气相色谱中，如何选择合适的丙烷标准气体？

在气相色谱（GC）分析中，丙烷（Propane，C₃H₈）是一类非常常见的组分：既可能是被测样品中的成分之一，也常常作为混合标准气体中的重要组分，用于仪器校准和质量控制。

不同应用场景（如 VOCs 监测、烃类分析、天然气组分分析）对丙烷标准气的要求并不相同。如何选择合适的丙烷标准气体，直接关系到分析结果的准确性和可靠性。本文从使用场景和选型指标两个方面进行简要说明。

一、先搞清楚三个常用概念：零点气、跨度气、校准气

在选丙烷标准气之前，建议先区分几个基础概念（不同标准中叫法略有差异，这里采用较通用的称呼）：

1. 零点气（Zero Gas）

• 定义：不含目标被测组分，或含量低到可忽略不计的气体。

• 常见类型：高纯氮、高纯空气、高纯氦等。

• 主要用途：

• 设定仪器零点和基线；

• 做空白测试，检查系统背景和污染情况。

注意：零点气本身不是“丙烷标准气”，但在涉及丙烷等烃类测量时，常与标准气配套使用。

2. 跨度气（Span Gas）

• **定义：**浓度接近量程上限或典型工作点的标准气体。

• 用途：

• 用于校验仪器在工作范围内的响应；

• 检查仪器线性和量程设置是否合理。

例如，可燃气体报警器量程为 0–100%LEL，常用某一固定浓度（如 50%LEL 的丙烷标气）作为跨度气进行标定。

3. 校准气 / 标准气（Calibration Gas）

广义上指所有用于建立校准曲线、标定方法的标准气体，包括：

• 单一浓度的丙烷标准气；

• 含有丙烷及其他烃类的多组分混合标准气；

• 多浓度点的系列标准气。

简单理解：

• 零点气负责“画 0 点”；

• 校准气用不同浓度点“画曲线”；

• 跨度气通常是曲线中的高点，专门用来检查量程和线性。

二、不同应用场景下的丙烷标准气选择思路

1. VOCs 场景：低浓度、稳定性更关键

典型应用：

• 环境监测中，VOCs（挥发性有机物）分析涉及轻烃类；

• 在线 VOCs 仪器（如总烃、非甲烷总烃等）的校准和性能验证；

• 室内空气或职业卫生监测中涉及丙烷的检测。

选型要点：

1. 浓度范围：

• 多为 ppm 或更低浓度（甚至 ppb 级）；

• 需结合标准或方法要求，确定合适的标气浓度（如 1 ppm、5 ppm、10 ppm 等）。

2. 平衡气（基体气体）：

• 常用氮气（N₂）或合成空气（Synthetic Air）；

• 应与仪器和方法要求匹配，如 FID 检测时更常见氮气基体。

3. 稳定性与有效期：

• 低浓度 VOCs 标气对钢瓶材质、阀门、内壁处理较敏感，容易吸附或发生反应；

• 建议选择稳定性经过验证、有明确有效期说明的产品，并在有效期内用完。

2. 烃类分析：多组分混合标气中丙烷是“其中一员”

典型应用：

• 炼油、化工装置尾气、火炬气、燃料气组成分析；

• C₁～C₆ 烃类分析；

• 工艺气体中轻烃监测。

选型要点：

1. 组分配置：

• 是否只需要丙烷，还是需要同时包含甲烷、乙烷、丙烯、丁烷等多组分；

• 组分种类应与实际样品接近，有利于方法开发和结果比对。

2. 浓度设置：

• 多为百分比或较高 ppm 级；

• 浓度应覆盖实际样品的典型范围，避免长期处于量程边缘。

3. 平衡气选择：

• 常用氮气或氦气作为平衡气；

• 需兼顾色谱柱类型、检测器类型等因素。

4. 不确定度与均匀性：

• 对于要用于物料平衡、热值计算等场合，建议选择具有清晰不确定度评估和均匀性验证的标准气。

3. 天然气组分分析：强调准确度和计量溯源

典型应用：

• 天然气主成分分析（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氮气、二氧化碳等）；

• 计算天然气高位/低位发热量、相对密度、Wobbe 指数；

• 天然气贸易计量、管道输送质量监控。

在这类应用中，标准气不仅要“好用”，更要“可溯源”。

选型要点：

1. 组分与浓度精度：

• 组分种类和浓度范围应匹配实际天然气样品；

• 丙烷等组分的浓度需有明确的数值和不确定度说明。

2. 计量溯源：

• 建议选用具有清晰计量溯源链的标准气，溯源至国家或国际标准物质；

• 适用于需要满足 ISO/IEC 17025 等质量体系要求的实验室。

3. 稳定性与有效期：

• 注意有效期，按建议条件储存；

• 对长期使用的标气，建议定期核查仪器响应是否稳定，必要时更新标气批次。

三、选择丙烷标准气体时应重点关注的几个指标

不论具体应用场景如何，在采购丙烷标准气或含丙烷的混合标准气时，建议重点核对以下信息：

1. 成分及浓度

• 标明所有组分的名称（中文/英文/化学式）；

• 标明各组分的浓度及单位（ppm、ppb、%mol、%vol 等）；

• 是否提供浓度允许偏差或不确定度。

2. 平衡气（基体气体）

• 常见：氮气、合成空气、氦气等；

• 应与仪器和分析方法兼容，避免对色谱柱或检测器造成不良影响；

• 在可燃气报警器标定等应用中，还需要考虑可燃性和安全性。

3. 气体纯度与杂质控制（对母气尤其重要）

• 对于母气或高纯丙烷，应关注：水分、氧气、硫化物、其他烃类背景等；

• 对痕量检测，应选择对关键杂质有明确限值的产品。

4. 稳定性与有效期

• 是否提供稳定性验证和有效期说明；

• 按建议条件（温度、放置方式）进行储存和使用。

5. 计量溯源与检测报告

• 是否提供检验报告（COA），包含：

• 组分浓度及不确定度；

• 测试方法；

• 计量溯源信息。

对于执行 ISO/IEC 17025 等质量体系、需要对外出具检测报告的实验室，这是非常关键的一环。

6. 钢瓶与接口规格

• 钢瓶容积（如 4L、8L、10L、40L 等）；

• 充装压力，是否满足使用周期和用气量；

• 阀门型号和接口标准，是否与现有减压阀匹配。

四、与标准气供应商沟通时，可以先想清楚这几件事

在实际选型和询价时，建议先明确以下几点，再与标准气供应商沟通：

1. 应用场景：

• VOCs 监测？烃类分析？天然气分析？报警器标定？

2. 需要的组分和大致浓度范围：

• 只要丙烷单组分，还是多组分混合？

• 浓度是 ppm 级、百分比，还是更低/更高？

3. 平衡气的要求：

• 是否必须是氮气、空气或氦气？是否有规范或方法限定？

4. 对稳定性、不确定度、溯源的要求：

• 是否用于法规监测、贸易计量或对外报告？

• 是否需要满足特定标准或质量体系？

5. 钢瓶规格及接口：

• 现场空间、气体用量、设备接口条件。

这些信息越明确，越有利于快速获得贴合实际需求的标准气方案。

在气相色谱中选择丙烷标准气体时，可以简单记住三点：

1. 先看场景：VOCs、烃类分析、天然气组分分析，不同场景对浓度、组分和溯源要求不同；

2. 再看指标：成分、浓度、平衡气、稳定性、不确定度和有效期，是选型的核心信息；

3. 明确用途再下单：用途越清晰，越容易获得匹配的标准气产品，避免因规格不符影响检测结果。

只要在前期把需求说明清楚，并选择有标准气配制和检测能力的专业供应商法液空，就能在保证安全和合规的前提下，获得可靠、稳定的丙烷标准气体，用于支持日常分析和质量控制工作。