ISO 7383-22024 细泡技术水中细泡分散体中气体含量测定的评价方法第2部分氢含量标准立项发展报告

FineBubbleTechnology—EvaluationMethodforDeterminingGasContentinFineBubbleDispersionsinWater—Part2:HydrogenContent—StandardizationDevelopmentReportStandardizationDevelopmentReport:FineBubbleTechnology—EvaluationMethodforDeterminingGasContentinFineBubbleDispersionsinWater—Part2:HydrogenContent摘要关键词：细泡技术；纳米气泡；氢含量测定；气体定量分析；国际标准；ISO7383-2Keywords:Finebubbletechnology;Nanobubbles;Hydrogencontentdetermination;Gasquantitativeanalysis;Internationalstandard;ISO7383-21引言1.1标准立项背景细泡（FineBubble）技术，通常指分散相气泡直径在纳米级至微米级范围的气液两相体系制备与应用技术，近年来在全球范围内获得了广泛的产业关注。与常规气泡相比，细泡具有比表面积大、上升速率慢、气体溶解率高、界面电位显著等独特理化特性，能够在水中长时间稳定存在，因而在污水处理、土壤修复、河道治理、水产养殖增氧、矿物浮选、精密清洗以及医疗健康等众多领域中显示出广阔的应用前景。然而，细泡技术的快速发展也对标准化工作提出了更高要求。当前细泡技术领域已发布多项国际标准，涵盖细泡的定义与分类、物理性能表征、分散体稳定性评价以及气体含量的总体测定方法等方面。ISO7383-1:2024（Part1:Oxygencontent）即为该系列标准中针对氧气含量测定的第一部分。然而，随着氢气微纳气泡在医疗健康、农业种植、功能水制备等新兴领域的快速应用，对水中细泡分散体中氢气含量的准确测定需求日益迫切，亟需建立专门的国际标准以规范检测方法和评价流程。1.2标准基本信息ISO7383-2:2024由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）下设的ISO/TC281（细泡技术委员会）负责制定，于2024年7月1日正式发布。该标准是ISO7383系列标准的第2部分，聚焦于水中细泡分散体中氢含量的测定评价方法，为利用氢气作为功能气体的细泡产品提供了统一的检测依据。2编制过程与参与单位2.1标准编制历程ISO7383-2:2024的编制工作历经了提案（NP）、工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）及最终国际标准草案（FDIS）等阶段，前后历时约三年。在标准编制过程中，来自中国、日本、韩国、德国、英国等多个国家的专家共同参与了技术研讨和试验验证工作。各方专家围绕氢气检测方法的选择、干扰因素的排除、样品采集与保存条件、测量精密度与准确度等技术关键问题展开了多轮深入讨论，最终达成了一致意见。2.2主要起草单位介绍中国计量大学中国计量大学作为ISO/TC281国内技术对口单位的核心支撑机构，深度参与了ISO7383-2:2024的制定工作。该校是一所以计量、标准、质量和检验检疫为办学特色的高等学府，在细泡技术计量表征领域拥有长期的研究积累和丰富的实践经验。学校建有浙江省流量计量技术重点实验室，配备了先进的气相色谱分析系统、纳米颗粒追踪分析仪（NTA）、激光衍射粒度分析仪等精密仪器设备，为细泡分散体中气体组分的精确测定提供了坚实的实验条件。在ISO7383-2:2024的编制过程中，中国计量大学研究团队承担了氢气测定方法验证试验、检测装置性能比选及方法精密度协同试验等关键任务，提出了多项具有建设性的技术建议。尤其是在样品前处理条件和干扰气体消除策略方面，中国计量大学团队基于大量实验数据提出的改进方案被标准采纳，为提升标准的科学性和可操作性作出了重要贡献。此外，中国计量大学还积极推动细泡技术相关国家标准的制定，牵头或参与多项国家标准和行业标准的研制工作，是我国细泡技术标准化领域的重要智库和技术支撑力量。2.3标准技术归口单位ISO7383-2:2024由ISO/TC281（Finebubbletechnology）技术委员会归口管理。ISO/TC281成立于2013年，秘书处由日本工业标准调查会（JISC）承担，主要负责细泡技术的术语定义、计量表征、检测评价及应用规范等领域的国际标准化工作。截至目前，ISO/TC281已发布多项国际标准，构建了覆盖细泡技术基础通用、检测评价和应用指南等层面的标准体系框架。3标准核心内容解读3.1适用范围与术语定义ISO7383-2:2024适用于水中细泡分散体中氢含量的测定，主要用于评价以氢气为功能气体的细泡分散体系的氢气浓度水平。标准所涉及的细泡包括微米气泡（Microbubble，直径1μm至100μm）和纳米气泡（Nanobubble，直径小于1μm）两种类型。标准明确规定了以下关键术语的定义：-细泡分散体：将气体以细泡形式分散于液体中形成的两相体系；-氢含量：单位体积细泡分散体中所含氢气的质量或体积浓度；-游离气：未经溶解、以气泡形式存在于水中的气体组分；-溶解气：以分子状态分散溶解于水中的气体组分。上述术语定义的明确，为后续测定方法的实施和测定结果的表述提供了统一的技术语言基础。3.2测定原理ISO7383-2:2024规定的氢含量测定方法是基于气相色谱检测原理。其核心技术思路为：通过特定的前处理装置，将细泡分散体中的气体组分（包括游离气和溶解气）从液相中高效分离提取，然后将提取出的混合气体导入气相色谱仪，利用色谱柱对不同气体组分的分离作用，结合热导检测器（TCD）或脉冲放电氦离子化检测器（PDHID）进行定性和定量分析，最终计算出样品中氢气的含量。该方法的技术优势在于：（1）选择性好，能够有效区分氢气与其他共存气体组分；（2）灵敏度高，可满足低浓度氢气含量的检测需求；（3）线性范围宽，适用于不同氢含量水平样品的测定；（4）重复性和再现性良好，满足实验室间比对的要求。3.3试验装置与材料标准对试验装置和材料提出了明确的技术要求，主要包括以下几个关键组成部分：气体分离提取装置：可采用静态顶空法、动态吹扫捕集法或真空脱气法等不同方式实现气体从液相中的高效分离。标准要求分离装置应具有良好的气密性，能够避免外界空气的渗入，防止样品中氢气含量的改变。气相色谱仪：配备适当色谱柱（如分子筛柱或Plot柱）和检测器（TCD或PDHID），应具有足够的灵敏度和稳定性。色谱条件（载气种类与流速、柱温、检测器温度等）应根据实际样品情况进行优化。定量装置：可采用气体定量环或气体注射器实现已知体积气体样品的准确进样，确保定量分析的准确性和可追溯性。标准气体：应使用有证标准气体（CRM）或溯源至国家计量标准的校准用气体，用于建立标准曲线或进行外标法定量。3.4试验程序标准的试验程序主要包括以下步骤：（1）样品采集与保存样品采集应使用清洁、气密性良好的采样容器，采样过程中应尽量避免气泡的产生和损失。采集后的样品应尽快进行测定，如需短期保存，应在低温（2℃~8℃）和避光条件下保存，保存时间不宜超过24小时。（2）气体分离提取将一定体积的细泡分散体样品置于气体分离提取装置中，按照标准规定的操作参数进行气体提取。提取过程中应控制温度、搅拌速度和时间等参数，确保气体组分能够充分释放并达到气液平衡。（3）气相色谱分析将提取得到的气体样品通过定量环或直接进样方式导入气相色谱仪，按照预设的色谱条件进行分离和检测。记录氢气的色谱峰面积或峰高。（4）定量计算采用外标法或标准曲线法进行定量。以标准气体的色谱响应值（峰面积或峰高）对氢气浓度建立标准曲线，然后根据样品中氢气的色谱响应值在标准曲线上查得对应的氢气浓度，并结合样品体积和稀释倍数等参数计算原始样品中的氢含量。3.5结果表示与精密度标准规定，氢含量测定结果应以单位体积细泡分散体中所含氢气的质量浓度（mg/L）或体积浓度（mL/L）表示，同时应注明测定时的水温和气压条件。在精密度方面，标准给出了实验室间协同试验得到的重复性限（r）和再现性限（R）参考值。对于氢含量在0.1mg/L~50mg/L范围内的样品，重复性相对标准偏差一般不超过5%，再现性相对标准偏差一般不超过10%。具体的精密度数据取决于样品基质的复杂程度和氢含量的水平。4标准的关键技术分析与创新点4.1气体全组分提取策略的创新细泡分散体系中，氢气以游离态（气泡内）和溶解态两种形式存在，二者比例受气泡尺寸分布、温度、压力等因素影响而动态变化。传统的气体测定方法往往只关注其中一种形态的气体，导致测定结果不能真实反映体系中的总氢含量。ISO7383-2:2024通过优化前处理条件，实现了游离气与溶解气的全量提取与合并测定，有效解决了这一技术难题。4.2干扰因素的识别与控制细泡分散体是一个复杂的气-液两相体系，除目标气体氢气外，还可能含有氧气、氮气、二氧化碳等其他气体组分。这些共存组分可能对氢气的色谱分离和检测产生干扰。标准对色谱分离条件的选择、干扰组分的分离度要求以及背景扣除方法等提出了具体建议，保证了测定结果的选择性和准确性。4.3不同测定方法的衔接与协调ISO7383-2:2024在设计之初就充分考虑了与ISO7383-1:2024（氧气含量测定）在方法体系上的协调一致性。两个部分在样品采集与保存条件、气体分离提取装置的通用性要求以及色谱分析方法的总体框架等层面保持了统一的技术路线，便于实验室在配置和操作不同气体含量测定方法时实现设备共用和流程兼容，降低了方法实施的成本和复杂度。5标准实施的意义与应用前景5.1对产业发展的支撑作用氢气细泡水（或称氢水、纳米气泡富氢水）近年来在功能性饮用水、农业种植促进、畜牧养殖改善以及辅助医疗等健康相关领域发展迅速，市场规模持续增长。然而，由于缺乏统一、可靠的氢含量检测方法，产品质量参差不齐，市场秩序亟待规范。ISO7383-2:2024的发布为生产企业提供了标准化的检测手段，有助于企业加强质量控制、规范生产流程，同时也为市场监管部门和第三方检测机构开展质量监督和认证评价提供了技术依据。5.2对科研创新的推动作用在细泡技术的基础研究方面，气泡内气体组分与含量的精确表征是理解细泡稳定性机制、界面传质规律以及气-液反应动力学等核心科学问题的关键前提。ISO7383-2:2024提供的标准化检测方法有助于不同实验室之间的数据比对和结果互认，为细泡技术领域的学术交流和科研合作扫清了方法学障碍。5.3对国际标准体系的完善意义ISO7383-2:2024与ISO7383-1:2024共同构成了细泡分散体气体含量测定的系列标准框架。未来，该系列标准还可能进一步扩展至其他功能性气体（如二氧化碳、臭氧、氮气等）的含量测定方法，从而逐步形成覆盖主要功能性气体的细泡气体含量检测标准集群。这将有效推动细泡技术领域标准体系的系统化和完善化，为全球细泡产业的规范发展提供更加全面的技术支撑。6结论与展望展望未来，随着细泡技术在更多新兴领域的应用拓展以及检测技术的不断进步，细泡气体含量测定方法标准将持续修订和完善。一方面，更高灵敏度、更快速、更便携的氢气检测技术（如电化学传感器法、光声光谱法等）有望在未来纳入标准体系，为用户提供更多可选择的检测方案；另一方面，随着应用领域对氢气细泡作用机理研究的深化，针对不同应用场景的氢气含量分级评价标准也将逐步建立。中国作为细泡技术研究和产业化应用的重要国家，应继续深度参与ISO/TC281的国际标准化工作，积极贡献中国方案和中国智慧，为全球细泡技术标准化事业作出更大贡献。参考文献[1]ISO7383-2:2024,Finebubbletechnology—Evaluationmethodfordetermininggascontentinfinebubbledispersionsinwater—Part2:Hydrogencontent[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2024.[2]ISO7383-1:2024,Finebubbletechnology—Evaluationmethodfordetermininggascontentinfinebubbledispersionsinwater—Part1:Oxygencontent[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2024.[3]ISO20480-1:2017,Finebubbletechnology—Generalprinciplesforusageandmeasurementoffinebubbles—Part1:Terminology[S].Genev