Способ определения содержания углерода в селениде цинка

Способ определения содержания углерода в селениде цинка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В СЕЛЕНИДЕ ЦИНКА, заключающийся в облучении анализируемой пробы дейтронами, удалении поверхностных загрязнений и растворении анализируемого слоя в травителе на основе азотной кислоты с улавливанием газообразных продуктов разложения, радиохимическом вьщелении аналитического : изотопа азот-13 отгонкой аммиака из щелочного раствора и последующем измерении его активности, о т л и ч а-, ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности анализа, осуществления визуального контроля за окончанием травления образца на заданную глубину и повьшения радиохимической чистоты вьщеления, удаление слоя поверхностных загрязнений и растворение v) анализируемоЛ слоя ведут с добавкой перманганата калия до обесцвечивания раствора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 И 23/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3719587/24-25 (22) 27.03.84 (46) 30.01.88. Бюл.М 4 (71) Научно- исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.M.ÊHðîâà (72) А.Н.Обливанцев,.В.А.Рыжков, А.Г.Рыбасов и N.Н.Обливанцев (53) 543.5(088.8) (56) Яковлев П.Я. и др. Определение углерода в металлах., М., Металлургия, 1972, с. 288.

Авторское свидетельство СССР

М 782492, кл. G 01 N 23/221, 1979. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В СЕЛЕНИДЕ ЦИНКА, заключающийся в облучении анализируемой пробы дейтронами, удалении поверхно„„Я0„„1163717 А стных загрязнений и растворении анализируемого слоя в травителе на основе азотной кислоты с улавливанием газообразных продуктов разложения, радиохимическом выделении аналитического изотопа азот-13 отгонкой аммиака из щелочного раствора и последующем измерении его активности, о т л и ч а-. ю шийся тем, что, с целью повышения точности анализа, осуществления визуального контроля за окончанием травления образца на заданную глубину и повьппения радиохимической чистоты выделения, удаление слоя поверхностных загрязнений и растворение анализируемого слоя ведут с добавкой перманганата калия до обесцвечивания раствора, 1163717

Изобретение относится к области ядерно-физических методов анализа состава вещества и может быть использовано при проведении радиохимичес5 кого варианта активационного анализа газообразующих примесей в твердых образцах по аналитическому изотопу азоту-13.

Целью изобретения является повышение точности анализа, осуществление визуального контроля за окончанием травления образца на заданную глубину и повышение радиохимической чистоты выделения. 15

Сущность способа состоит в том, что при удалении слоя поверхностных загрязнений и растворения анализируемого слоя используют перманганат калия, который является индикатором, по которому судят об окончании травления образца на заданную глубину.

Образующиеся при взаимодействии селенида цинка с азотной кислотой продукты ее разложения взаимодействуют с 25 добавкой перманганата, и раствор обесцвечивается. Суммарное уравнение реакции разложения селенида цинка можно записать

5/nSe + 28HNO> + 6KMnO = 5Еп(ИОз) + 3p

+ 5H>SpO + 6KXO> + 6Mn(NO>) +

+ 9H (1.

Количество добавки перманганата калия можно рассчитать так, что окончание реакции взаимодействия добавки перманганата калия с продуктами разложения азотной кислоты, которое фиксируется визуально по обесцвечиванию окрашенного раствора, будет свидетельствовать о растворении эквивалентной 40 нанески монокристалла селенида цинка, необходимой для его травления на требуемую глубину. Расчеты, выполненные по приведенному уравнению реакции, показывают, что 10 мг перманганата калия эквивалентны растворению

7,61 мг селенида цинка, При обесцвечинании раствора его разбавляют инертным растворителем, например водой и разложение селенида цинка

Э

50 прекращается. Таким образом удается визуально определить окончание травления образца на заданную глубину и прекратить его. Кроме того, так как перманганат калия является очень

35 сильным о (ислителем, он способен окислять Br и Вг до нелетучих ионов

BrO и препятствовать переходу броз ма н газ оную фаэ у, улучшая радиохимическую чистоты выделяемого при заложении образца азота.

П р и м е p . Проверка предлагаемого способа проведена при определении углерода н монокристаллах селенида цинка, выращенных иэ расплава.

Предварительно на необлученных образцах проверяли воспроизводимость и точность травления образца селенида цинка в азотной кислоте плотностью

1,33 г/смв (54 ) с добавкой перманганата калия. При этом брали образцы различной формы, величины поверхности и нанески. После растворения в азотной кислоте добавки перманганата калия травление вели в этом смеси при комнатной температуре до обесцвечивания раствора; затем образец вынимали, высушивали и взвешивали, Данные травления приведены в табл.), Результаты табл.I показывают хорошее совпадение экспериментальных данных (среднее значение убыли веса на 10 мг КМпО из 15 опытов 7,58 +

+ 0,36 мг) с вычисленным по уравнению реакции растворения (7,61 мг).

Среднее квадратичное отклонение мень ше 5 . Из этой же таблицы видно, что время травления до обесцвечивания ра створа изменяется н больших пределах.

Для сраннения эффективности контроля травления по времени и визуального по обесцвечиванию раствора травления на двух различных образцах проводили последовательное травление слоя за слоем при следующих условиях: количестно азотной кислоты 10 мл, навеска КМпО < 10 мг. Бремя травления без добавки КМпО< 45 с, с добавкой

1(MnO4 — до обесцнечинания раствора.

Эти условия выбраны как характерные для травления предварительного слоя поверхностных загрязнений. Полученные результаты приведены н табл.2.

Данные табл. 2 свидетельствуют о преимуществе визуального контроля за толщиной снятого слоя поверхностных загрязнений по обесцнечиванию раствора, где наблюдаемые отклонения от среднего значения, близкого к расчетному, не превышает 10, тогда как контроль по времени травления дает ошибку около 50%.

Для выбранных условий травления при плотности селенида цинка

5,42 г/см, площади травления 1 см 3 2

1163717

20 и величине добавки перманганата калия 10 мг расчетная толщина стравливаемого слоя составляет 14 мк. При проведении анализа конкретных образ5 цов навеску перманганата калия рассчитывают исходя из толщины поверхностнйх загрязнений (обычно 10-15 мк) глубины активации и поверхности образца при травлении. 10

Образец монокристаллического селенида цинка в виде пластинки или диска толщиной 2-3 мм и облучаемой поверхностью 1-2 см облучали в тече2 ние 10 мнн дейтронами с энергией

6,6 МэВ при токе 1 мкА. С облученного образца удаляли слой поверхностных загрязнений травлением в 10 мл азотной кислоты с предварительно введенным по расчету количеством KMnO+ .

Образец травили до обесцвечивания раствора, разбавляли раствор водой.

Затем образец вынимали и промывали водой. Очищенный от поверхностных загрязнений образец снова растворяли в азотной кислоте с добавкой перманганата калия, достаточной для растворения образца уже на глубину активации (150 мк для энергии дейтронов 6,6 МэВ). Растворение заканчивали после обесцвечивания раствора разбавлением его водой. Растворение вели в герметичном устройстве, и выделяющиеся при растворении газы собирали с продувкой воздуха после растворения в специальную цилиндрическую кювету диаметром 80 мм и объемом 150 см . выделение аммиачного азота-13 из > раствора основного травления проводи- 40 ли известным способом отгонки аммиака иэ щелочного раствора с поглощением в приемнике с раствором кислоты. Раздельное измерение в идентичных условиях кривой распада выделенной 45 р+-активности газовой фазы и отогнанного раствора позволило проверить радиохимическую чистоту выделения и оценить распределение азота-13 по фазам. Измерение p -активности вели на спектрометре т- 1- совпадений скристаллами NaJ(T1) 100х150 мм. Во всех случаях активность азота-13 в аммиачной фракции была радиохимически чистой. Период полураспада соответствовал азоту-13 (10 мин), а в

55 гамма-спектре, снятом на многоканжьном анализаторе, присутствует только пик аннигиляционных гамма-квантов

0,51 МэВ.

Для оценки эффективности влияния добавки перманганата калия на радиохимическую чистоту азота-13 в газовой фазе была проведена серия сравнительных экспериментов:

1) анализ селенида цинка по предлагаемому способу;

2) анализ селенида цинка без добавления перманганата при травлении основного слоя

3) то же, но с предварительным пропусканием газообразных продуктов разложения через 20Х-ный раствор

NaOH

4) анализ по предлагаемому способу с пропусканием газообразных продуктов разложения через 20/-ный раствор NaOH.

В первом эксперименте газовая фаза через 10-12 мин после окончания облучения была радиохимически чистой по азоту-13, и ее активность составляла 10-20Х от общей активности азота-13. Во втором случае р+-актиность газовой фазы в несколько (иногда в 10 и более) раз превышала активность аммиачной фракции азота-13, период полураспада был близок к

7 мин, а в гамма-спектре присутствовали характерные для радиоброма гамма-линии, в частности " Br с 1, 6,46 мин, образующегося из селена по реакциям Se(d,n) Бг и Se (d., 2n) Br.

В третьем случае активность газовой фазы после поглотительного раствора была радиохимически чистой по азоту-13 и составляла, как и в первом случае, не более 20Х от активности азота-13 аммиачной фракции, а активность поглотительного раствора по величине и характеру гамма-спектра идентична с измерениями газовой фазы второго эксперимента.

B четвертой серии экспериментов в поглотительном растворе не обнаружено никакой активности (только фон измерительной установки), вся активность находилась в газовой кювете и соответствовала азоту-13.

1163717

Таблица I

Результаты травления образцов селенида цинка в смеси

HNO + KMnO

Навеска лерманганата, мг

Вес образца до травления, r

Убыль веса, мг

Убыль веса на

l0 мг добавки, мг

Кол-во кислоремя равлеия до бесты, мл вечива ия

2,2957

213

3 мин

156,6

7,35

206,2 2,1391

7,36

217

7,32

104

7,93

102

8,1

20,7.15 с

7,73

7,74

105 6

2 мин 45 с 82,1

3 мин 30 с 235,4

7,64

308

76,9

100

45 с

7,69

1 мин 25 с 148,4

l мин 25 с 138,8

201,4

3,4836

7,37

200

3,3352

6,94

6,92

300

3,1945

2 мин

207,7

2 мин 30 с 40,1

2,2773

51,1

7,85

2,2372

50,7

45 с

4l,0

8,08

7,67

40 с

50,3 . 2,196?

38,6

1,9874

1,5577

1,4752

1,3684

1,1319

1,4405

3,5605

2 мин 151,7 мин 45 с 158,8

1 мин 20 с 82;5

1 мин 82,6

1163717

Таблица 2

Сравнительные данные по контроли травления селенида цинка по заданному времени травления и визуального по обесцвечиванию раствора

1 образец

Условия травления

П образец вес до убыль среднее травле- веса, квадрат. ния,мг мг значение

3,1 1378,3

3,4 1377

6,1 5,9+2,3 1375,1

777,6 ;6,6

773 8,0

765 8,0

1348,4

9,2

10 мл HNO

10 мг КМпО

756,2 7,5

748,7 7,6

1339,2 6,7

7,48+0,18 1332,5

741,1 7,7

733,4 7,25

726,15 7,35

Составитель А.Андреев

Редактор Н.Сильнягина Техред M.)(оданич Корректор Л.Патай

Заказ 739 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

10 мл Нно время травления 45 с травление до обесцвечивания

792,2

789,1

785,7 вес до травления мг

1371,8

1367,9

1362,9

1356,5

1317,6

1309,2 убыль среднее веса, квадрат. мг значение

1,3

1,9

3,3 4,89+2,84

3,9

5 0

6,4

8,1

7,5 7,64+0,68

7,4

8,4

8,2