ISO 6145-8:2005

Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods — Part 8: Diffusion method

ISO 6145-8:2005 specifies a dynamic method using diffusion for the preparation of calibration gas mixtures containing component mole fractions ranging from 10-9 to 10-3. A relative expanded uncertainty of measurement, U, obtained by multiplying the relative combined standard uncertainty by a coverage factor k = 2, of not greater than ± 2 % can be achieved by using this method. By keeping the path between the diffusion source and place of use as short as possible, the method can be applied for the generation of low-concentration calibration gases of organic components that are liquid at room temperature, with boiling points ranging from about 40 °C to 160 °C. ISO 6145-8:2005 is applicable not only for the generation of calibration gas mixtures of a wide range of hydrocarbons at ambient and indoor air concentration levels, but also for the generation of low-concentration gas mixtures of water.

Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques — Partie 8: Méthode par diffusion

L'ISO 6145-8:2005 spécifie une méthode dynamique par diffusion pour la préparation de mélanges de gaz pour étalonnage, dont la teneur en fractions molaires est comprise entre 10-9 et 10-3. En appliquant cette méthode, il est possible d'obtenir une incertitude relative élargie du mesurage, U, obtenue par multiplication de l'incertitude type relative composée par un facteur d'élargissement k = 2, de ± 2 % au maximum. En maintenant la distance entre la source de diffusion et le lieu d'utilisation aussi courte que possible, la méthode peut être appliquée pour générer des gaz pour étalonnage à faible concentration de composants organiques liquides à température ambiante, les points d'ébullition étant compris entre 40 °C et 160 °C environ. L'ISO 6145-8:2005 ne s'applique pas uniquement à la génération des mélanges de gaz pour étalonnage d'un large éventail d'hydrocarbures aux niveaux de concentration de l'air ambiant et d'intérieur, mais également à la génération de mélanges de gaz de faible concentration en eau.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 07-Feb-2005
• ICS: 71.040.40 - Chemical analysis
• Technical Committee: ISO/TC 158 - Analysis of gases
• Drafting Committee: ISO/TC 158 - Analysis of gases
• Current Stage: 9020 - International Standard under periodical review
• Start Date: 15-Jul-2024
• Completion Date: 15-Jul-2024

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6145-8
First edition
2005-02-01
Gas analysis — Preparation of calibration
gas mixtures using dynamic volumetric
methods —
Part 8:
Diffusion method
Analyse des gaz — Préparation de mélanges de gaz pour étalonnage à
l'aide de méthodes volumétriques —
Partie 8: Méthode par diffusion

Reference number
©
ISO 2005
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Principle . 1
4 Reagents and materials. 2
5 Apparatus. 3
6 Procedure. 4
6.1 Preliminary checks and operating conditions . 4
6.2 Determination of mass loss . 5
7 Expression of results. 6
7.1 Calculation. 6
7.2 Sources of uncertainty . 7
Annex A (informative) Practical example of a diffusion cell calibrator configured for evaluating
speed of response in a hygrometer . 10
Annex B (informative) Example of performances of diffusion cells for toluene and
trichloromethane. 13
Annex C (informative) Example of uncertainty calculations for a periodic weighing system. 15
Bibliography . 19

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 6145-8 was prepared by Technical Committee ISO/TC 158, Analysis of gases.
ISO 6145 consists of the following parts, under the general title Gas analysis — Preparation of calibration gas
mixtures using dynamic volumetric methods:
 Part 1: Methods of calibration
 Part 2: Volumetric pumps
 Part 4: Continuous syringe injection method
 Part 5: Capillary calibration devices
 Part 6: Critical orifices
 Part 7: Thermal mass-flow controllers
 Part 8: Diffusion method
 Part 9: Saturation method
 Part 10: Permeation method
 Part 11: Electrochemical generation
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Introduction
This part of ISO 6145 is one of a series of International Standards that present various dynamic volumetric
methods used for the preparation of calibration gas mixtures. In the lower part of the mole fraction range
considered, it is difficult to prepare and maintain gas mixtures – for example of certain organic or reactive
components – in cylinders. This dynamic method has the advantage of a practically unlimited supply of
calibration component, whereby adsorption effects can be reduced or even eliminated.
If the complementary gas flow is measured as a gas mass flow, the preparation of calibration gas mixtures
using diffusion is a dynamic-gravimetric method which gives contents in mole fractions. Principles for the
measurement of the complementary gas flow are given in ISO 6145-1.

INTERNATIONAL STANDARD ISO 6145-8:2005(E)

Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using
dynamic volumetric methods —
Part 8:
Diffusion method
1 Scope
This part of ISO 6145 specifies a dynamic method using diffusion for the preparation of calibration gas
−9 −3
mixtures containing component mole fractions ranging from 10 to 10 . A relative expanded uncertainty of
measurement, U, obtained by multiplying the relative combined standard uncertainty by a coverage factor
k = 2, of not greater than ± 2 % can be achieved by using this method.
By keeping the path between the diffusion source and place of use as short as possible, the method can be
applied for the generation of low-concentration calibration gases of organic components that are liquid at room
temperature, with boiling points ranging from about 40 °C to 160 °C.
This part of ISO 6145 is applicable not only for the generation of calibration gas mixtures of a wide range of
hydrocarbons at ambient and indoor air concentration levels, but also for the generation of low-concentration
gas mixtures of water.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 6145-7, Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods —
Part 7: Thermal mass-flow controllers
3 Principle
The calibration component migrates by diffusion through a diffusion tube of suitable dimensions (length,
diameter) into a flow of a complementary gas, i.e. the complementary gas of the mixture prepared. The liquid
calibration component, of a known high purity, is contained in a reservoir that acts as the source of the
component vapour. The reservoir is provided with a vertically placed diffusion tube. This assembly (the
diffusion cell) is placed in a temperature-controlled containment that is purged at a known and constant flow
rate by a high-purity complementary gas (see Figure 1). The composition of the mixture is determined from
the diffusion mass flow of the calibration component and the flow rate of the complementary gas.
The diffusion mass flow rate of the calibration component in principle depends on
 its diffusion coefficient in the complementary gas,
 its vapour pressure at the temperature of the containment,
 the dimensions of the diffusion tube.
Accurate determination of the mass flow rate is achieved by either continuous weighing, after mounting the
tube in a suspension microbalance, or by periodic weighing. The method of determination affects the
uncertainty of the (momentary) mass flow of the calibration component (see 7.2).

Key
1 complementary gas inlet
2 containment
3 diffusion tube
4 liquid reservoir
5 calibration gas outlet
Figure 1 — Schematic of diffusion apparatus
4 Reagents and materials
4.1 Liquid substances to be used as calibration component, of the highest possible purity so as to
avoid any effects on the diffusion mass flow.
If possible, the nature and quantities of the impurities should be known and allowance made for their effects.
4.2 Complementary gas, of known purity, established by appropriate analytical techniques, e.g. Fourier-
transform infrared spectrometry or gas chromatography.
The nature of the complementary gas shall be adapted to the substance to be used as the calibration
component. For example, air shall not be used as complementary gas for the preparation by diffusion of
calibration gas mixtures of oxidizable substances.
2 © ISO 2005 – All rights reserved

5 Apparatus
5.1 Diffusion apparatus
5.1.1 Materials
The materials of the diffusion apparatus shall be chosen so as to avoid effects of physical or chemical sorption
or desorption on the content of the calibration component. The smaller the desired content, the greater the
effect of sorption/desorption phenomena.
Diffusion reservoirs and tubes, as well as temperature containments and blending apparatus, should
preferably be manufactured out of borosilicate glass. Choose chemically inert, flexible tube materials for the
supply of complementary gas and transport of calibration gas mixture. Pay special attention to all junctions as
possible sources of leaks.
5.1.2 Complementary gas flow configuration
Before the complementary gas reaches the diffusion cell, it is essential that its temperature be controlled to
that of the diffusion cell containment. In order to achieve the uncertainty stated in Clause 1, the temperature in
the containment should be controlled to within ± 0,15 K.
The minimum flow rate of the complementary gas should be sufficient to remove all component vapour without
saturation. The maximum allowable rate should be low enough to avoid convective transport of the calibration
component vapour inside the diffusion tube. This maximum flow rate is dependent upon the geometry of the
diffusion apparatus. It is recommended to keep the Reynolds number of the complementary gas flow in the
diffusion cell below 100. At a temperature of 25 °C, the following condition should approximately be fulfilled:
−3
vd⋅< 1, 6× 10
where
v is the average linear velocity of the complementary gas, in metres per second;
d is the diameter, in metres, of the tubing through which the complementary gas flows.
5.1.3 Choice of temperature
The choice of temperature depends on the diffusion cell characteristics and the diffusion mass flow rate
required. To carry out temperature control, establish thermal equilibrium within the diffusion cell at a value
close to ambient temperature or at a temperature sufficiently above ambient so as to avoid effects of ambient
conditions on temperature control. The use of a temperature slightly above ambient has two advantages:
 accurate control of temperature can more easily be achieved near ambient temperature,
 the temperature of the complementary gas can more easily be controlled.
5.2 Diffusion cells, consisting of a borosilicate glass reservoir capable of holding a sufficiently large
quantity of the liquid calibration component, fitted with a diffusion tube. Several design examples are given in
Reference [1].
[1]
In principle, Equation (1) can be applied for the prediction of diffusion volume flow rates and, conversely, for
the calculation of approximate dimensions and temperatures of diffusion tubes and containments necessary
for the generation of a given mass flow rate of the calibration component.

Ap
qD(A)=⋅ln (1)

V
L pp−
v
where
q (A) is the volume flow rate of component A, in cubic metres per second;
V
A is the cross-sectional area of the diffusion tube, in square metres;
L is the length of the diffusion tube, in metres;
D is the diffusion coefficient, in square metres per second;
p is the pres
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 6145-8
Première édition
2005-02-01
Analyse des gaz — Préparation des
mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide
de méthodes volumétriques
dynamiques —
Partie 8:
Méthode par diffusion
Gas analysis — Preparation of calibration gas mixtures using dynamic
volumetric methods —
Part 8: Diffusion method
Numéro de référence
©
ISO 2005
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Version française parue en 2008
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Principe. 1
4 Réactifs et matériaux. 2
5 Appareillage . 3
5.1 Appareillage par diffusion . 3
5.2 Cellules de diffusion. 4
6 Mode opératoire . 4
6.1 Vérifications préliminaires et conditions de fonctionnement. 4
6.2 Détermination de la perte de masse . 5
7 Expression des résultats . 6
7.1 Calcul . 6
7.2 Sources d'incertitude . 7
Annexe A (informative) Exemple pratique d'un calibreur de cellule de diffusion configuré pour
évaluer la vitesse de réponse d'un hygromètre . 11
Annexe B (informative) Exemple de performance des cellules de diffusion pour le toluène et le
trichlorométhane. 14
Annexe C (informative) Exemple de calculs d'incertitude pour un système de pesage périodique . 16
Bibliographie . 20

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 6145-8 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 158, Analyse des gaz.
L'ISO 6145 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Analyse des gaz — Préparation
des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques:
⎯ Partie 1: Méthodes d'étalonnage
⎯ Partie 2: Pompes volumétriques
⎯ Partie 4: Méthode continue par seringue d'injection
⎯ Partie 5: Dispositifs d'étalonnage par capillaires
⎯ Partie 6: Orifices critiques
⎯ Partie 7: Régulateurs thermiques de débit-masse
⎯ Partie 8: Méthode par diffusion
⎯ Partie 9: Méthode par saturation
⎯ Partie 10: Méthode par perméation
⎯ Partie 11: Génération électrochimique
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Introduction
La présente partie de l'ISO 6145 fait partie d'une série de Normes internationales présentant différentes
méthodes volumétriques dynamiques utilisées pour préparer des mélanges de gaz pour étalonnage. Dans la
partie inférieure de la gamme des fractions molaires considérée, il est difficile de préparer et de conserver des
mélanges de gaz — de certains composants organiques ou réactifs, par exemple — dans les bouteilles. Cette
méthode dynamique présente l'avantage de fournir un composant pour étalonnage de manière pratiquement
illimitée, pour lequel il est possible de limiter, voire d'éliminer, les effets de l'adsorption.
Si le gaz de complément est mesuré sous forme de débit massique de gaz, la préparation des mélanges de
gaz pour étalonnage par diffusion est une méthode gravimétrique-dynamique qui donne les teneurs en
fractions molaires. Les principes de mesurage du débit de gaz de complément sont donnés dans l'ISO 6145-1.

NORME INTERNATIONALE ISO 6145-8:2005(F)

Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour
étalonnage à l'aide de méthodes volumétriques dynamiques —
Partie 8:
Méthode par diffusion
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 6145 spécifie une méthode dynamique par diffusion pour la préparation de
−9 −3
mélanges de gaz pour étalonnage, dont la teneur en fractions molaires est comprise entre 10 et 10 . En
appliquant cette méthode, il est possible d'obtenir une incertitude relative élargie du mesurage, U, obtenue
par multiplication de l'incertitude-type relative composée par un facteur d’élargissement k = 2, de ± 2 % au
maximum.
En maintenant la distance entre la source de diffusion et le lieu d'utilisation aussi courte que possible, la
méthode peut être appliquée pour générer des gaz pour étalonnage à faible concentration de composants
organiques liquides à température ambiante, les points d'ébullition étant compris entre 40 °C et 160 °C
environ.
La présente partie de l'ISO 6145 ne s'applique pas uniquement à la génération des mélanges de gaz pour
étalonnage d'un large éventail d'hydrocarbures aux niveaux de concentration de l'air ambiant et d’intérieur,
mais également à la génération de mélanges de gaz de faible concentration en eau.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 6145-7, Analyse des gaz — Préparation des mélanges de gaz pour étalonnage à l'aide de méthodes
volumétriques dynamiques — Partie 7: Régulateurs thermiques de débit-masse
3 Principe
Le composant pour étalonnage diffuse à travers un tube de diffusion aux dimensions adaptées (longueur,
diamètre) dans un flux de gaz de complément, c'est-à-dire le gaz de complément du mélange préparé. Le
composant pour étalonnage liquide, de pureté élevée connue, se trouve dans un réservoir faisant office de
source de vapeur de ce composant. Le réservoir est doté d'un tube de diffusion vertical. Cet assemblage
(cellule de diffusion) est placé dans une enceinte à température contrôlée purgée à débit connu et constant
par un gaz de complément de haute pureté (voir Figure 1). La composition du mélange est déterminée à partir
du débit massique de diffusion du composant pour étalonnage et du débit de gaz de complément.
En principe, le débit massique de diffusion du composant pour étalonnage dépend:
⎯ de son coefficient de diffusion dans le gaz de complément;
⎯ de sa pression de vapeur à la température de l'enceinte;
⎯ des dimensions du tube de diffusion.
Il est possible de déterminer précisément le débit massique par pesage continu, après montage du tube dans
une microbalance à suspension ou par pesage périodique. La méthode de détermination a un impact sur
l'incertitude du débit massique (momentané) du composant pour étalonnage (voir 7.2).

Légende
1 entrée du gaz de complément
2 enceinte
3 tube de diffusion
4 réservoir du liquide
5 sortie du gaz d'étalonnage
Figure 1 — Schéma d'un appareillage par diffusion

4 Réactifs et matériaux
4.1 Substances liquides à utiliser comme composant pour étalonnage, présentant la pureté la plus
élevée possible afin d'éviter tous les effets sur le débit massique de diffusion.
Si possible, il convient de connaître la nature et les quantités d'impuretés et de prendre en compte leurs effets.
4.2 Gaz de complément, de pureté connue, établie par des techniques analytiques appropriées telles que
spectrométrie infrarouge par transformée de Fourier ou chromatographie en phase gazeuse, par exemple.
2 © ISO 2005 – Tous droits réservés

La nature du gaz de complément doit être adaptée à la substance à utiliser comme composant pour
étalonnage. Par exemple, l'air ne doit pas être utilisé comme gaz de complément pour la préparation par
diffusion des mélanges de gaz pour étalonnage de substances oxydables.
5 Appareillage
5.1 Appareillage par diffusion
5.1.1 Matériaux
Les matériaux de l'appareillage par diffusion doivent être choisis de manière à éviter les effets de sorption ou
désorption physique ou chimique sur la teneur du composant pour étalonnage. Plus la teneur est réduite, plus
les effets du phénomène de sorption/désorption sont importants.
Il convient que les réservoirs et les tubes de diffusion, ainsi que les enceintes thermostatées et l'appareillage
de mélange, soient fabriqués de préférence en verre borosilicaté. Choisir des tubes flexibles inertes du point
de vue chimique pour l'alimentation en gaz de complément et le transport du mélange de gaz pour étalonnage.
Accorder une attention particulière à tous les joints, ceux-ci pouvant être des sources possibles de fuite.
5.1.2 Configuration du débit de gaz de complément
Avant que le gaz de complément n’atteigne la cellule de diffusion, il est essentiel de contrôler sa température
par rapport à celle de l'enceinte de la cellule de diffusion. Pour obtenir l'incertitude établie dans l'Article 1, il
convient de contrôler la température de l'enceinte à ± 0,15 K près.
Il convient que le débit minimal du gaz de complément soit suffisant pour éliminer la vapeur du composant
sans saturation. Il convient que le débit maximal admis soit suffisamment faible pour éviter le transport
convectif de la vapeur du composant pour étalonnage à l'intérieur du tube de diffusion. Le débit maximal
dépend de la géométrie de l'appareil par diffusion. Il est recommandé de maintenir au-dessous de 100 le
nombre de Reynolds du débit de gaz de complément dans la cellule de diffusion. À 25 °C, il convient de
respecter approximativement la condition suivante:
−3
v ⋅ d < 1,6 × 10
où
v est la vitesse linéaire moyenne du gaz de complément, en mètres par seconde;
d est le diamètre, en mètres, du tuyau par lequel le gaz de complément s'écoule.
5.1.3 Choix de la température
Le c
...