قبل از این که در مورد گاز کالیبراسیون و گاز استاندارد توضیح دهیم، بهتر است با تعاریف اولیه گاز و کاربردهای آن در آنالیز های شیمیایی آشنا شویم. گاز(Gas) یکی از حالت های اصلی مواد است و طبق یک تعریف ساده گاز به ماده ای اطلاق می شود که شکل و حجم مشخصی ندارد. از نظر شیمیایی و علمی گاز یکی از چهار حالت ماده است که بین حالت مایع و پلاسما قرار دارد و حالت گازی یک ماده با خواص زیر شناخته می شوند:
- حجم ثابتی ندارد و بر عکس مایعات و جامدات در ظرف کاملا پخش می شود.
- تراکم پذیر است و حجم آن با تغییر فشار تغییر می کند.
- گازها سیال هستند.
- اتم ها یا مولکول های موجود در یک گاز بسیار رقیق تر از ذرات موجود در جامدات و مایعات پخش می شوند. به عنوان مثال، در دمای صفر درجه سانتیگراد و فشار 1 اتمسفر، 1 مول آب دارای حجم 18 میلی لیتر در حالت مایع و 22.4 لیتر در حالت بخار است. (دمای صفر درجه سانتیگراد و فشار 1 اتمسفر، مقدار کمی بخار در تعادل با آب مایع / جامد وجود دارد.)
- قوانین و معادلات فیزیکی متفاوتی دارند.
انواع گازها
بنابر تعریف گازها می توانند گاز ایده آل (Ideal gas) یا گاز حقیقی یا واقعی (Real gas) باشند.
گاز ایده آل: اساس تعریف گاز ایده آل این فرض است که ذرات گاز هیچ تاثیری بر روی هم ندارند و جاذبه و دافعه ای بین ذرات وجود ندارد. در فشارکم و دمای بالا گزها معمولا از خود فتار ایده آل نشان می دهند. در این حالت رابطه بین چهار پارامتر تعیین کننده در گازها یعنی فشار (P) حجم (V) دما (T) و تعداد مول گاز(n) از رابطه گاز ایده آل تبعیت می کنند:
PV=nRT
R ثابت گاز هاست (ثوابت فیزیکی را ببینید).
گاز حقیقی یا غیر ایده آل یا واقعی: گاز ایده آل در فشارهای کم صادق است. در فشارهای بالاتر و یا دمای کمتر فاصله ذرت گازی کمتر شده و برهم کنش بین ذرات صورت می گیرد و بنابراین رفتا گازها از حالت ایده آل فاصله می گیرد.
گاز کامل (perfect gas) یک گاز فرضی است که نیروهای بین مولکولی در آن وجود ندارد. از آنجایی که این تعریف صرفا یک تعریف نظری ست در بسیاری از موارد گاز ایده‌آل را با گاز کامل با هم یکسان در نظر می گیرند و گاهی به جای یکدیگر به کار می‌روند.
گازها معمولا جرم مولکولی پایینی دارند و از ترکیبات غیر فلزی هستند. گازها می توانند به صورت اتمی باشند مانند هلیم (He) و یا به صورت مولکولی باشند مانند هیدروژن و اکسیژن (H2, O2). گازها می توانند از ترکیبات کووالانسی هم باشند مثل دی اکسید کربن (CO2)، سولفور دی اکسید (SO2)، تری فلورید بور (BF3)، نیتروژن دی اکسید (NO2)
کاربرد گازها در آنالیز مواد
همان طور که می دانیم گازها کاربرد بسیاری در زندگی روزمره و وسایل خانگی دارند از پخت و پز تا سیستم های گرمایشی و سرمایشی. گازها در صنایع نیز کاربردهای زیادی دارند. از انواع گازهای ترکیبی جهت مصرف در صنایع سیمان، پلیمرسازی، اطفاء حریق، ایمنی حفاری و معدن، صنایع نفت و گاز، صنعت برق، لیزرهای ایگزایمر چشم پزشکی، پزشکی، غواصی، صنایع شیمیایی، صنایع پلیمری، خودرو سازی، صنایع غذایی و ..استفاده می شود.
در بسیاری از روش های آنالیزی خلوص گاز تاثیر بسیاری در دقت آنالیز دارد. معمول ترین گازهایی که در دستگاه های آنالیزی استفاده می شوند عبارتند از گاز آرگون و گاز نیتروژن (روش های طیف سنجی نشری جرمی و پرتو ایکس) و نیتروز اکساید و استیلن (روش طیف سنجی جذب اتمی). گاز آرگون برای انواع روش های طیف سنجی نشری و اتمی مانند ICP-AES, ICP-MS, FAAS, GF-AAS استفاده می شود. میزان خلوص آرگون در روش های طیف سنجی نشر اتمی بسیار مهم است
توجه کنید که موقع سفارش گاز به گرید آن حتما توجه کنید! به عنوان مثال برای یک آنالیست که با دستگاه ICP-AES یا ICP-MS کار می کند آرگون همان آرگون است. اما دقت کنید که حداقل گرید مورد نیاز آرگون برای آنالیز با ICP برابر 5 است. گرید پنج یعنی آرگون خلوص 99.999 دارد و گرید 4.8 یعنی گرید 99.998. این تغییر کم در گرید آرگون تاثیر زیادی در فاکتورهایی مانند فشار گاز پلاسما، فشار پمپ پریستالتیک و سیستم شستشو، و سیستم جرقه زن دستگاه (ignition) تاثیر می گذارد. در صورت عملکرد نادرست هریک از این پارامترها دقت آنالیز و هم چنین صحت نتایج مخصوصا در طولانی مدت به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. برای اطلاعات بیشتر این مقاله را ببینید
کیفیت گازهای مورد استفاده اهمیت بسیاری دارد. در بسیاری از مواقع ناخالصی باید بسیار کم بوده و باید گرید یا خلوص گاز مورد استفاده در حد 99.9999 باشد. این امر در گازهای کالیبراسیون و استاندارد بسیار جیاتی ست.
در استفاده از گازهای استاندارد باید وسایل مورد استفاده نیز کالیبره باشند مانند رگولاتور و گیج ها و یا پمپ های مورد استفاده. اگر سخت افزارها به خوبی کالیبره نشده باشند به نتایج اندازه گیری اطمینانی نیست.
گاز کالیبراسیون و گاز استاندارد
گاز کالیبراسیون (calibration gas): گاز کالیبراسیون یا گاز استاندارد گازی ست که غلظت ترکیبات شیمیایی آن مشخص و تایید شده باشد. گاز استاندارد ممکن است یک گاز یا مخلوطی از چند گاز باشد که معمولاً فشرده شده و در کپسول های فلزی ارائه می شود. گاز کالیبراسیون می تواند از یک یا چند گاز با نسبت های کاملا مشخص باشد. از گاز کالیبراسیون یا گاز استاندارد برای کالیبره کردن آنالایزرهای گاز یا آشکارسازهای گازی و نشت یاب های گازی استفاده می شود.
توجه شود که شرایط نگهداری گاز کالیبراسیون و گاز استاندارد و به طور معمول هر گازی ویژه است. و در مورد انواع گازها متفاوت است. به شرایط محیطی و ذخیره سازی و همچنین مدت ماندگاری (shelf-life) برای هر گاز در برگه های تائیدیه همراه سیلندرهای گاز توجه کنید.
انواع گاز کالیبراسیون و گاز استاندارد و گازهای ترکیبی
- گازهای آزمایشگاهی و خالص
- گازهای صنعتی و گازهای مایع
- ترکیبات گازی به صورت درصدی ppm و ppb جهت کالیبراسیون دستگاه های کروماتوگرافی گازی و آنالیزورهای آنلاین
- گاز کالیبراسیون H2S جهت کالیبراسیون
- گاز کالیبراسیون N2/CH4 و گاز کالیبراسیون CO/N2 جهت کالیبراسیون سنسور های آنالیز
- مخلوط های گازی استاندارد آزمایشگاهی
- گاز کالیبراسیون CO/N2/NO/SO2 جهت کالیبره سنسورهای Co, NO, SO2
- مایعات گازی شامل هلیوم، مایع آرگون، مایع نیتروژن، مایع اکسیژن مایع
