如何确保气体稀释仪输出准确的浓度?

简要回答:校准气体浓度的准确,从来不是数据手册上的某一项指标,而是一条经过验证的链条的结果:每台质量流量控制器(MFC)都单独对照经 NIST 认证的参考标准进行流量校准;稀释仪的输出用经过验证的分析仪进行分析核查;结果再与相同浓度的有证气瓶进行交叉比对。这条链上的每一个环节都必须可靠,而且在设备的整个使用寿命内都必须始终可靠。

无论您对一台设备有多大信心,对于校准物质而言,仅凭信心是不够的。“准确浓度”实际上是校准气体浓度准确度的简称,而准确度需要证明,不能想当然。

产生校准气体的设备,必须在设计、开发和制造阶段就确保其准确性。这是必要条件,但仅此还不够。在设备的整个使用寿命内,准确度都必须得到证明、检查和验证,而且在某个时候可能还需要进行修正。制造、最终测试和日常使用的每一个环节,都必须遵循同样的规则。

按需生成校准气体采用的是什么技术?

依照 ISO 6145-7 方法,利用质量流量控制器(MFC)对纯气体(或高浓度有证校准气体)进行混合和/或稀释,在现场按需配制所需气体。

最终浓度的准确程度取决于各路混合气体的流量值。混合过程本身也必须高效,并确保被分析物/化合物在到达输出点之前不受影响。

如何确定每台 MFC 的流量准确度?

流量准确度通过专有的 MFC 校准方法加以保证。每台 MFC 都使用其实际将要通过的特定气体或混合气(纯气体或预混气)进行校准。校准时,针对每种气体和每台 MFC,用经 NIST 认证的体积流量计测量流量,最多覆盖 400 个流量设定点。

如何对稀释仪的输出进行分析验证?

计量校准之后是分析验证环节。经校准的 MFC 生成校准气体,送入经过验证的分析仪,再将读数与期望值进行比较。理想情况下,这条曲线的斜率为 1.0。

以称量法制备的有证一级标准气体作为独立参照,用于评估稀释仪的性能。

如何用有证标准气对稀释仪进行交叉核查?

最后的交叉验证步骤,是在同一台分析仪上、按同一序列注入两种校准气体:

  • 一种来自有证气瓶,
  • 另一种由稀释仪用高浓度有证气体稀释产生,标称浓度与前者相同。

两个浓度值应在预先规定的可接受误差范围内保持一致。

下表是这种交叉核查的一个实际示例:在 794.1 ppm 的标准设定浓度下重复注入三次,与稀释仪的计算浓度进行比较,并列出每次运行的相对偏差。

0–1000 ppm 校准曲线:分析仪电压与稀释仪设定值的关系,含线性点和标准气瓶点,R² = 0.9999
图 1:0–1000 ppm 范围内的线性检查。R² = 0.9999;接近 1:1 的响应(斜率 1.9359,截距接近零)证实,分析仪在整个范围内对稀释仪生成的浓度均呈线性响应,包括标准气瓶交叉核查点(橙色)。

应预期多大的误差范围?

“浓度一致”是一种方便的简称,但并不精确:两个独立生成的浓度永远不会完全重合。根据设备、所涉及的化合物、稀释比、采样管线长度等因素,规范的质量程序会规定一个可接受的误差范围,通常为目标浓度的 0.1% 至 2%。

标准设定浓度(ppm)794.1794.1794.1
平均值(mV)1571.81573.71573.0
计算浓度(ppm)798.9799.9799.5
相对偏差(%)0.60.70.7
图 2:实际示例。在 794.1 ppm 的标准设定浓度下重复注入三次,并与稀释仪的计算浓度进行比较。三次运行的相对偏差均保持在 0.6–0.7%。

常见问题

这种稀释方法依据什么标准?

ISO 6145-7,即采用分流技术(使用毛细管或临界流孔/MFC 的动态方法)制备校准混合气的参考方法。

气体稀释仪的准确度能与有证气瓶相当吗?

在规定的误差范围内,稀释仪可以与有证气瓶的结果相吻合,但这必须在您的具体应用中加以证明:通过 MFC 校准、分析验证以及与有证标准气的直接交叉核查来证明,而不能仅凭数据手册就作此假定。

多久需要重新验证一次准确度?

准确度应在仪器的整个使用寿命内持续检查和验证,而不仅仅是在投用调试时进行:某个时候可能需要进行修正,并且应作为质量程序的一部分,定期对制造/测试/使用这一链条重新进行确认。

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