Способ определения содержания углерода в металлах

Способ определения содержания углерода в металлах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬРЕтЕНИ Я

К АВТОРСКОМУ СВКДИЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Рескублик

Фвсуда pстseакый комитет

an делам иаобретеиий и открытий (53) УДК 539106 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. Н. Обливанцев, Г. И. Тронов, А. Г. Рыбасов, А. П. Данилов, Р. П. Мещеряков и Б. И. Кузнецов м " т Я (71) Заявитель Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническо институте

I (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

УГЛЕРОДА В МЕТАЛЛАХ

Изобретение относится к области активационного анализа и может быть использовано при определении примеси углерода

s различных металлах по реакцни С" (d, и) N" с радиохимическим выделением аналинвч еского изотова азот- h3.

Известен метод нейтронно-активационното определения содержания углерода (1), согласно которому пробу облучают в потоке нейтронов, выделяют образующийся изотоп азот-13 .и измерятот его,актньность; Для реализации этого способа требуется сложная и не всегда доступная аппаратура и высокая квалификация оператора. Кроме того, проба при анализе полностью разрушается, что исключает возможность повторного анализа и не позволяет определить распределение примесей по глубине.

Известен также способ определения содержания углерода (2), заключающийся в облучении пробы нейтронами и последующем измерении наведенной активности пробы. Этот способ имеет недостаточную точность и требует использования больших навесок, что не всегда достижимо.

Наиболее близким:к,заявляемому ао технической сущности и досйнгаемому результату являепся способ определения,содержания углерода в;металлах (3), заключаюсций ся в облучении анализтсруемой пробы, разложении облегченной пробы в кислоте с последующим введением носителя азота и щелочи,,радиохкмнчеаком .выделении азота очтонкой в виде аммиака из щелоч5 ного, раствора н:измерении наведенной BIKтивности выделенного изотопа азот-13.

Недостатком указанного способа определения углерода является то, что прйме няемая в способе операция выделения азота заимствована без достаточной экспериментальной проверки из способа определения азота в металлах по Къельдалю. Для применения метода Къельдаля при выделении радиоактивного азота из металлов необходимо убедиться, что выделение азота-13 из,металлов очтонкой аммиака является количественным и химический выход по неактивному и активному азоту совпадает. Так может быть не всегда, что сле20 дует из специфических условий радиохимического выделенвя азота-13.

1. Небольшой период полураспада .азота-13 (10 мин) требует выбора растворителей, обеспечивающих быстрое (за не25 сколько минут) переведение облученного образца в ра спвор..Это .может приводить к тому, что при разложении атомарный азот не успевает реагировать с атомарным водородом с образованием аммиака и проЗО исходит «вынос» радиоактивного азота.

4»

782492

2. Возможны случаи, когда, быстрое растворение металлов происходит с использованием растворителей, не выделяющих атомарный водород, что также исключает образование аммиака по реакции

Х+ ЗН- NH3

3. Быстрое растворение многих металлов, та ких как V, Ti, Nb, Та, Мо, W, Ag, Cu удобно проводить в растворителях на основе азотной кислоты. В этом случае возможно образование из аммиачной формн не связанного азота за счет реакции с низшими окислами азота, продуктами разложения азотной кислоты.

2NH4++ 2NOg — 2Кр+4НрО

Аналогичные реакции возможны и е продуктами разложения других окисляющих кислот, например хлорной, 2NH +3C1O — - Ng+3C1 — +ЗН О

Таким ббразом, при разложении облученных образцов в различных кислотах н радиохимическом выделении только аммиачной формы азота возможны потери азота с отходящими при растворении газами.

Это вносит ошибку в значение химического выхода азота, определяемого по носителю, добавляемому в аммиачной форме поеле разложения пробы. В конечном итоге это должно приводить к заниженным результатам анализа.

Цель изобретения — повышение - точности анализа.

Поставленная цель достигается тем, что при способе определения содержания углерода в металлах, заключающемся в облу-чении анализируемой пробы дейтронами, разложении облученной пробы в кислоте с последующим введением носителя азота и щелочи, радиохимическом выделении изотопа азот-1,3 отгонкой;в виде аммиака

--из щелочного раствора и измерении наведенной активности выделенного изотопа азот-13, улавливают;выделяющиеся при . разложении облученного образца газы и

-измеряют активность содержащегося в них изотопа азот-1, а о содержании углерода судят по суммарной активности изо то па азот.13, измерен ной .в газовой фазе и в аммйаке.

В табл. 1 приведены получейные экспериментально результаты выделения радиоактивного азота в газовую фазу при разложении кислотами облученных дейтронами металлов. —. -- ":=Как видно из табл. 1, потери радиоактивного азота при разложении пробы действительно имеют место, их велвчина зависит от анализируемого металла и применяемого растворителя. Наибольшие потерн наблюдаются при использовании растворителей на основе бкисляющих кислот и особенно велики они для ванадия, железа,.ниобия и вольфрама. Так, для ванадия

5 практически весь (89 — 98% ) азот можно потерять при растворении образца в азотной кислоте, а для Nb, Fe u W в отдельныл экспериментах при использовании смеси HF+HNO3 теряется до 40 — 50% азота.

На примере Mg обнаружены потери активности и при использовании традиционных для методов Къельдаля кислот НС1 и Н2$04, в которых магний быстро растворяется. Однако эти потери не превышают 10%.

Проверка точности и воспроизводимости анализов по предлагаемому способу была проведена на стандартных образцах железа с известным содержанием углерода. Образец железа в виде диска диаметром 10 и толщиной 2 — 3 мм облучали в течение 10 мин дейтронами с энергией 7 мэВ при токе 2 мкА. Для устранения поверх-нос1 ных загрязнений с облученной поверхности образца травлением в смеси состава

HF: HNOq = 10: 3 удаляли павермностный слой толщиной в 10 мкм и яз подготовленного таким образом образца проводили ради охимичесное,вьгделение азота-13.

Для этого протравленный образец раство ряли на глубину, ббльшую пробега дейтронов ()100 мкм), в тефлоновой ячейке для одностороннего растворения образца в травителе состава HF: НХОФ=10:.3 (2—

3 мл) . Выделяющиеся при растворении газы собирали в специальную цилиндрическую кювету.—

Кннвета для сбора газа выполнена с двойяыми стенкам и так, что во внутрен4о ний объем, раешный 300 смз, собирали газ, а внешний объем, равный 100 см, предназначен для сбора азота-13, выделяемого оггонкой аммиака из травильного раствора. Кювета для сбора выделенных

45 .фракций азота-13 одеоаременно являет ся и измерительной.

Для выделения аммиачного азота кислый раствор, полученный после травления образца, заливали в перегонную колбу

60 установки для отгонки аммиака, добавляли 10 мг азота в виде NH4C1 (носитель), вводили избыток 40%-ног6 раствора NaOH до рН ) 12 и отгоняли при кипении раетвора аммиак вместе с парами воды в тй55 чение 5 — 8 мнн в приемник с 5 мл 1H H S©».

Раствор с отогнанной аммиачной фракцией азота-13 заливали во внешний, объем вышеописанной кюветы, внутренний объем которой ранее заполнен:газами, вы-60 делившимися при кислотном "растворении облученного образца.

Измерение суммарной P+-активности азота-13 газовой и жидкой фаз кюветы, характеризующей содержание углеро65 да в анализиочемом металле. пповодили

782492

Таблица.1

Количество радиоактивного азота в газах при растворении,,ь

Содержание, углерода, ь

Облучаемый металл

P астворитель

Стандартные образцы железа, 1042 — а

HF Н1103 10 ° 3

0,057

1044 — а

1045 — а

Ti

Ti

А!

0,15

0,36

0,003

0,003

0,015

0,006

HF: HCI: Н,О=З: 2: 5

HNOç

HP НАВОЗ 10 3

НСlгH О= — 1:1

NaOH

4NHcIо4

4NHNO, 4НН.,БО

4NHCl

HF: НХ0,=10: 3

8 10

0,02

0,003 от 10

W

10 — а

21,2; 28,2:

31,8; 25,8;

29,7; 36,1;

24;3 тельное их сопоставление приведены в табл, 2. Содержание углерода в относительных единицах представляет отношение при веденной активности азота-13 к активности монитора. В качестве монитора потока частиц использовали медную фольгу толщиной 15 мкм, помещаемую при облучении перед образцом. Активность (р+) монитора измеряли через 10 мин после окончания облучения.

Таблица 2

Сравнение вычисленных и экспериментальных данных

Найденное содержание углерода в относительных единицах

Паспортное содержание углерода, о

Марка образца сравниваемое отно- вычислено измерено шение

Реп /Ре, Ре„ i/Ðåi, Ре!и/Fe<

2,63

2,4

6,316

2,537

2,477

6,284

48,3

122,5

303,5

1042 — а

1044- а

1045 — а

0,057

0,15

0,36 гонкой в виде аммиака (по данным табл. 1 потери составляют 20 — 60%) соответственно приводит к заниженным результатам анализа в 1,25 — 2,5 раза. Ошибка особенно велика, если образец анализируется с радиохимическим выделением, а измерение эталона, как это обычно делается, выполняется инструментально.

Применение предлагаемого способа в аналитической практике устраняет неконтролировавшиеся ранее потери измеряемой активности при разложении образцов, обеспечивает более полное радиохимическое вына спектрометре у-совпадений СЭГС 2 —.

16 с кристаллами NaI(TI). Чистота радиохимического выделения контролировалась измерением .иривой распада азота-13 (T 1/2 10 мин), а раздельное измерение ак- 5 тив ности газовой и жидкой фазы азота-13 в кювете лозволилю оценить лотери азота

IIIIpI1,р а с пвореяии.

Результаты определения углерода в стандартных образцах железа и сравниИз данных таблицы видно, что при анализе предлагаемым способом трех образцов железа с известным содержанием углерода, использование любого из этих образцов в качестве эталонного по отношению к двум другим дает совпадение экспериментальных значений с паспортными ошибками менее 4%.

В этих же образцах без учета потерь радиоактивного азота с газами при раствс рении разброс в результатах анализа изза неконтролируемых колебаний химического выхода выделения азота-13 . с от43,3; 36; 58,9;

19,1; 50,2; 22,1

39,6; 30;,27.8

19,4, 20,6; 23,4

9,6; 10,3

0,2

98; 89

12,6; 6; 8,7

1,1;1,7;1

0,8; 0,4

9,5 6,8; 7,9

21,3; 22,9

7,4

8,7

9,5;24

54; 2!; 32,9

25,1; 40,6; 23;6

32,1; 23

782492

Формула изобретения

Составитель В. Кириллов

Техред Л. Куклина

Корректор И. Осин1овская

Редактор И. Марголис

Ъаказ 29/37 Изд. № 103 Тираж 882 Подписное

НПО <Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Tei. Харак. фил. пред. <Патент»

7 деление аналитического изотопа и соответсгвенно повышает точность анализа.

Способ определения содержания углерода в металлах, заключающийся в облучении аналпии руемой про бы,дейтронами, разложении облученной пробы в кислоте с последующим введением носителя азота и щелочи, радиохимическом выделении азота отгонкой в виде аммиака из щелоч його раствора и измерении наведенной активности изопапа азот-.13, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности анализа, улавливают выделяющиеся при разложении облученного образца газы и измеряют активность содержащегося в них изотопа азот-13, а о содержании углерода судят по суммарной активпюсти изотона азот-13, измеренной в газовой фазе и в аммиаке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

Авторское свидетельство СССР № 409122, кл. G 01 N 23/22, 1971.:

2. Авторское свидетельство СССР № 537546, кл. G 01. N 23/221, 1976.

3. Боуэн Г., Гиббонс Д. Радиоактивационный анализ. М., Атомиздат, 1968, с. 258 (прототип).