氣體分析 氣體中微量水分的測定 第3部分：光腔衰蕩光譜法 征求意見稿

1GB/T5832.3—XXXX氣體分析氣體中微量水分的測定第3部分：光腔衰蕩光譜法警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未指出所有可能的安全問題。使用者有責(zé)任采取適當?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。本文件規(guī)定了用光腔衰蕩光譜法測定氣體中微量水分的試驗方法，包括原理、試驗條件、儀器設(shè)備、采樣、試驗步驟、試驗數(shù)據(jù)處理、精密度和測量不確定度、質(zhì)量保證和控制、試驗報告等內(nèi)容的具體要求。本文件適用于微量及痕量水分含量的測定，測定范圍：0.1×10-9（摩爾分數(shù)）～20×10-6（摩爾分數(shù)）。不適用于可損壞玻璃鏡面的氣體，例如氟化氫、氟氣；不適用于對水的吸收光譜有干擾的氣體，例如硅烷、甲烷、鍺烷。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T43306氣體分析采樣導(dǎo)則3術(shù)語和定義GB/T43306界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本部分。3.1光腔Cavity由高反射率的鏡面組成的穩(wěn)定光學(xué)諧振腔。3.2光腔衰蕩CavityRing-Down光在光腔內(nèi)來回反射振蕩，由于腔損耗和腔內(nèi)被測組份的吸收，光強度隨時間呈單指數(shù)衰減。3.3光腔衰蕩時間CavityRing-DownTime光腔內(nèi)光子數(shù)量衰減到初始量的1/e（e為自然數(shù)）時所用的時間。4原理一束單波長激光進入光腔后，光束在腔鏡之間來回反射振蕩。當切斷光源后，其能量就會隨時間而衰減，衰減的速度與光腔自身的損耗（包括透射、散射）和腔內(nèi)被測組份（介質(zhì)）的散射與吸收有關(guān)。2GB/T5832.3—XXXX對于給定的光腔，其自身的損耗為常量。光能量衰減的速度與被測組份的含量有關(guān)。被測組份的含量與其分子在光腔內(nèi)的密度成正比，分子的密度由衰蕩時間按公式（1）確定：……式中：——被測分子密度，與含量成正比，單位為分子每立方米（分子/m3C——光速，單位為米每秒（m/s）；σ(V)——分子在激光頻率V的吸收橫截面，單位為平方米（m2/分子）τ(V)——有吸收介質(zhì)的衰蕩時間，單位為秒（s）；τempty——在吸收介質(zhì)無光譜吸收的激光頻率處的衰蕩時間，單位為秒（s）。被測組分的含量根據(jù)公式（2）確定：。……式中：X——被測組分含量，單位為摩爾比摩爾(mol/mol)；D總——氣體分子總密度，單位為分子數(shù)每立方米（分子數(shù)/m3NA——阿伏加德羅常數(shù)，6.0221367×1023個/摩爾；P——光腔池中的壓力，單位為帕（PaT——光腔池中的溫度，單位為開（K）；R——氣體常數(shù)，8.314510Pa·m3/mol·K；5試驗條件使用環(huán)境應(yīng)滿足下列要求：——環(huán)境溫度10～40）℃;——環(huán)境相對濕度：（30～80）%；——周圍無強電磁場干擾，無腐蝕性氣體和無強烈震動；——供電電源：交流電壓90V～250V，頻率50Hz～60Hz；——接地要求：儀器可靠接地（接地電阻≤4Ω)。6試劑與材料6.1吹掃氣宜為以下氣體：——高純氮或超純氮，符合GB/T——高純氬或超純氬，符合GB/T——高純氦或超純氦，符合GB/T6.2氣體標準樣品（或標準物質(zhì)）3GB/T5832.3—XXXX當樣品氣中水分含量不大于1×10-6（摩爾分數(shù)）時，可按GB/T5275的規(guī)定制備標準樣品（或標準物質(zhì)）。7儀器設(shè)備7.1一般要求光腔衰蕩光譜儀的主要部件有激光光源、分析檢測單元、數(shù)據(jù)處理及顯示單元，應(yīng)能根據(jù)氣體的種類進行測定。7.2激光光源儀器的激光光源一般選用高穩(wěn)定性、低噪聲的半導(dǎo)體激光器，通過改變半導(dǎo)體激光器工作電流或工作溫度等參數(shù)調(diào)諧激光輸出波長，波長范圍一般為1000nm~2000nm。7.3預(yù)處理系統(tǒng)當待測氣體中含有液體及固體顆粒時，應(yīng)采用膜過濾器和精細顆粒過濾器，顆粒過濾器宜能過濾3nm的顆粒。7.4分析檢測單元儀器應(yīng)配置氣體腔室、光電傳感器、電源模塊以及溫度和壓力傳感器，獲得水分的測量信號。7.5數(shù)據(jù)處理單元儀器應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理軟件，能自動采集測量信號。7.6數(shù)據(jù)顯示單元儀器應(yīng)直接實時顯示氣體樣品中的水分含量。7.7校準要求7.7.1測定前，宜用樣品氣自校準零點；7.7.2當樣品氣中水分含量不大于1×10-6（摩爾分數(shù)）時，可用6.2中規(guī)定的氣體標準樣品（或標準物質(zhì)）校準。7.8計量檢定或校準儀器可經(jīng)過計量檢定機構(gòu)檢定或校準，并在有效期內(nèi)。8采樣8.1通則采樣的實施應(yīng)按GB/T43306的規(guī)定執(zhí)行。8.2采樣類型宜直接采樣。4GB/T5832.3—XXXX8.3采樣系統(tǒng)8.3.1采樣系統(tǒng)的氣密性測試宜用增壓保壓法、抽真空保壓法和檢漏儀法測試采樣系統(tǒng)的氣密性。8.3.2采樣系統(tǒng)的材質(zhì)樣品與采樣系統(tǒng)的材質(zhì)應(yīng)無反應(yīng)、不起催化作用，材質(zhì)應(yīng)為金屬。宜采用內(nèi)拋光的316L不銹鋼。8.3.3壓力、流量調(diào)節(jié)器無死體積或死體積應(yīng)盡可能小。8.3.4采樣設(shè)備的連接方式連接方式應(yīng)確保系統(tǒng)的氣密性良好。宜采用VCR連接、焊接和無死角接頭。不宜采用卡套式接頭。9試驗步驟9.1儀器準備按儀器說明書開啟儀器。用吹掃氣或者樣品氣吹掃儀器。9.2尾氣排放與處理測定時，如果尾氣中含有可能污染環(huán)境的物質(zhì)，應(yīng)有尾氣處理措施。9.3樣品測定用待測氣體吹掃氣路系統(tǒng)。選擇待測氣體的種類。將儀器設(shè)定為測量狀態(tài)，按儀器說明書調(diào)節(jié)氣體壓力和流量，測定待測氣體。當儀器示值穩(wěn)定時，自校準后讀取水分含量值。9.4關(guān)機按照儀器說明書要求關(guān)機。10試驗數(shù)據(jù)處理在測量狀態(tài)下，儀器顯示的分析結(jié)果即為樣品氣中的水分含量。待數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定后，至少每隔30s記錄一次測量結(jié)果，記錄5次取平均值為最終測量結(jié)果。11精密度和測量不確定度11.1精密度在本文件給出的測定范圍內(nèi)，在重復(fù)性條件下，短時間間隔（至少30s）內(nèi)的兩個試驗結(jié)果之差在95%置信水平下不應(yīng)超過表1中列出的值。5GB/T5832.3—XXXX表1精密度單位摩爾分數(shù)）0.01×10≤x＜0.05×100.003×100.021×100.05×10≤x＜0.1×100.005×100.035×100.1×10≤x＜0.5×100.007×100.046×100.019×100.072×100.056×100.276×100.194×100.434×1011.2測量不確定度組分含量測定結(jié)果的測量不確定度的評定宜按附錄A執(zhí)行。12質(zhì)量保證和控制12.1.1為了避免污染，當儀器不使用時，應(yīng)用吹掃氣吹掃后密封氣體出入口。12.1.2儀器出口壓力宜小于10KPa。13試驗報告試驗報告宜給出以下的內(nèi)容：——標題（例如“檢測報告”——試驗報告的唯一性標識和表明報告結(jié)束的清晰標識；——實施試驗活動的地點、環(huán)境條件；——試驗人員姓名、試驗日期、報告發(fā)布日期等；——客戶的名稱和聯(lián)絡(luò)信息（必要時）；——試驗對象的描述，例如樣品名稱、編號、采樣日期、采樣地點、采樣時間、采樣環(huán)境等；樣品明確的標識、樣品的狀態(tài)、樣品的接收時間；——本文件的編號（包括發(fā)布或出版年號）、采樣方法、實驗方法以及對方法的補充、偏離或刪減——觀察到的異常現(xiàn)象；——測定結(jié)果。6GB/T5832.3—XXXX（資料性附錄）組分含量測定