標準氣體技術及行業發展概述

作為“化學砝碼”，標準氣體的均勻性、穩定性以及可溯源性均旨在保證標準氣體在整個保質期內的量值準確，因此，標準氣體的準確定值至關重要。

標準物質是指具有足夠均勻和穩定特性的物質，其特征被證實適用于測量或標稱特性檢查中的預期用途。標準物質是現代分析不可或缺的伴侶，主要用于物理、化學、生物與工程測量等領域中測量系統的校準、測量程序的評估、給其他材料賦值和質量控制等。

近年來，國家政策大力扶持標準物質的產業發展，2021年，十四五開局之年，標準物質領域必將迎來新的機遇，在此，我們簡單探討一下標準物質中氣體標準物質，即標準氣體的關鍵技術及其行業發展。

1、標準氣體常用的定值技術

標準氣體具有量值準確、均勻性、穩定性以及可溯源性四大特性。作為“化學砝碼”，標準氣體的均勻性、穩定性以及可溯源性均旨在保證標準氣體在整個保質期內的量值準確，因此，標準氣體的準確定值至關重要。

稱量法是標準氣體制備和定值的常用方法。另外，采用更高一級的標準物質直接比較法定值也是國家二級氣體標準物質定值的常用方法。相比于其它方法，采用更高一級的標準物質直接比較法定值取得的標準物質證書與其它定值方法具有同等效力，又具有對原料分析的控制以及準確性要求等均較低、標準物質定值不確定度的評估過程更加簡單明了等明顯優勢，近年來被廣泛采用，尤其備受新入行標準氣體生產廠商的青睞。

無論采用哪種方法定值，在標準氣體定值過程中，均應充分全面分析可能影響標準物質不確定度的所有要素，并按不確定度評估時的條件嚴格控制標準物質制備的每個環節，方能保證標準物質定值準確。

2、標準氣體常用的分析技術

在標準物質制備之前，要對原料氣體進行檢測，選擇合適的原料，制備完成后，要通過合適的分析方法來驗證制備的準確性，另外，標準物質研制過程中，需要用分析技術考察其均勻性、穩定性等性能，所以說，分析技術是貫穿標準物質整個制備和研究過程的，是標準物質制備和研究中的關鍵技術之一，可以說，離開分析技術，質量可靠的標準物質的制備和研究寸步難行。

相對日常分析檢測而言，標準物質制備行業對分析方法的準確性要求更高，比如，在標準物質的性能考察中，如果分析方法的準確性較差，則無法判斷得出的結果是因為標準物質的不穩定性和不均勻性產生的偏差還是分析儀器產生的偏差，在比對驗證中也是如此。因此，標準物質生產者需要盡可能提高分析的準確性。
另外，標準物質制備行業對分析儀器的靈敏度也有較高的要求，以適應較低濃度的標準物質制備中的原料分析以及成品分析。

綜上，為了更好地對標準物質進行質量控制，標準物質的生產和研究廠家不只需要提高標準物質的制備技術，還需要潛心研究標準物質的分析技術。

3、標準氣體行業的發展及展望

標準氣體作為一種商品步入中國市場，始于二十世紀六十年代，當時中國并無專業的標準氣體的生產研發單位，國內多家分析儀器廠主要為了配套分析儀器的校準而開始進行少量且簡單的標準氣體研發與生產。

二十世紀八十年代，中國煉油、乙烯和空分行業迅速發展，大量的在線和離線分析儀器對標準氣體的用量有了較大的需求，大型石化企業建設之初所用的標準氣體基本上都是隨著進口分析儀器設備進口。為了填補石化廠對標準氣體的需求的缺口，國內很多研究機構和計量部門開始研發和生產標準氣體來取代進口。

進入二十一世紀以后，隨著國家對環境保護和生產安全的管控越來越嚴格，在大氣污染監測中對火力發電廠、化工廠、垃圾焚燒廠等大型污染源的監測已經由定期取樣監測變為24小時連續自動監測系統，加之汽車行業的高速發展，在線環境監測設備、安全監測設備和汽車排放氣體的檢測儀器越來越多，對標準氣體的需求量大幅增加。標準氣體市場緊俏，使得國內的氣體生產廠家紛紛轉向標準氣體的生產，一些規模化專業生產標準氣體的廠商大量涌現；另外，國外大型氣體企業也紛紛在國內設廠，兼并收購國內相關企業。市場競爭越來越激烈，目前國內有能力生產標準氣體的廠商高達200多家。

20世紀60年代，大化肥行業中相對簡單的在線質量控制對標準氣體有了一定需求，但是多為2~3個組分的無機標準氣體，標準氣體生產工藝和監測手段也相對簡單。隨著八十年代大型乙烯生產的需要，大量而復雜的在線儀表直接控制生產流程中每一個過程的質量，而乙烯工程的雜質指標相當繁多，需要的標準氣體也非常復雜，還有很多雜質要控制在ppb級，并且有相當一部分是壓縮液化氣體標準物質，為了研發和提供這些高難度的標準物質，使得我國標準氣體的生產工藝有了長足的進步。

同時，我國環境監測質量控制和質量保證工作的發展，也推動了高質量的標準物質的研發，除了對標準氣體種類的復雜化和濃度的微量化要求之外，對標準氣體的配制精度和穩定性要求也越來越高。這就要求標準氣體的生產環境、天平的精密度、配氣設備的自動化程度、原料氣體的純度以及分析檢測方法、鋼瓶內壁的潔凈度和鈍化處理方式都要做到不斷向更高的水平發展。目前國內生產的標準氣體基本取代了國外進口，滿足了市場需求。

但是我們也應該看到，目前很多標準氣體的生產廠商還處于低水平簡單的標準氣體制備，其產品質量也不能完全滿足市場需求，標準氣體的包裝容器還不能滿足多樣化的標準氣體的制備，為規范標準氣體的生產制備，國家也不斷出臺各類政策來加強對標準氣體的管控力度，相信未來的標準氣體生產將在計量溯源性、穩定性、均勻性等各方面均會有大幅度提高。