1 气体产品的分类 目前, 国内市场的气体产品按其用途可 进行如下分类: A 1 一般工业用气。包括工业氢气、工业 氮气等。 B1 医疗用气。包括医用氧气、麻醉气等。 C1 食品工业用气。如液体二氧化碳。 D1 民用燃气。如天然气, 液化石油气等。 E1 电子工业用气。如硅烷、磷烷等。 F1 仪器仪表用气。如标准气、色谱载气 等。 G1 其它特殊用途用气。 一般情况下, A～D 类气体产品的市场 需求量很大, 而纯度要求不是很高, 主体成 分含量通常在9915% 以下。 E～ G 类气体即所谓的特种气体, 其特 点是品种繁多, 市场需求量较小, 纯度要求 高, 对其所含的杂质的种类和数量有着严格 的限定。 不同类别的同一种气体, 质量要求差异 很大。表1～ 3 给出了氧气在不同用途下的技 术指标。 表1 工业用氧技术要求 项 目 指 标 优等品一等品合格品 氧含量(体积分数) ö% ≥ 9917 9915 9912 水分 游离水mLö瓶≤ - 无游离水100 露点ö℃ ≤ - 43 - - 表2 医用氧气技术要求 指标名称指 标 氧含量ö% (VöV ) ≥ 9915 水分含量ö gm - 3 (在20℃ 和10113kPa 下) ≤ 0107 二氧化碳含量ö% (VöV ) ≤ 0101 一氧化碳含量按GB8986 的第5 章检验应合格 气态酸和碱含量按GB8986 的第6 章检验应合格 臭氧及其他 气态氧化物含量按GB8986 的第7 章检验应合格 气味无气味 表3 电子工业用氧技术要求 项目 指 标 超大规模集 成电路级 半导体及集 成电路级 电子级和散 装液态氧 氧纯度ö% ≥ 9919853 9915 9915 氢含量ö1 0- 6 ≤ 1 1 1 氩含量ö1 0- 6 ≤ 100 - - 氮含量ö1 0- 6 ≤ 30 100 100 一氧化碳含量ö10- 6 ≤ 1 - - 二氧化碳含量ö10- 6 ≤ 1 - - 一氧化碳和二氧化碳含量ö10- 6 ≤ - 5 5 总烃含量(以甲烷计) ö10- 6 ≤ 1 5 25 氧化亚氮含量ö10- 6 ≤ 1 2 2 氪含量ö1 0- 6 ≤ 10 - - 水含量ö1 0- 6 ≤ 2 2 2 总杂质含量(包括稀有气体) ö10- 6≤ 147 5000 5000 2 气体产品的等级与纯度 习惯上, 我们用普通气(工业气)、纯气、 高纯气、超纯气来表示气体产品的等级, 但 目前尚无法对上述概念规定统一的量化标 准。
66 低温与特气 1998 Ä 3 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 纯度是用来说明气体质量的数字化表达 方法。纯度的定义是主体成分的量占样品总 量的比例: 纯度= 主成分量 样品量 (1) = 1- 2 杂质量 样品量 (2) 气体纯度的获得有以下两种方式: 11 直接测定主体成分含量, 由(1) 式求 得。 21 测定各项杂质, 用(2) 式计算求得。 气体纯度的表示方法为: (1) 用百分数 表示, 如99% , 9915% , 99199% 等。(2) 用 英文“9”的字头“N ”表示。如3N、4N、418N、 5N 等。“N ”的数目与(1) 中“9”的个数相 对应, 小数点后的数表示不足“9”的数, 如 4N (99199% ) , 418N (991998% ) 等。 纯度是确定气体产品等级的指标之一。 在我国, 受气体产品用途、生产能力等因素 的制约, 同一等级不同品种的气体, 其纯度 值是不一样的。表4 给出了目前市售高压钢 瓶装高纯气体的纯度指标。 表4 不同种类高纯气体的纯度指标 高纯气体名称纯度ö% H2, He, N 2, A r, N e, CO 2 ≥991999 O 2, Kr, CO , C2H4, C3H4, SF6 CH4, C3H8, HCl, N 2O , NH3, SO 2 ≥99199 C3H6, n- C4H10, iC4H10, NO BCl3, Cl2, HF, CCl3F, CClF3 ≥9919 CH3Cl, CH3Br, C2H2, CF4 ≥9915 C4F6, PH3, C2H2F2, CH3F ≥9910 3 高纯气体 高纯气体必须满足2 个条件: 11 主体成分含量必须大于某一定值。 21 各杂质组分含量必须小于某一定值。 电子工业用气、仪器仪表校准用的零点 气、标准气配制用气、色谱载气等均需满足 以上要求, 可列为高纯气体。
理论上, 高纯气体的纯度= 主体成分含 量= 1- 2 杂质含量。事实上, 用实验方法直 接准确测定高纯气体中主体成分含量是非常 困难的。既使象二氧化碳这类产品, 可以通 过规定的方法, 直接测定得到“纯度值”, 但 该值也包含有水分、酸性气体及其它与强碱 作用的成分。所以说, 该“纯度”也并非理 论意义上的气体纯度。 而另外一种通过测定气体中所含有的所 有杂质成分, 计算求得气体纯度(理论纯 度) 的方法, 同样难以实现。 那么, 目前市场上高纯气体产品的“纯 度”含义又是什么呢? 笔者认为, 所谓高纯 气体纯度是通过规定方法直接测得或扣除规 定杂质计算求得的浓度值。这种规定是生产 者和用户依据生产过程和使用目的共同协商 的结果。 评价高纯气体的质量, 除进行“纯度”指 标评价外, 还需依据标准对规定杂质进行逐 一核对。
任何一项超出规定的要求, 都不能 称之为合格品。表5 给出了高纯氦气的“纯 度”及杂质含量指标要求。 表5 高纯氦气产品的质量要求 项目 指 标 优等品一等品合格品 氦气纯度ö% ≥ 9919996 9919993 991999 氖含量ö1 0- 6 ≤ 1 2 4 氢含量ö1 0- 6 ≤ 011 015 1 氧(氩) 含量ö1 0- 6 ≤ 015 1 1 氮含量ö1 0- 6 ≤ 1 1 2 一氧化碳含量ö10- 6 ≤ 011 012 015 二氧化碳含量ö10- 6 ≤ 012 012 015 甲烷含量ö1 0- 6 ≤ 011 012 015 水分含量ö1 0- 6 ≤ 1 2 3 4 高纯气体的分析 高纯气体分析的核心是对其中的规定杂 质进行定性、定量测定。由于高纯气体中的 限定杂质数目多, 且含量极低, 通常在10- 6 ～ 10- 7范围, 因此对测试设备和分析人员均 有较高的要求。
