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氣體稀釋進樣器是實驗室中用于精確稀釋高濃度氣體樣品的核心設備，廣泛應用于環境監測、工業氣體分析、科研實驗等領域。其核心功能是通過可控比例混合稀釋氣與樣品氣，將高濃度氣體稀釋至目標濃度，同時保證混合均勻性和濃度準確性。以下從設備原理、操作流程、關鍵細節及注意事項等方面展開詳細說明。
一、設備組成與工作原理
1. 核心組件
- 氣路系統：包括樣品氣入口、稀釋氣(如高純氮氣、氬氣或潔凈空氣)入口、混合腔室、流量控制器(如質量流量控制器，MFC)、閥門組和出口。
- 控制單元：通過軟件或面板設定稀釋比例、流量參數，實時監控壓力與流量。
- 混合裝置：通常采用動態混合(如毛細管混合器)或靜態混合(如填料腔室)，確保氣體充分混合。
2. 工作原理
- 動態稀釋：通過精確控制樣品氣與稀釋氣的流量比例(如1:1000)，在混合腔內快速混合，輸出穩定濃度的稀釋氣體。
- 靜態稀釋：預先將一定體積的樣品氣與稀釋氣注入封閉容器，平衡后取樣(適用于低頻次、高精度需求)。
二、使用前準備
1. 設備檢查
- 氣密性測試：關閉所有進氣口，加壓至工作壓力的1.2倍，觀察壓力表是否穩定(5分鐘內壓降≤1%為合格)。
- 管路清潔：用高純氮氣吹掃系統至少10分鐘，去除殘留雜質或水分。
- 校準驗證：檢查MFC的校準證書是否在有效期內，必要時用標準流量計或皂膜流量計復核。
2. 參數設定
- 流量范圍：樣品氣流量通常控制在MFC量程的20%~80%，避免過低(精度下降)或過高(超過線性范圍)。
3. 安全措施
- 氣體兼容性：確認樣品氣與管路材料(如不銹鋼、聚四氟乙烯)無反應，酸性氣體需用耐腐蝕材質。
- 防護裝備：處理有毒或高壓氣體時，佩戴防護手套、護目鏡，并在通風櫥內操作。
三、操作流程
1. 開機與初始化
- 開啟控制電源，啟動配套軟件，輸入氣體類型、摩爾質量等參數。
- 依次打開稀釋氣和樣品氣的氣瓶閥門，調節減壓閥至工作壓力(通常低于系統額定壓力的80%)。
2. 零點校準
- 關閉樣品氣閥門，僅通稀釋氣，調整MFC使總流量達到設定值，用空白實驗驗證零點信號穩定性(如GC基線平穩)。
3. 稀釋操作
- 連續稀釋：按預設比例調節MFC流量(如樣品氣10 mL/min，稀釋氣1000 mL/min)，穩定后連接至分析儀或采樣袋。
- 多步稀釋：逐級降低樣品氣流量(如1000→100→10 ppm)，每步平衡5~10分鐘，避免濃度突變。
4. 混合驗證
- 用便攜式傳感器或標氣對比檢測出口濃度，誤差應小于±5%。
- 觀察混合腔有無冷凝或顆粒物析出(需加熱或過濾處理)。
5. 關機維護
- 關閉樣品氣和稀釋氣閥門，運行MFC吹掃程序(用稀釋氣沖洗管路3分鐘)。
- 導出實驗數據，記錄流量、壓力、溫度等參數，存檔備查。
四、關鍵細節與技巧
1. 流量控制
- 優先選擇數字式MFC，精度可達±1%滿量程，模擬式控制器需定期校準。
- 避免頻繁切換流量，待系統穩定后再采樣(尤其動態稀釋時)。
2. 防止交叉污染
- 更換樣品氣時，先用稀釋氣沖洗管路10分鐘，再接入新氣源。
- 高濃度樣品(如100% Vol)需二級稀釋(如先稀釋100倍，再稀釋10倍)。
3. 環境影響
- 實驗室溫度波動需控制在±2℃內，避免氣體膨脹系數變化導致濃度偏移。
- 濕度過高時，在氣路中加裝干燥器(如分子篩或硅膠柱)。
4. 異常處理
- 流量突變：檢查MFC是否堵塞或電磁閥故障，重啟控制系統。
- 濃度偏差大：排查氣瓶純度(如稀釋氣含烴類雜質)、管路泄漏或校準失效。
五、維護與保養
1. 定期維護
- 每月用肥皂水或氦質譜檢漏儀檢查管路連接處，更換老化密封圈。
- 每季度校準MFC，用標準流量計或重力法校準流量。
2. 長期停用
- 排空管路氣體，注入惰性氣體封存，拆卸MFC單獨存放。
- 清潔混合腔室，擦除油污或結晶殘留物。
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