标准气体技术及行业发展概述

  标准物质是指有充足均匀和稳定特性的物质，其特征被证实适用于测量或标称特性检查中的预期用途。标准物质是现代分析不可或缺的伴侣，大多数都用在物理、化学、生物与工程测量等领域中测量系统的校准、测量程序的评估、给其他材料赋值和质量控制等。近年来，国家政策大力扶持标准物质的产业高质量发展，2021年，十四五开局之年，标准物质领域必将迎来新的机遇，在此，我们简单探讨一下标准物质中气体标准物质，即标准气体的关键技术及其行业发展。

  标准气体具有量值准确、均匀性、稳定性以及可溯源性四大特性。作为“化学砝码”，标准气体的均匀性、稳定性以及可溯源性均旨在保证标准气体在整个保质期内的量值准确，因此，标准气体的准确定值至关重要。称量法是标准气体制备和定值的常用方法。另外，采用更高一级的标准物质直接比较法定值也是国家二级气体标准物质定值的常用方法。相比于其它方法，采用更高一级的标准物质直接比较法定值取得的标准物质证书与其它定值方法具有同等效力，又具有对原料分析的控制以及准确性要求等均较低、标准物质定值不确定度的评估过程更简单明了等明显优势，近年来被广泛采用，尤其备受新入行标准气体制造商的青睐。

  无论采用哪种方法定值，在标准气体定值过程中，均应充分全面分析可能影响标准物质不确定度的所有要素，并按不确定度评估时的条件严控标准物质制备的每个环节，方能保证标准物质定值准确。

  在标准物质制备之前，要对原料气体进行仔细的检测，选择正真适合的原料，制备完成后，要通过合适的分析方法来验证制备的准确性，另外，标准物质研制过程中，需要用分析技术考察其均匀性、稳定性等性能，所以说，分析技术是贯穿标准物质整个制备和研究过程的，是标准物质制备和研究中的关键技术之一，可以说，离开分析技术，质量放心可靠的标准物质的制备和研究寸步难行。相对日常分析检测而言，标准物质制备行业对分析方法的准确性要求更高，比如，在标准物质的性能考察中，如果分析方法的准确性较差，则无法判断得出的结果是因为标准物质的不稳定性和不均匀性产生的偏差还是分析仪器产生的偏差，在比对验证中也是如此。因此，标准物质生产者需要尽可能提高分析的准确性。

  另外，标准物质制备行业对分析仪器的灵敏度也有较高的要求，以适应较低浓度的标准物质制备中的原料分析以及成品分析。

  综上，为了更好地对标准物质进行质量控制，标准物质的生产和研究厂家不只需要提高标准物质的制备技术，还需要潜心研究标准物质的分析技术。

  标准气体作为一种商品步入中国市场，始于二十世纪六十年代，当时中国并无专业的标准气体的生产研发单位，国内多家分析仪器厂主要为了配套分析仪器的校准而开始做少量且简单的标准气体研发与生产。二十世纪八十年代，中国炼油、乙烯和空分行业快速地发展，大量的在线和离线分析仪器对标准气体的用量有了较大的需求，大型石化企业建设之初所用的标准气体大多数都是随着进口分析仪器设施进口。为了填补石化厂对标准气体的需求的缺口，国内很多研究机构和计量部门开始研发和生产标准气体来取代进口。

  进入二十一世纪以后，随国家对环境保护和生产安全的管控越来越严格，在大气污染监测中对火力发电厂、化工厂、垃圾焚烧厂等大型污染源的监测已经由定期取样监测变为24小时连续自动监测系统，加之汽车行业的快速地发展，在线环境监视测定设备、安全监测设备和汽车排放气体的检验测试仪器慢慢的变多，对标准气体的需求量大幅度的增加。标准气体市场紧俏，使得国内的气体生产厂商纷纷转向标准气体的生产，一些规模化专业生产标准气体的厂商大量涌现；另外，国外大型气体企业也纷纷在国内设厂，兼并收购国内相关企业。市场之间的竞争越来越激烈，目前国内有能力生产标准气体的厂商高达200多家。

  20世纪60年代，大化肥行业中相对简单的在线质量控制对标准气体有了一定需求，但是多为2~3个组分的无机标准气体，标准气体生产的基本工艺和监测手段也相对简单。随着八十年代大型乙烯生产的需要，大量而复杂的在线仪表直接控制生产流程中每一个过程的质量，而乙烯工程的杂质指标相当繁多，需要的标准气体也很复杂，还有很多杂质要控制在ppb级，并且有相当一部分是压缩液化气体标准物质，为了研发和提供这些高难度的标准物质，使得我国标准气体的生产的基本工艺有了长足的进步。

  同时，我国环境监视测定质量控制和质量保证工作的发展，也推动了高质量的标准物质的研发，除了对标准气体种类的复杂化和浓度的微量化要求之外，对标准气体的配制精度和稳定能力要求也慢慢变得高。这就要求标准气体的生产环境、天平的精密度、配气设备的自动化程度、原料气体的纯度以及分析检测的新方法、钢瓶内壁的洁净度和钝化解决方法都要做到不断向更高的水平发展。目前国内生产的标准气体基本取代了国外进口，满足了市场需求。

  但是我们也应该看到，目前很多标准气体的制造商还处于低水平简单的标准气体制备，其产品质量也不能完全满足市场需求，标准气体的包装容器还不能满足多样化的标准气体的制备，为规范标准气体的生产制备，国家也不断出台各类政策来加强对标准气体的管控力度，相信未来的标准气体生产将在计量溯源性、稳定性、均匀性等各方面均会有大幅度提高。

  曲庆，大连大特气体有限公司总工程师，是国际标准化组织气体分析专业委员会成员、全国气标委混合气技术委员会副主任、全国环境化学计量技术委员会委员、大连交通大学客座教授。

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