نیتروژن / سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
مقدمه‌ای بر گازهای مخلوط نیتروژن
نیتروژن (N₂) یکی از فراوان‌ترین گازهای موجود در اتمسفر زمین است که حدود ۷۸ درصد از حجم هوا را تشکیل می‌دهد. این گاز به دلیل خنثی بودن شیمیایی، عدم اشتعال و سمیت پایین، در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله در صنعت، پزشکی و تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زمینه کالیبراسیون، به ویژه کالیبراسیون چندجزئی، گازهای مخلوط نیتروژن نقش کلیدی ایفا می‌کنند. این گازها به عنوان یک حامل خنثی برای ترکیب دقیق و کنترل شده‌ی غلظت‌های مختلف از اجزای گازی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
گازهای مخلوط نیتروژن را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
گازهای مخلوط گازی (Gaseous Mixtures): این مخلوط‌ها از ترکیب گاز نیتروژن با مقادیر مشخصی از یک یا چند گاز دیگر (مانند مونوکسید کربن، دی اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، گوگرد و ترکیبات آلی فرار) تشکیل می‌شوند. این مخلوط‌ها معمولاً با استفاده از روش‌های دقیق اندازه‌گیری و مخلوط‌سازی تولید می‌شوند تا غلظت‌های استاندارد و قابل اطمینانی از اجزای مورد نظر را فراهم کنند.
گازهای استاندارد کالیبراسیون (Calibration Standard Gases): این گازها به طور خاص برای اهداف کالیبراسیون تولید و تایید شده‌اند. آن‌ها دارای گواهی تضمین کیفیت هستند که غلظت دقیق هر یک از اجزای تشکیل دهنده را مشخص می‌کند. این استانداردها به طور کلی برای اطمینان از دقت و صحت اندازه‌گیری‌های بعدی استفاده می‌شوند.
ویژگی‌های کلیدی گازهای مخلوط نیتروژن که آن‌ها را برای کالیبراسیون ایده‌آل می‌سازد عبارتند از:
پایداری: نیتروژن یک گاز بسیار پایدار است و به راحتی با سایر مواد واکنش نمی‌دهد. این پایداری باعث می‌شود تا غلظت اجزای مخلوط در طول زمان و تحت شرایط مختلف محیطی نسبتاً ثابت باقی بماند.
خنثی بودن: خنثی بودن شیمیایی نیتروژن از بروز واکنش‌های ناخواسته بین اجزای مخلوط و یا با تجهیزات کالیبراسیون جلوگیری می‌کند.
قابلیت اطمینان: گازهای مخلوط نیتروژن در غلظت‌های دقیق و قابل تکرار تولید می‌شوند و به طور مداوم تحت کنترل کیفیت قرار می‌گیرند.
اهمیت کالیبراسیون در آزمایشگاه‌ها
کالیبراسیون یک فرآیند حیاتی در تمام آزمایشگاه‌های صنعتی، تحقیقاتی و کنترلی است. این فرآیند شامل مقایسه نتایج اندازه‌گیری یک ابزار با یک استاندارد مرجع شناخته شده است. هدف اصلی کالیبراسیون، اطمینان از صحت، دقت، قابلیت اطمینان و تکرارپذیری نتایج اندازه‌گیری است.
اهمیت کالیبراسیون در جنبه‌های زیر نمایان می‌شود:
اطمینان از صحت نتایج: کالیبراسیون تضمین می‌کند که ابزار اندازه‌گیری مقادیر صحیح و نزدیک به واقعیت را نشان می‌دهد. این امر برای تصمیم‌گیری‌های مهم در فرآیندهای تولید، کنترل کیفیت، تحقیقات علمی و نظارت زیست‌محیطی ضروری است.
رعایت مقررات و استانداردها: بسیاری از صنایع و سازمان‌های نظارتی، داشتن برنامه کالیبراسیون منظم و مستند برای تجهیزات اندازه‌گیری را الزامی می‌دانند. این الزامات بخشی از رعایت استانداردها و مقررات کیفی مانند ISO 9001، ISO 17025 و استانداردهای خاص صنعتی است.
کاهش خطاها و ضایعات: ابزارهای کالیبره نشده می‌توانند منجر به خطاهای اندازه‌گیری شوند که به نوبه خود می‌تواند باعث تولید محصولات معیوب، اتلاف مواد اولیه، زمان و منابع شود. کالیبراسیون منظم به شناسایی و رفع این خطاها کمک می‌کند.
قابلیت مقایسه نتایج: کالیبراسیون امکان مقایسه نتایج اندازه‌گیری شده توسط ابزارهای مختلف یا در زمان‌های مختلف را فراهم می‌کند. این امر برای تحلیل روندها، بررسی کیفیت محصول و همکاری‌های بین آزمایشگاهی بسیار مهم است.
ایمنی: در برخی کاربردها، دقت اندازه‌گیری مستقیماً با ایمنی مرتبط است. به عنوان مثال، اندازه‌گیری دقیق غلظت گازهای سمی یا قابل اشتعال برای حفظ ایمنی کارکنان و محیط زیست حیاتی است.
کاربردهای گاز مخلوط نیتروژن در کالیبراسیون چندجزئی
کالیبراسیون چندجزئی به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن یک ابزار اندازه‌گیری برای چندین جزء یا ماده مختلف به طور همزمان یا متوالی کالیبره می‌شود. این نوع کالیبراسیون به ویژه در تحلیل‌گرهای گازی (Gas Analyzers) که قادر به اندازه‌گیری غلظت چندین گاز در یک نمونه هستند، کاربرد فراوان دارد. گازهای مخلوط نیتروژن به دلایل متعدد، حامل ایده‌آل برای این نوع کالیبراسیون محسوب می‌شوند:
۱. تحلیل‌گرهای کیفیت هوا (Air Quality Analyzers)
دستگاه‌های پایش کیفیت هوا معمولاً غلظت ترکیبات مختلفی مانند مونوکسید کربن (CO)، دی اکسید نیتروژن (NO₂)، دی اکسید گوگرد (SO₂)، ازون (O₃)، و ذرات معلق (PM) را در هوا اندازه‌گیری می‌کنند. برای کالیبراسیون این دستگاه‌ها، از مخلوط‌های گازی استفاده می‌شود که شامل غلظت‌های استاندارد از این آلاینده‌ها در بستر نیتروژن خالص یا مخلوطی از نیتروژن و اکسیژن (شبیه به هوای محیط) است.
مثال: یک مخلوط کالیبراسیون می‌تواند شامل غلظت‌های ppm (قسمت در میلیون) از CO، NO₂ و SO₂ در نیتروژن باشد. تحلیل‌گر با دریافت این گاز، پاسخ خود را ثبت کرده و بر اساس آن، منحنی کالیبراسیون برای هر جزء تنظیم می‌شود.
۲. تحلیل‌گرهای گاز اگزوز خودرو (Automotive Exhaust Gas Analyzers)
خودروهای مدرن برای کنترل آلایندگی، نیاز به پایش مداوم گازهای خروجی خود دارند. تحلیل‌گرهای گاز اگزوز معمولاً غلظت مونوکسید کربن (CO)، هیدروکربن‌های نسوخته (HC)، اکسیدهای نیتروژن (NOx) و دی اکسید کربن (CO₂) را در گازهای خروجی اندازه‌گیری می‌کنند.
مثال: مخلوط‌های کالیبراسیون برای این دستگاه‌ها می‌توانند شامل غلظت‌های ppm از CO، HC (معمولاً به صورت هگزان یا پروپان) و NOx (به صورت NO) در بستر مخلوطی از نیتروژن و اکسیژن باشند.
۳. تحلیل‌گرهای گازهای صنعتی و فرآیندی (Industrial and Process Gas Analyzers)
در صنایع مختلف مانند پتروشیمی، فولاد، سیمان و تولید برق، کنترل ترکیب گازهای موجود در فرآیندهای تولیدی یا گازهای خروجی از کوره‌ها و بویلرها بسیار مهم است.
مثال: در صنعت فولاد، ممکن است نیاز باشد غلظت مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و نیتروژن را در گازهای کوره اندازه‌گیری کرد. مخلوط‌های کالیبراسیون شامل غلظت‌های مشخصی از این گازها در نیتروژن استفاده می‌شوند. همچنین، در تولید آمونیاک، کنترل غلظت هیدروژن، نیتروژن و آمونیاک در مراحل مختلف فرآیند ضروری است که نیازمند مخلوط‌های گازی استاندارد است.
۴. تجهیزات پزشکی (Medical Equipment)
در پزشکی، به ویژه در تجهیزات تنفس مصنوعی (ونتیلاتورها)، بیهوشی و مانیتورینگ گازهای خونی، نیاز به اندازه‌گیری دقیق غلظت گازهایی مانند اکسیژن (O₂)، دی اکسید کربن (CO₂)، نیتروژن (N₂)، و داروهای بیهوشی (مانند ایزوفلوران، سووفلوران) وجود دارد.
مثال: ونتیلاتورها معمولاً با مخلوط‌هایی از اکسیژن و هوای فشرده کار می‌کنند که ممکن است حاوی نیتروژن باشد. کالیبراسیون آن‌ها با استفاده از مخلوط‌های گازی با نسبت‌های مشخص اکسیژن و نیتروژن (و یا هوا) انجام می‌شود. همچنین، مانیتورهای بیهوشی با غلظت‌های بسیار پایین داروهای بیهوشی در بستر نیتروژن کالیبره می‌شوند.
۵. محیط زیست و ایمنی شغلی (Environmental and Occupational Safety)
دستگاه‌های پایش محیط زیست و تجهیزات حفاظت فردی برای اندازه‌گیری غلظت گازهای سمی یا قابل اشتعال در محیط کار یا محیط زیست استفاده می‌شوند.
مثال: سنسورهای تشخیص گازهای سمی مانند H₂S، NH₃، کلر (Cl₂) و همچنین گازهای قابل اشتعال مانند متان (CH₄) یا هیدروژن (H₂) نیاز به کالیبراسیون منظم دارند. مخلوط‌های گازی که این گازهای سمی یا قابل اشتعال را در غلظت‌های مشخص در بستر نیتروژن دارند، به عنوان استانداردهای کالیبراسیون استفاده می‌شوند.
۶. تحقیقات علمی و توسعه (Scientific Research and Development)
در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، برای توسعه روش‌های تحلیلی جدید، ارزیابی عملکرد ابزارهای نوین و مطالعات پایلوت، نیاز به مخلوط‌های گازی با ترکیب دلخواه و دقت بالا وجود دارد.
مثال: محققان ممکن است نیاز به کالیبراسیون یک کروماتوگراف گازی (GC) برای شناسایی و اندازه‌گیری همزمان ترکیبات آلی فرار (VOCs) در نمونه‌های هوای آلوده داشته باشند. برای این منظور، مخلوط‌های گازی شامل غلظت‌های ppm از بنزن، تولوئن، زایلن و سایر VOC ها در بستر نیتروژن به عنوان استانداردهای مرجع به کار می‌روند.
روش‌های اندازه‌گیری و کنترل کیفیت
تولید و استفاده از گازهای مخلوط نیتروژن برای کالیبراسیون نیازمند رعایت دقیق اصول اندازه‌گیری و کنترل کیفیت است تا از صحت و قابلیت اطمینان آن‌ها اطمینان حاصل شود.
الف) روش‌های تولید مخلوط‌های گازی:
تولید مخلوط‌های گازی با غلظت دقیق، معمولاً با استفاده از دو روش اصلی صورت می‌گیرد:
روش اختلاط حجمی یا جرمی (Volumetric or Gravimetric Blending): در این روش، گازهای خالص اجزا به نسبت‌های مشخص با هم مخلوط می‌شوند.
اختلاط حجمی: گازها با استفاده از شیرهای کنترل جریان و دستگاه‌های اختلاط مخصوص، با فشارهای کنترل شده و در نسبت‌های حجمی تعریف شده با هم ترکیب می‌شوند. این روش برای مخلوط‌های با غلظت بالا یا زمانی که دقت کمتری مورد نیاز است، مناسب‌تر است.
اختلاط جرمی (Gravimetric): این دقیق‌ترین روش است و در آن، جرم هر یک از گازهای اجزا با استفاده از ترازوهای حساس اندازه‌گیری و با هم مخلوط می‌شوند. سپس، بر اساس جرم مولی هر گاز، غلظت نهایی در مخلوط محاسبه می‌گردد. این روش برای تولید استانداردهای کالیبراسیون با دقت بسیار بالا استفاده می‌شود.
روش رقیق‌سازی (Dilution Method): در این روش، یک گاز با غلظت بالا (مانند یک استاندارد مادر یا Certified Reference Material – CRM) با یک گاز حامل خنثی (مانند نیتروژن) به نسبت مشخصی رقیق می‌شود تا به غلظت مورد نظر برسد. این رقیق‌سازی می‌تواند با استفاده از رقیق‌کننده‌های جرمی (Mass Flow Controllers – MFCs) یا رقیق‌کننده‌های حجمی صورت گیرد. استفاده از MFC ها به دلیل دقت بالا در کنترل جریان گاز، در این روش متداول است.
ب) کنترل کیفیت گازهای مخلوط نیتروژن:
کنترل کیفیت بخش حیاتی در تولید و تأیید کیفیت مخلوط‌های گازی استاندارد است. این شامل موارد زیر می‌شود:
گواهی آنالیز (Certificate of Analysis – CoA): هر مخلوط گازی استاندارد باید همراه با یک گواهی آنالیز ارائه شود که اطلاعات دقیقی از جمله:
غلظت دقیق هر جزء در مخلوط (معمولاً با واحد ppm، ppb یا درصد حجمی).
نام و گواهی ردیابی استاندارد مرجع استفاده شده (در صورت ردیابی به استانداردهای ملی یا بین‌المللی).
روش تولید و آنالیز.
تاریخ تولید و تاریخ انقضا.
شرایط نگهداری.
ردیابی (Traceability): استانداردهای کالیبراسیون باید ردیابی‌پذیر به استانداردهای ملی یا بین‌المللی باشند. این بدان معناست که دقت آن‌ها توسط آزمایشگاه‌های معتبر و با استفاده از روش‌های تأیید شده، کالیبره شده است. سازمان‌هایی مانند NIST (National Institute of Standards and Technology) در آمریکا یا موسسات مشابه در سایر کشورها، استانداردهای مرجع اصلی را تولید و تأیید می‌کنند.
آنالیز تأیید کننده (Verification Analysis): پس از تولید مخلوط گازی، اغلب یک تجزیه و تحلیل تأیید کننده توسط آزمایشگاه مستقل یا با استفاده از ابزارهای مرجع انجام می‌شود تا غلظت‌های ادعا شده در گواهی آنالیز تأیید شود. این کار می‌تواند با استفاده از کروماتوگراف گازی (GC)، طیف‌سنجی مادون قرمز (IR) یا طیف‌سنجی جرمی (MS) انجام شود.
پایداری در طول زمان (Stability over Time): پایداری مخلوط گازی در طول عمر مفید آن بسیار مهم است. تولیدکنندگان باید مطالعات پایداری را انجام دهند تا اطمینان حاصل کنند که غلظت اجزا در طول زمان و تحت شرایط نگهداری توصیه‌شده، تغییر قابل توجهی نمی‌کند. این مطالعات معمولاً با اندازه‌گیری غلظت در فواصل زمانی مشخص از تاریخ تولید انجام می‌شود.
دقت و تلورانس (Accuracy and Tolerance): غلظت‌های اعلام شده در مخلوط‌های کالیبراسیون دارای تلورانس مشخصی هستند. برای استانداردهای کالیبراسیون، تلورانس معمولاً بسیار کم است (مثلاً ± ۱% یا ± ۲% از مقدار نامی)، در حالی که برای مخلوط‌های گاز محیطی یا صنعتی ممکن است تلورانس بیشتری وجود داشته باشد.
موارد عملی و نمونه‌های کاربردی
در اینجا چند نمونه عملی از کاربرد گازهای مخلوط نیتروژن در کالیبراسیون چندجزئی آورده شده است:
سناریو ۱: کالیبراسیون تحلیل‌گر کیفیت هوای محیطی
هدف: کالیبراسیون دستگاهی که غلظت CO، SO₂ و NO₂ را در هوای شهر اندازه‌گیری می‌کند.
مخلوط گازی مورد استفاده: یک استاندارد گازی شامل غلظت‌های مشخص (مثلاً ۵ ppm CO، ۰.۵ ppm SO₂، ۰.۳ ppm NO₂) در بستر نیتروژن یا مخلوط نیتروژن-اکسیژن (۲۰.۹% O₂).
فرآیند: تحلیل‌گر به ترتیب با گازهای حامل خالص (نیتروژن) و سپس با مخلوط‌های گازی استاندارد با غلظت‌های مختلف هر جزء کالیبره می‌شود. منحنی پاسخ دستگاه برای هر جزء رسم شده و در حافظه دستگاه ذخیره می‌شود.
اهمیت: اطمینان از صحت اندازه‌گیری غلظت آلاینده‌ها برای ارزیابی سلامت عمومی و اتخاذ تدابیر کنترلی.
سناریو ۲: کالیبراسیون تحلیل‌گر گاز اگزوز خودرو
هدف: کالیبراسیون دستگاهی که CO، HC و NOx را در اگزوز خودروها اندازه‌گیری می‌کند.
مخلوط گازی مورد استفاده: یک استاندارد گازی شامل غلظت‌های مشخص (مثلاً ۱% CO، ۵۰۰ ppm HC به صورت پروپان، ۲۵۰ ppm NOx به صورت NO) در بستر مخلوطی از نیتروژن و اکسیژن.
فرآیند: دستگاه با استفاده از مخلوط گازی استاندارد کالیبره می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقادیر اندازه‌گیری شده با مقادیر واقعی (طبق استاندارد) مطابقت دارد. این کار معمولاً به صورت روزانه یا قبل از هر دوره کاری انجام می‌شود.
اهمیت: تضمین رعایت استانداردهای آلایندگی خودروها و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های مضر.
سناریو ۳: کالیبراسیون تجهیزات پایش گازهای صنعتی
هدف: کالیبراسیون دستگاه پایش ترکیب گاز در کوره ذوب فولاد که غلظت CO و CO₂ را اندازه‌گیری می‌کند.
مخلوط گازی مورد استفاده: مخلوط گازی شامل غلظت‌های مشخص (مثلاً ۵% CO، ۱۵% CO₂) در بستر نیتروژن.
فرآیند: دستگاه با دریافت این مخلوط گازی، تنظیمات خود را بر اساس غلظت‌های استاندارد تصحیح می‌کند.
اهمیت: بهینه‌سازی فرآیند احتراق، کاهش مصرف سوخت و کنترل انتشار آلاینده‌ها از کوره.
سناریو ۴: کالیبراسیون سنسورهای گاز قابل اشتعال در پالایشگاه
هدف: اطمینان از عملکرد صحیح سنسورهای تشخیص هیدروکربن‌های قابل اشتعال در مناطق عملیاتی پالایشگاه.
مخلوط گازی مورد استفاده: مخلوط‌های گازی حاوی غلظت‌های مختلف متان یا پروپان در نیتروژن، معمولاً در حدود ۱۰%، ۵۰% و ۱۰۰% حد انفجار پایین (LEL) برای گاز مورد نظر.
فرآیند: سنسورها با این مخلوط‌ها در محل نصب یا در آزمایشگاه کالیبره شده و اطمینان حاصل می‌شود که در مواجهه با غلظت‌های خطرناک، آلارم مناسب را فعال می‌کنند.
اهمیت: حفظ ایمنی کارکنان و جلوگیری از وقوع حوادث آتش‌سوزی و انفجار.
استفاده از گازهای مخلوط نیتروژن، به خاطر ویژگی‌های پایدار، خنثی بودن شیمیایی و قابلیت تولید در غلظت‌های دقیق و قابل تکرار، یکی از روش‌های مؤثر و قابل اعتماد برای انجام کالیبراسیون‌های چندجزئی در آزمایشگاه‌های صنعتی، تحقیقاتی و کنترلی محسوب می‌شود. این گازها با فراهم کردن استانداردهای مرجع با کیفیت بالا، به طور مستقیم در تضمین صحت، دقت و قابلیت اطمینان اندازه‌گیری‌ها در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله پایش کیفیت هوا، کنترل آلاینده‌های خودرو، فرآیندهای صنعتی، تجهیزات پزشکی و ایمنی شغلی نقش اساسی ایفا می‌کنند. رعایت دقیق روش‌های تولید، کنترل کیفیت و ردیابی این مخلوط‌ها، برای دستیابی به نتایج معتبر و قابل اتکا، امری ضروری است.
بدون دیدگاه