Calibratie gasmengsels

IR, NMR, GC, HPLC, noem maar op. Bespreek hier alles over analytische chemie: hieronder valt alles qua zuiverheidsbepaling, structuuropheldering, karakterisering en meer.
Post Reply
Rutger
Helium
Posts: 44
Joined: 02 Jan 2014, 18:36
Chemistry interests: Inorganic
Location: Groningen

Calibratie gasmengsels

Post by Rutger » 26 Jun 2016, 16:36

VRAAGJE CALIBRATIEGAS

Ik heb de volgende vraag: voor een projectje waarbij ik gasconcentraties met bestaande, goedkope gassensoren wil kunnen meten, moet ik calibratie-gasmengsels aanmaken. Het gaat om de volgende sensoren: CO, CO2, NO2, SO2, O3. Het gaat om concentraties van -.01 - 100 ppm. Ik begrijp uiteraard dat gasmengsels verdund kunnen worden, bijv uitgaande van een 10 ppm concentratie middels een 1000-voudige verdunning naar 0.01 ppm..

Nu kun je voor veel gassen zgn. lecture bottles kopen, maar daar ben je een klein vermogen aan kwijt.

Heeft iemand ervaring met het zelf aanmaken van calibratiegassen? CO, CO2, NO2, SO2 zouden aangemaakt moeten kunnen worden vanuit vrij simpele chemicaliën, O3 waarschijnlijk met vonkontladingen of UV licht.

Graag jullie ideeën!

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1295
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Calibratie gasmengsels

Post by woelen » 26 Jun 2016, 22:15

CO: Druppel 85% mierenzuur in geconcentreerd zwavelzuur. Pas op met spatten! Er komt warmte vrij vanwege het water in de mierenzuur. Er ontwijkt CO-gas. Bubbel dit gas door water om meegetrokken mierenzuur kwijt te raken. Als je kunt komen aan 98% mierenzuur, dan heeft dat de voorkeur, omdat het veiliger is, maar 98% mierenzuur is niet gemakkelijk aan te komen. Pas op met CO, het is best wel giftig en je ruikt het niet en ziet het niet! Buiten doen, of in een zuurkast.

CO2: Voeg wat natriumbicarbonaat toe aan een verdunde zuuroplossing. Ieder zuur voldoet zo'n beetje.

NO2: Voeg wat kopermetaal toe aan lauw tot warm geconcentreerd salpeterzuur. Helaas is salpeterzuur tegenwoordig niet meer te koop voor particulieren. Je zou als vervanger kunnen proberen koper toe te voegen aan een warme oplossing van KNO3 in 80 ... 90% zwavelzuur, maar of dat echt goed werkt . . . een kwestie van proberen. Als alternatief kun je zelf een beetje salpeterzuur maken door een mengsel van KNO3 en H2SO4 te destilleren. Zie sciencemadness voor uitgebreide info hierover, het is goed te doen. Je moet geen rokend zuur maken, maar een wat verdundere variant, zo'n 60 ... 70% is ideaal.
Pas op voor de NO2. Het is flink giftig, een stuk giftiger dan CO. Je kunt het wel ruiken, maar als je het ruikt, dan zit je al boven de veilige concentratie. Het spul is niet echt verstikkend bij inademen, maar richt wel (langzaam) schade aan die zich uren later kan uiten! Buiten doen, of in een zuurkast!

SO2: Voeg warm accuzuur (30 ... 40% zwavelzuur) toe aan vast natriummetabisulfiet (of het kaliumzout). Je krijgt op die manier zuiver SO2. SO2 is verstikkend als je het inademt. Het is giftig, maar heeft een uitstekend waarschuwingsniveau. Kleine concentraties SO2 zijn al niet meer te verdragen, je vlucht wel weg voordat het echt gevaarlijk wordt.

Als jij dit wilt gebruiken, maak dan in alle gevallen eerst voldoende van het (vrijwel) zuivere gas om alle lucht weg te drijven en vang dan een bekende/gemeten hoeveelheid van het gas op en meng dat met een bekende hoeveelheid lucht. Het lijkt mij in de praktijk best nog wel lastig om een nauwkeurig bepaalde concentratie van deze gassen te realiseren.
Met NO2 is er nog een extra complicatie. Het is heel lastig om een preciese hoeveelheid te maken, omdat het gas altijd in de vorm van een mix van NO2 en N2O4 aanwezig is, dus 100 ml gasmengsel is meer dan 100 ml zuiver NO2. Er zijn wellicht tabellen te vinden op internet die de verhouding NO2 : N2O4 geven als functie van de temperatuur.

Voor O3 zie ik je methode van verdunnen helemaal niet werken. Om een nauwkeurig bepaalde hoeveelheid O3 te maken is zonder speciale apparatur niet te doen. Je kunt best wat O3 maken met een hoogfrequente hoogspanning, maar je hebt dan geen flauw benul van hoeveel je maakt.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

Rutger
Helium
Posts: 44
Joined: 02 Jan 2014, 18:36
Chemistry interests: Inorganic
Location: Groningen

Re: Calibratie gasmengsels

Post by Rutger » 27 Jun 2016, 14:36

Hartelijk dank voor je snelle en uitgebreide antwoord!

Ik heb (helaas!) geen zuurkast en de "zuur-routes" zijn dus te gevaarlijk om binnenshuis te volgen.
Al zoekend heb ik voor twee van de gassen alsnog een heel gemakkelijke weg gevonden:

[1] CO: er zijn spuitbussen met een verdund CO-mengsel te verkrijgen voor € 15 - € 50, concentraties ca 100-2500 ppm.
[2] CO2: koolzuurgaspatronen voor bijv. slagroom, met hoge zuiverheid. Dit betekent forse verdunningen aanmaken.

Verder:
[3] NO2: via decompositie van nitraten (droog) in een bekend volume lucht of stikstof,
[4] SO2: via oxidatie van zwavel of sulfides (droog) of decompositie van sulfaten in een bekend volume lucht of stikstof.

Overweging: omdat een mol (100%) gas een volume van 22.4 liter heeft en concentraties in de orde van ppm's nodig zijn, gaat het om het ontleden van enkele milligrammen vaste stof, waarna het gas ook nog verdund moet gaan worden. Dit maakt het risico op gevaarlijke toestanden gelukkig klein.
Hiermee verwacht ik geen nauwkeurige calibratie te kunnen doen, wel een check of de ordegrootte van het signaal klopt..

[5] O3: geen mogelijkheid gevonden...

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1295
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Calibratie gasmengsels

Post by woelen » 27 Jun 2016, 15:17

Bij [3] heb je wel een mogelijke complicatie. Veel nitraten ontleden niet echt volledig, maar er ontstaan basische nitraten, een gemengd oxide/nitraat zout, veelal zonder kristalwater. Een voorbeeld is koper(II)nitraat-n-hydraat, dat ontleedt tot basisch kopernitraat, water, HNO3, NO2 en O2. Helaas is het zo dat de exacte samenstelling van die basische nitraten erg onzeker is, soms krijg je meer oxide, soms krijg je meer nitraat. Ik weet eigenlijk maar van één nitraat, waarbij deze methode wel goed werkt, en dat is Pb(NO3)2. Deze ontleedt tot PbO, NO2 en O2. Je moet de Pb(NO3)2 mengen met van te voren zeer goed gedroogd zand en dan behoorlijk sterk verhitten om alle nitraat omgezet te krijgen. De reden waarom Pb(NO3)2 goed werkt is omdat hier geen kristalwater aanwezig is. Dit is één van de weinige nitraten die relatief eenvoudig ontleedt en geen kristalwater bevat. KNO3, NaNO3, Ba(NO3)2 en Sr(NO3)2 zijn niet geschikt, die ontleden veel te moeilijk.

Bij [4] heb je een heel vervelende complicatie en dat is dat zwavel niet echt volledig verbrandt. Als jij een klein beetje zwavel hebt (bijv. een mespuntje), dan zal nooit het mespuntje volledig verbranden, het kleine vlammetje gaat al uit voordat alle zwavel is verbrand. Zwavel is niet zo brandbaar als veel mensen denken, het brandt met een heel klein blauw vlammetje en het brandt traag en gaat gemakkelijk uit. Nog een vervelende bijkomstigheid is dat een deel van de zwavel verbrandt tot SO3 i.p.v. SO2. Dit kun je zien, de SO3 leidt tot witte rook, SO2 is een kleurloos gas. Aan de vlam van brandend zwavel zit altijd wel een duidelijk zichtbare vorming van rook.

Met CO2-verdunningen moet je er rekening mee houden dat de lucht zelf ook al CO2 bevat. Binnenshuis is deze concentratie erg variabel (jijzelf produceert ook CO2). In de buitenlucht is er ook wel enige variatie, maar bij voldoende wind kun je toch een redelijk constante concentratie CO2 verwachten. Ik meende dat het op dit moment gaat om ca. 0,04%, ca. 400 ppm.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

Rutger
Helium
Posts: 44
Joined: 02 Jan 2014, 18:36
Chemistry interests: Inorganic
Location: Groningen

Re: Calibratie gasmengsels

Post by Rutger » 27 Jun 2016, 20:31

Opnieuw mijn dank :)

[3] De loodnitraatroute had ik gevonden, maar ben erg blij met je aanwijzing over het gebruik van zand. Loodnitraat heb ik in huis, kwaliteit "rein".
Voor dit doel hopelijk goed genoeg. Ik ga het hiermee proberen zodra ik de sensoren in huis, en werkend heb.
Magnesium- en calciumnitraat zouden ook moeten ontleden, maar die geven problemen, begrijp ik.

[4] Hier moet ik verder zoeken naar een geschikte kwantitatieve omzetting... Adviezen uit het forum blijven zeer welkom!

Wat betreft CO2: Ik heb "ademkalk" (Ca(OH)2 / NaOH / indicator) in huis, zodat ik CO2-arm kan werken. Dat mag niet een al te groot probleem vormen.

Het kan een tijdje duren voordat ik met verdere vragen of resultaten kan komen; het is nu wachten op een aantal Chinese pakketjes...

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1295
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Calibratie gasmengsels

Post by woelen » 28 Jun 2016, 14:45

Voor [4] zou ik dan toch gaan voor de zuur en sulfiet methode. Je hoeft niet veel sulfiet te nemen. Neem bijv. 100 mg Na2SO3 (watervrij, goedkoop) en voeg overmaat verdund H2SO4 of HClO4 toe (30...40%) en verwarm een beetje om alle SO2 af te drijven. Dit levert een kleine, maar bekende, hoeveelheid SO2 op. Er zal wel wat waterdamp mee komen, maar het zuur blijft achter (zwavelzuur of perchloorzuur is in het geheel niet vluchtig en reageert alleen maar zuur, niet oxiderend). Dit moet je niet doen met zoutzuur of salpeterzuur. Zoutzuur geeft naast SO2 ook HCl en dat kan je meting verstoren, salpeterzuur zal een deel van de SO2 oxideren tot sulfaat en daarnaast kun je wat HNO3 mee krijgen in je damp. H2SO4 en HClO4 zullen naast SO2 alleen leiden tot waterdamp.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 0 guests