rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2024-20-4-76-88rmjournal-521Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsДинамические методы приготовления газовых смесейDynamic Methods for Preparing Gas Mixtureshttps://orcid.org/0000-0001-9030-446XКолобоваА. В.KolobovaA. V.

Колобова Анна Викторовна – канд. техн. наук, руководитель научно-исследовательского отдела госэталонов в области физико-химических измерений

190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19

Anna V. Kolobova – Cand. Sci. (Eng.), Deputy Head of the Research Department of State Standards in the field of Physical and Chemical Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

akol@b10.vniim.ruМальгиновА. В.MalginovA. V.

Мальгинов Андрей Вениаминович – руководитель сектора

190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19

Andrei V. Malginov – Sector Head

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

amal@b10.vniim.ruНечаевA. А.NechaevA. A.

Нечаев Александр Алексеевич – аспирант, инженер

190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19

Aleksandr A. Nechaev – Postgraduate Student, Engin

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

nech@b10.vniim.ruКошевВ. А.KoshevV. A.

Кошев Виталий Анатольевич – аспирант, ведущий инженер

190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19

Vitalii A. Koshev – Postgraduate Student, Engin

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

koshev@b10.vniim.ruФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологи им. Д. И. Менделеева»РоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation2024040120252047688Copyright © Колобова А.В., Мальгинов А.В., Нечаев A.А., Кошев В.А., 20242024Колобова А.В., Мальгинов А.В., Нечаев A.А., Кошев В.А.Kolobova A.V., Malginov A.V., Nechaev A.A., Koshev V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/521

Метрологическое обеспечение газоаналитических измерений осуществляется путем передачи единиц молярной доли и массовой концентрации компонентов от Государственного первичного эталона единиц молярной доли, массовой доли и массовой концентрации компонентов в газовых и газоконденсатных средах средствам измерения содержания компонентов в газовых средах. В качестве средств передачи используются стандартные образцы состава газовых смесей в баллонах под давлением, а также генераторы газовых смесей, на выходе которых получается газовая смесь с известными метрологическими характеристиками.

Основной проблемой при приготовлении газовых смесей в баллонах под давлением является обеспечение долговременной стабильности смеси. Использование динамических методов, реализуемых в генераторах газовых смесей, когда приготавливаемая газовая смесь используется непосредственно с выхода генератора, позволяет существенно минимизировать или полностью избежать этой проблемы.

Современный рынок обеспечен генераторами газовых смесей отечественного и зарубежного производства. Актуальным представляется сравнительный анализ различных способов дозирования исходных компонентов, реализуемых в генераторах газовых смесей и используемых для метрологического обеспечения газоаналитических измерений.

Практическая значимость представленного в статье исследования заключается в проведенном анализе метрологических, технических и эксплуатационных характеристик генераторов, реализующих различные методы дозирования компонентов газовых смесей. Материал статьи может быть использован производителями данных средств измерений для выработки оптимальных технических решений при разработке и создании новых типов генераторов и динамических установок, предназначенных для воспроизведения и передачи единиц содержания компонентов в газовых средах. Представленный обзор может быть полезен также преподавателям и студентам профильных специальностей высшей школы для углубления знаний в области метрологического обеспечения газоаналитических измерений.

Metrological support of gas analytical measurements is carried out by transferring units of molar fraction and mass concentration of components from the State Primary Standard of units of molar fraction, mass fraction and mass concentration of components in gas and gas condensate environs. Reference materials (RMs) for the composition of gas mixtures in cylinders under pressure are used as transmission means, as well as gas mixture generators, the output of which is a gas mixture with known metrological characteristics. The main problem of this method is to ensure long-term stability of the mixture. The use of dynamic methods implemented in gas mixture generators, when the prepared gas mixture is used directly from the generator output, allows to significantly minimize or completely avoid this problem.

In recent years, quite a lot of gas mixture generators manufactured by domestic and foreign manufacturers have appeared on the market. Therefore, a comparative analysis of various methods of dosing the initial components implemented in gas mixture generators and used for metrological support of gas analytical measurements seems relevant.

The practical significance of the study lies in the analysis of the metrological, technical and operational characteristics of generators implementing various methods of dosing components of gas mixtures, which can be used by manufacturers of these measuring instruments to develop optimal technical solutions in the development and creation of new types of generators and dynamic installations designed to reproduce and transmit units of component content in gas environs.

The presented review may be useful for teachers and students of specialized higher education institutions to enhance their knowledge in the field of metrological support for gas analytical measurements.

газовые смесистатические методыдинамические методыгенераторы газовых смесейрасход газамассовая концентрациямолярная доляgas mixturesstatic methodsdynamic methodsgas mixture generatorsgas flow ratemass concentrationmole fractionReferencesКолобова А. В., Конопелько Л. А., Попов О. Г. Государственный первичный эталон единиц молярной доли, массовой доли и массовой концентрации компонентов в газовых и газоконденсатных средах ГЭТ 154-2019 // Эталоны. Стандартные образцы. 2020. Т. 16, № 3. С. 23–35. https://doi.org/10.20915/2687-0886-2020-16-3-23-35Kolobova A. V., Konopelko L. A., Popov O. G. State primary standard of units of molar part, mass part and mass concentration of components in gas and gas condensate environs GET 154-2019. Measurement Standards. Reference Materials. 2020;16(3):23–35. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2687-0886-2020-16-3-23-35Методы и средства приготовления стандартных газовых смесей / И. А. Платонов [и др.] // Журнал аналитической химии. 2018. Т. 73, № 2. С. 83–105. https://doi.org/10.7868/S0044450218020019Platonov I. A., Kolesnichenko I. N., Rodinkov O. V., Gorbacheva A. R., Moskvin L. N. Methods and devices for the preparation of standard gas mixtures. Journal of Analytical Chemistry. 2018;73(2):109–127. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0044450218020019Получение газовых смесей известного состава динамическими методами / И. А. Платонов [и др.] // Сорбционные и хроматографические процессы. 2017. Т. 17, № 3. С. 378–387.Platonov I. A., Kolesnichenko I. N., Novikova E. A., Mukhanova I. M. Gas mixtures of the known composition by dynamic methods. Sorption and Chromatography Processes. 2017;17(3):378–387. (In Russ.).Lee S., Lee W., Oh S. Preparation of calibration gas mixture using a dynamic volumetric method for environmental monitoring // American Geophysical Union. 2008. Vol. 6. P. 456–460.Lee S., Lee W., Oh S. Preparation of calibration gas mixture using a dynamic volumetric method for environmental monitoring. American Geophysical Union. 2008;(6):456–460.McKinley J., Majors R. The preparation of calibration standards for volatile organic compounds – a question of traceability // LCGC North America. 2000. Vol. 18, № 10. P. 1024–1033.McKinley J., Majors R. The preparation of calibration standards for volatile organic compounds – a question of traceability. LCGC North America. 2000;18(10):1024–1033.Лепский М. В., Платонов И. А., Онучак Л. А. Теоретическое и экспериментальное изучение поведения системы последовательно соединенных барботеров с целью получения газового потока, содержащего стационарные концентрации летучих веществ // Химия и химическая технология. 2004. Т. 47, № 9. С. 138–143.Lepskii M. V., Platonov I. A., Onuchak L. A. Theoretical and experimental study of the behavior of a system of series-connected bubblers for the purpose of obtaining a gas flow containing stationary concentrations of volatile substances. Chemistry and Chemical Technology. 2004;47(9):138–143. (In Russ.).Boyle B. Generating calibration gas standards with OVG-4 and permeation tubes. Owlstone whitepaper. URL: https://www.owlstoneinc.com/media/uploads/files/Whitepaper_-_Generating_Calibration_Gas_Standards_with_OVG-4_and_Permeation_Tubes.pdfBoyle B. Generating calibration gas standards with OVG-4 and permeation tubes. Owlstone whitepaper. Available at: https://www.owlstoneinc.com/media/uploads/files/Whitepaper_-_Generating_Calibration_Gas_Standards_with_OVG-4_and_Permeation_Tubes.pdfNelson G. Gas mixtures: preparation and control. New York : Engineering & Technology, 2017. 304 p. https://doi.org/10.1201/9780203755105Nelson G. Gas mixtures: preparation and control. New York: Engineering & Technology; 2017. https://doi.org/10.1201/9780203755105Мальгинов А. В., Евдокимов А. А., Громова Е. В. Передача единиц молярной доли и массовой концентрации газовых компонентов с помощью рабочих эталонов 1-го разряда на основе динамических генераторов газовых смесей // Измерительная техника. 2011. Т. 54, № 9. С. 8–12.Malginov A. V., Evdokimov A. A., Gromova E. V. Dissemination of units of mole fraction and mass concentration of gas components by means of first-grade working standards based on dynamic gas mixture generators. Measurement Techniques. 2011;54(9):8–12. (In Russ.).Шашков А. Г., Золотухина А. Ф., Василенко В. Б.; под ред. Жданка С. А. Фактор термодиффузии газовых смесей: методы определения. Минск : Издательский дом Белорусская наука, 2007. 239 с.Shashkov A. G., Zolotukhina A. F., Vasilenko V. B.; Zhdanka S. A. eds. Thermal diffusion factor of gas mixtures: methods of determination. Minsk: Izdatel’skii dom Belorusskaia nauka; 2007. 239 p. (In Russ.).Мальгинов А. В., Соколов Т. Б., Громова Е. В. Разработка модельного ряда эталонных установок на токсичные и взрывоопасные компоненты в воздухе рабочей зоны на основе динамических генераторов газовых смесей // Метрология физико-химических измерений. Коллектив авторов / Под редакцией Конопелько Л. А., Рожнова М. С. СПб, ООО «Издательство ТРИУМФ», 2011. С. 394–404. https://doi.org/10.32986/978-5-9902987-1-2-2021-6-580.Malginov A. V., Sokolov T. B., Gromova E. V. Development of a model range of reference installations for toxic and explosive components in the air of the working area based on dynamic generators of gas mixtures. In: Konopelko L. A., Rozhnova M. S. (eds.). Metrology of physical and chemical measurements. Saint Petersburg: OOO Izdatelstvo TRIUMF; 2011. P. 394–404. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.