[发明专利]一种异氰酸标准气体的发生装置及量化方法

说明书

本发明涉及标准气体制备技术领域，特别涉及异氰酸标准气体的发生装置及量化方法，该装置包括：第一载气源，其用于提供运载异氰酸的载气；异氰酸源，其用于提供异氰酸；异氰酸标气出口，其用于输出浓度稳定的异氰酸标准气体；异氰酸溶解装置，其用于溶解来自所述异氰酸源的异氰酸；所述第一载气源、异氰酸源、异氰酸溶解装置和异氰酸标气出口相互流体连通；其中，所述异氰酸源包括三聚氰酸和用于加热三聚氰酸的加热装置。本发明具有安全性高，操作简单的优势。该装置产生的异氰酸标准气体纯净度高，稳定性好。异氰酸浓度的定量方法准确可靠。可以满足仪器标定，大气环境监测，以及异氰酸的物理化学特性等不同领域的研究需求。

技术领域

本发明涉及标准气体制备技术领域，特别涉及异氰酸标准气体的发生装置及量化方法。

背景技术

异氰酸(HNCO)是一种有毒的大气痕量污染物，可以通过呼吸进入人体内参与蛋白质的氨甲酰化，引起炎症反应。当环境浓度超过1ppbv时，异氰酸对人体健康将构成潜在危害。因此，准确测量环境大气中异氰酸的浓度以及研究其在环境大气中的来源和去除机制至关重要。异氰酸标准气体的制备是建立异氰酸的在线测量方法和研究其物理化学特性的基础。

由于异氰酸在常温下不稳定，会发生聚合反应生成三聚氰酸，无法压缩储存在钢瓶中，因此没有商业化的标气可以直接使用。实验室内通常采用现场制备的方式获取异氰酸。如加热硫酸氢钾(KHSO₄)和异氰酸钾(KNCO)的混合物可以产生异氰酸，但该方法会产生二氧化碳等杂质气体，异氰酸的浓度也难以保持稳定。抑或将氯化氢(HCl)气体与异氰酸钠(NaNCO)的精细粉末反应生成异氰酸，但该方法需要精确控制实验条件，异氰酸浓度的稳定性也不理想。类似的方法是将干燥的氯化氢气体通入异氰酸钠的惰性有机悬浊液以置换异氰酸。该方法可以获得纯净度更高的异氰酸，但实验装置复杂，成本相对较高，并且难以长时间保持异氰酸的浓度稳定。

异氰酸浓度的定量方法是异氰酸标准气体制备过程中的另一个难题。若采用氯化氢气体与异氰酸钠反应的制备方法，在异氰酸钠过量的条件下，通常采用氯化氢气体的浓度计算异氰酸气体的浓度，但由于受到实际产率的影响，计算得到的异氰酸气体的浓度具有很大的不确定性。若采用傅里叶变换红外光谱仪测量异氰酸的浓度，由于二氧化碳与异氰酸的光谱存在部分重叠，会产生较大的干扰，导致测量结果不够准确。同样由于二氧化碳的干扰，不能采用将异氰酸催化转化成二氧化碳利用总含碳量守恒的方法确定异氰酸的浓度。此外，由于异氰酸很难催化转化成氮氧化物，所以也无法通过总含氮量守恒的方法确定异氰酸的浓度。

总体上，现有制备异氰酸标准气体的方法在装置的复杂程度、气体的纯净度、浓度的定量方法以及经济成本等方面均存在一定的不足，亟需提出一种更优的发生装置和更为有效的定量方法。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种异氰酸标准气体的发生装置及量化方法。利用该装置可以直接获得异氰酸的标准气体，用于异氰酸在线测量方法的建立，监测仪器的标定，以及异氰酸物理化学特性的研究。在保证异氰酸标准气体浓度稳定的基础上，本发明能够精准快速的控制输出气体的浓度，以满足不同种类的测试和研究要求。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种异氰酸标准气体的发生装置，包括：

第一载气源，其用于提供运载异氰酸的第一载气；

异氰酸源，其用于提供异氰酸；

异氰酸标气出口，其用于输出浓度稳定的异氰酸标准气体；

异氰酸溶解装置，其用于溶解来自所述异氰酸源的异氰酸；

所述第一载气源、异氰酸源、异氰酸溶解装置和异氰酸标气出口相互可阻断地流体连通；

其中，所述异氰酸源包括三聚氰酸和用于加热三聚氰酸以提供异氰酸的加热装置。