GB/T 5832.3-2025 气体分析 气体中微量水分的测定 第3部分：光腔衰荡光谱法

　　ICS 71. 100.20 CCS G 86

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 5832.3—2025代替 GB/T5832.3—2011

　　气体分析 气体中微量水分的测定

　　第 3 部分:光腔衰荡光谱法

　　Gasanalysis—Determination ofmoisturein gases—

　　Part3:Themethod ofcavity ring-down spectroscopy

　　2025-10-05发布 2026-05-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 5832.3—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件是 GB/T 5832《气体分析 气体中微量水分的测定》的第 3 部分 。GB/T 5832 已经发布了以下部分 :

　　— 第 1部分 : 电解法 ;

　　— 第 2部分 :露点法 ;

　　— 第 3部分 :光腔衰荡光谱法 ;

　　— 第 4部分 :石英晶体振荡法 。

　　本文件 代 替 GB/T 5832. 3—2011《气 体 中 微 量 水 分 的 测 定 第 3 部 分 : 光 腔 衰 荡 光 谱 法》, 与GB/T 5832. 3—2011相比 ,除结构调整和编辑性改动外 ,主要技术变化如下 :

　　— 更改了范围(见第 1 章 ,2011年版的第 1 章) ;

　　— 更改了术语和定义(见第 3 章 ,2011年版的第 3 章) ;

　　— 更改了方法原理(见第 4章 ,2011年版的第 4章) ;

　　— 增加了 “试验条件 ”一章(见第 5 章) ;

　　— 增加了 “试剂与材料 ”一章(见第 6章) ;

　　— 更改了仪器设备的要求(见第 7章 ,2011年版的第 5 章) ;

　　— 更改了采样的要求(见第 8章 ,2011年版的 6. 1) ;

　　— 更改了试验步骤的要求(见第 9章 ,2011年版的第 6章) ;

　　— 更改了试验数据处理的要求(见第 10章 ,2011年版的第 7章) ;

　　— 增加了 “精密度 ”一章(见第 11章) ;

　　— 增加了 “质量保证和控制 ”一章(见第 12章) ;

　　— 更改了试验报告的要求(见第 13章 ,2011年版的第 8章) 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由石油和化学工业联合会提出 。

　　本文件由全国气体标准化技术委员会(SAC/TC206)归 口 。

　　本文件起草单位 :昊华气体有限公司西南分公司 、内蒙古光能科技有限公司 、甘肃省计量研究院 、浙江省质量科学研究院 、中国测试技术研究院化学研究所 、河南省计量测试科学研究院 、中国计量科学研究院 、中国测试技术研究院 、中国科学院合肥物质科学研究院 、安徽岑锋科技有限公司 、大连光明化学工业气体质量监测中心有限公司 、大连大特气体有限公司 、中船(邯郸)派瑞特种气体股份有限公司 、福建恒申电子材料科技有限公司 、贵州省产品质量检验检测院 、中国计量大学 、西南化工研究设计院 有 限公司 。

　　本文件主 要 起 草 人 : 赵 帅 德 、阎 文 斌 、赵 鹏 、吴 亚 莲 、周 鑫 、宋 笑 明 、胡 树 国 、王 德 发 、李 翠 、陈 兵 、何俊峰 、蒋昊 、葛修杰 、邵艳龙 、马 蕴 桐 、花 莹 曦 、赵 丙 倩 、郭 浩 旭 、刘 丹 、杨 灵 珊 、程 化 鹏 、张 静 、周 鹏 云 、唐霞梅 。

　　本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为 :

　　— 2011年首次发布为 GB/T 5832. 3—2011;

　　— 本次为第一次修订 。

　　Ⅰ

　　GB/T 5832.3—2025

　　引 言

　　水分是气体中重要的技术指标 ,为了更好地满足行业对气体中微量水分测定的要求 ,有必要形成完善的系列分析方法标准 。

　　GB/T 5832 旨在规范对气体中微量水分的测定 ,拟分为以下四部分 。

　　— 第 1部分 : 电解法 。 目的在于提供基于电解测定气体中微量水分的试验方法 。

　　— 第 2部分 :露点法 。 目的在于提供基于露点测定气体中微量水分的试验方法 。

　　— 第 3部分 :光腔衰荡 光 谱 法 。 目 的 在 于 提 供 基 于 光 腔 衰 荡 光 谱 测 定 气 体 中 微 量 水 分 的 试 验方法 。

　　— 第 4部分 :石英晶体 振 荡 法 。 目 的 在 于 提 供 基 于 石 英 晶 体 振 荡 测 定 气 体 中 微 量 水 分 的 试 验方法 。

　　Ⅱ

　　GB/T 5832.3—2025

　　气体分析 气体中微量水分的测定

　　第 3 部分:光腔衰荡光谱法

　　警示— 使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验 。本文件并未指出所有可能的安全问题 。使用者有责任采取适当的安全和健康措施 ,并保证符合国家有关法规规定的条件。

　　1 范围

　　本文件规定了用光腔衰荡光谱法测定气体中微量水分的试验方法 ,包括原理 、试验条件 、试剂与材料 、仪器设备 、采样 、试验步骤 、试验数据处理 、精密度 、质量保证和控制 、试验报告等内容的具体要求 。

　　本文件适用于气体中微量及痕量水分含量的测定 ,测定范围 :1. 0×10-9 (摩尔分数) ~ 20×10-6 (摩尔分数) 。

　　本文件不适用于可损坏玻璃镜面的气体 ,例如氟化氢 、氟气 ;不适用于对水的吸收光谱有干扰的气体 ,例如硅烷 、甲烷 、锗烷 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 4842 氩

　　GB/T 4844 纯氦 、高纯氦和超纯氦

　　GB/T 5274. 1 气体分析 校准用混合气体的制备 第 1部分 :称量法制备一级混合气体GB/T 5275. 6 气体分析 动态法制备校准用混合气体 第 6部分 : 临界流锐孔

　　GB/T 5275. 7 气体分析 动态体积法制备校准用混合气体 第 7部分:热式质量流量控制器

　　GB/T 5275. 8 气体分析 动态体积法制备校准用混合气体 第 8部分 :扩散法

　　GB/T 5275. 10 气体分析 动态体积法制备校准用混合气体 第 10部分 :渗透法

　　GB/T 8979 纯氮 、高纯氮和超纯氮

　　GB/T 14850 气体分析 词汇

　　GB/T 43306 气体分析 采样导则

　　3 术语和定义

　　GB/T 14850、GB/T 43306界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　光腔 cavity

　　由高反射率的镜面组成的稳定光学谐振腔 。

　　3.2

　　光腔衰荡 cavity ring-down

　　光在光腔内来回反 射 振 荡 , 由 于 腔 损 耗 和 腔 内 被 测 组 分 的 吸 收 , 光 强 度 随 时 间 呈 单 指 数 衰 减 的过程 。

　　1

　　GB/T 5832.3—2025

　　3.3

　　光腔衰荡时间 cavity ring-downtime

　　光腔内光子数量衰减到初始量的 1/e(e为自然数)时所用的时间 。

　　4 原理

　　一束单波长激光进入光腔后 ,光束在腔镜之间来回反射振荡 。 当切断光源后 ,其能量就会随时间而衰减 ,衰减的速度与光腔自身的损耗(包括透射 、散射)和腔内被测组分(介质)的散射与吸收有关 。对于给定的光腔 ,其自身的损耗为常量 。光能量衰减的速度与被测组分的含量有关 。被测组分的含量与其分子在光腔内的单位体积分子数成正比 ,单位体积分子数由衰荡时间按公式(1)确定 :

　　D ……………………( 1 )

　　式中 :

　　D — 被测组分的单位体积分子数 ,单位为每立方米(m-3) ;

　　c — 光速 ,单位为米每秒(m/s) ;

　　σ(ν) — 分子在激光频率 ν 的吸收横截面积 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　τ(ν) — 有吸收介质的衰荡时间 ,单位为秒(s) ;

　　τempty — 无吸收介质的衰荡时间 ,单位为秒(s) 。

　　被测组分的含量根据公式(2)确定 :

　　x

　　式中 :

　　x — 被测组分含量 ,单位为摩尔每摩尔(mol/mol) ;

　　D0 — 气体分子总体积分子数 ,单位为每立方米(m-3) ;

　　NA — 阿伏加德罗常数 ,6. 022 140 76×1023mol- 1 ;

　　p — 光腔池中的压力 ,单位为帕(Pa) ;

　　T — 光腔池中的温度 ,单位为开(K) ;

　　R — 气体常数 ,8. 314 510Pa · m3/(mol· K) 。

　　5 试验条件

　　使用环境应满足下列要求 :

　　— 环境温度 :10 ℃ ~40 ℃ ;

　　— 环境相对湿度 :30% ~ 80% ;

　　— 周围无强电磁场干扰 ,无腐蚀性气体和无强烈震动 ;

　　— 供电电源 :交流电压(220±22) V,频率(50±0. 5) Hz;

　　— 接地要求 :仪器可靠接地(接地电阻 ≤4Ω) 。

　　6 试剂与材料

　　6. 1 吹扫气

　　宜为以下气体 :

　　2

　　GB/T 5832.3—2025

　　— 高纯氮或超纯氮 ,符合 GB/T 8979的规定 ;

　　— 高纯氩 ,符合 GB/T 4842的规定 ;

　　— 高纯氦或超纯氦 ,符合 GB/T 4844的规定 。

　　6.2 气体标准样品(或气体标准物质)

　　当气体样 品 中 水 分 含 量 不 大 于 5 × 10- 6 (摩 尔 分 数 ) 时 , 应 按 GB/T 5275. 6、GB/T 5275. 7、 GB/T 5275. 8、GB/T 5275. 10的规定制备气体标准样品(或气体标准物质) 。

　　当气体样品中水分含量大于 5×10-6 (摩尔分数) 时 ,应按 GB/T 5274. 1 的规定制备气体标准样品(或气体标准物质) 。

　　7 仪器设备

　　7. 1 一般要求

　　光腔衰荡光谱仪的主要部件有激光光源 、分析检测单元 、数据处理及显示单元 ,应能根据气体的种类进行测定 。

　　7.2 激光光源

　　仪器的激光光源一般选用高稳定性 、低噪声的半导体激光器 ,通过改变半导体激光器工作电流或工作温度等参数调谐激光输出波长 ,波长范围一般为 1 000 nm~ 2 000 nm。

　　7.3 分析检测单元

　　仪器应配置气体腔室 、光电传感器 、电源模块以及温度和压力传感器 ,获得水分的测量信号 。

　　7.4 数据处理单元

　　仪器应配置数据处理软件 ,能自动采集测量信号 。

　　7.5 数据显示单元

　　仪器应直接实时显示气体样品中的水分含量 。

　　7.6 预处理系统

　　当气体样品中含有固体颗粒时 ,应采用膜过滤器和精细颗粒过滤器 , 颗粒过滤器宜能过滤不小于3 nm 的颗粒 。

　　7.7 校准要求

　　7.7. 1 测定前 ,宜使用仪器的自校准功能进行仪器校准 。

　　7.7.2 可用 6. 2 中规定的气体标准样品(或气体标准物质)校准 。

　　7. 8 计量检定或校准

　　仪器宜经过计量检定机构检定或校准 ,并在有效期内 。

　　3

　　GB/T 5832.3—2025

　　8 采样

　　8. 1 通则

　　采样的实施应按 GB/T 43306的规定执行 。

　　8.2 采样类型

　　宜直接采样 。

　　8.3 采样系统

　　8.3. 1 采样系统的气密性测试

　　宜用增压保压法 、抽真空保压法和检漏仪法测试采样系统的气密性 。

　　8.3.2 采样系统的材质

　　样品与采样系统的材质应无反应 、不起催化作用 ,材质应为金属 。宜采用内抛光的 316L不锈钢 。

　　8.3.3 压力、流量调节器

　　无死体积或死体积宜尽可能小 。

　　8.3.4 采样设备的连接方式

　　连接方式应确保系统的气密性良好 。 宜采用 VCR 连接 、焊接和无死体积接头 。 不宜采用卡套式接头 。

　　9 试验步骤

　　9. 1 仪器准备

　　按仪器说明书开启仪器 。用吹扫气或者气体样品吹扫仪器 。

　　9.2 尾气处理

　　测定时 ,如果尾气中含有可能污染环境的物质 ,应有尾气处理措施 。

　　9.3 样品测定

　　用气体样品吹扫气路系统 。选择气体样品的种类 。将仪器设定为测定状态 ,按仪器说明书调节气体压力和流量 ,测定气体样品 。 当仪器示值稳定时 , 自校准后读取水分含量值 。

　　9.4 关机

　　按照仪器说明书要求关机 。

　　10 试验数据处理

　　在测定状态下 ,仪器显 示 的 测 定 结 果 即 为 气 体 样 品 中 的 水 分 含 量 。 每 隔 5 min记 录 一 次 测 定 结果 ,直至相邻两次测定的差值小于表 1 中的重复性限 ,取连续 3 次记录数据的平均值为最终测定结果 。

　　4

　　GB/T 5832.3—2025

　　11 精密度

　　在本文件给出的测定范围内 ,在重复性条件下 ,相邻两次独立测定结果的差值在 95%置信水平下不应超过表 1 给出的重复性限 。在再现性条件下 ,两次独立测定结果的差值在 95%置信水平下不应超过表 1 给出的再现性限 。

　　表 1 精密度

　　水分含量(摩尔分数)的范围

　　重复性限

　　再现性限

　　x<0. 01× 10- 6

　　0. 002× 10- 6

　　0. 01× 10- 6

　　0. 01×10-6≤x<0. 05× 10- 6

　　0. 003× 10- 6

　　0. 021× 10- 6

　　0. 05×10-6≤x<0. 1× 10- 6

　　0. 005× 10- 6

　　0. 035× 10- 6

　　0. 1×10-6≤x<0. 5× 10- 6

　　0. 007× 10- 6

　　0. 046× 10- 6

　　0. 5×10-6≤x<1× 10- 6

　　0. 019× 10- 6

　　0. 072× 10- 6

　　1×10-6≤x<5× 10- 6

　　0. 056× 10- 6

　　0. 28× 10- 6

　　5×10-6≤x<20× 10- 6

　　0. 20× 10- 6

　　0. 44×10- 6

　　12 质量保证和控制

　　12. 1 为了避免污染 , 当仪器不使用时 ,应用吹扫气吹扫后密封气体出入 口 。

　　12.2 仪器出口压力宜为常压 。

　　13 试验报告

　　试验报告宜给出以下的内容 :

　　— 标题(例如 “检测报告 ”) ;

　　— 试验日期 ;

　　— 试验对象 ;

　　— 本文件的编号(包括发布或出版年号) ;

　　— 所使用的方法 ;

　　— 观察到的异常现象 ;

　　— 测定结果 。

　　5