时，能便捷地使用大流量的补充气将小流量的校准组分饱和蒸气稀释至极低的体积分数。使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：103～1：106的混合气体。5.10渗透法
ISO6145-10[81描述的方法中，校准组分装入密封的管或容器，该管或容器完全或部分由聚合物组成，校准组分能通过该聚合物渗透。装入的校准组分通常为与其蒸气达到平衡的液体或固体，也能是气体。对于液体或固体，当液体或固体仍然存在时，校准组分的渗透率保持稳定。对于气体，校准组分的渗透率会随气体的压力降低而变小。无论是哪种情况，渗透率均与温度相关。将装有校准组分的渗透管放入密闭容器中。稀释气以稳定流速吹扫容器。整个容器均置于恒温装置中。
通过定期称量渗透管能测得渗透率。该过程在ISO6145-10中有描述。使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，以1：10～1：103的稀释比制备混合气体。5.11电化学发生法
ISO6145-119]描述了通过电化学法生成纯的校准组分并将其引入补充气气流中进行稀释从而制备校准用混合气体的方法。混合气体组成由通过电解池中电解质的电荷量、补充气的流量，以及电解池的效率决定。
该方法的优点在于，能够在几分钟内快速生成稳定的混合气体。但是，ISO6145-11也列出了能够使用电化学法发生的气体仅有氧气、氮气、氢气、氰化氢、硫化氢、氯气、溴气、二氧化氯、氨气、磷化氢、砷化氢、一氧化氮、二氧化碳和臭氧。使用该方法，能在初始物质的量分数的基础上，制备稀释比为1：104～1：107的混合气体。GB/T5275.1—2024/ISO6145-1:20195.12制备技术总结
表1对以上制备技术进行了总结。制备技术
ISO6145-2活塞泵
ISO6145-4连续注射法
ISO6145-5毛细管校准器
ISO6145-6临界流锐孔
ISO6145-7热式质量流量
控制器
ISO6145-8扩散法
ISO6145-9饱和法
ISO6145-10渗透法
ISO6145-11电化学发生法
表1制备技术总结
一步稀释范围
1:1~1:104
1:10~1:107
1:1~1:104
1:1~1:104
1:1~1:104
1:1~1:103
1:103~1: 106
1:1~1:103
1:10*~1:10
6动态制备系统的使用建议
6.1安全注意事项
6.1.1混合气体组分之间的反应
能两步稀释，稀释比低至1：108适用于液体或气体组分
能两步稀释
能两步稀释，稀释比低至1：108局限性
一出口气体流量稳定性不佳；
一出口气体压力接近环境
注射器体积限制了气体组分的
流量稳定性以及气流持续时间
一对压力和温度十分敏感；
一对每种气体均需要校准或
使用换算因子
对每种气体均需要校准或使用
换算因子
需要对每种气体的质量流量控
能两步稀释，稀释比低至1：108制器(MFC)进行校准或使用换
算因子
适用组分范围广
(气体、液体或固体)
适用组分范围广
(气体、液体或固体)
适用组分范围广
(气体、液体或固体）
能在几分钟内生成稳定的
混合气体
对压力和温度十分敏感
对压力和温度十分敏感
一对压力和温度十分敏感；
一不建议用于制备组分含量
超过10μmol/mol的混合
目前仅适用于14种气体组分
制备混合气体前，应注意混合气体组分之间可能发生的化学反应。该方法不能用于制备以下混合气体：
含有可能发生化学反应的物质（例如盐酸和氨气）；一发生其他危险的反应，如爆炸(例如可燃气体和氧气的混合气体）；一发生强烈的放热聚合反应(例如高浓度的氰化氢）；一含有可分解的气体(例如乙炔）。目前没有关于混合气体组分间化学反应的综合汇编资料。因此，需要化学专家对混合气体的潜在6