Способ определения газообразующихпримесей b сорбционно- активных mate-риалах

Способ определения газообразующихпримесей b сорбционно- активных mate-риалах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Респ

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>830190

=а (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09 ° 08. 79 (21)2807420/25-26 (51)М. Кл.з с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

G 01 N 7/16

G 01 N 27/62

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.0581. Бюллетень М 18

Дата опубликования описания 15.0581 (5З) УДК543. 422 (088 ° 8) (72) Авторы изобретения

И.Л.Агафонов и A.È.Êóçüìè÷åâ

Научно-исследовательский институт химии . ., при Горьковском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н.И.Лобачевского (3) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗУЮЩИХ

ПРИМЕСЕЙ В СОРБЦИОННО-AKTHBHBIX

MATEPHAJIAX

Изобретение относится к аналити= ческой химии и может быть использовано в масс-спектрометрическом анализе газообраэующих примесей, присутствующих в легкоплавких непроводящих материалах особой чистоты.

Известны масс-спектрометрические методы определения газообразующих примесей путем ионизации веществ входящих в состав образца, вакуумной искрой или импульсным лазерным излучением. При применении масс-спектрометра с искровым ионным источником пределы обнаружения составляют, мас.Ъ: азота в железном образце 1 10 -15

1 ° 10 углерода в бериллии 7 10 т азота и кислорода в графите 6 ° 10,, водорода в меди 1 ° 10 4и 8 10 s бериллии (1), Определение гаэообразующих нриме- 20 сей на масс-спектрометрах с лазерным ионным источником в ряде случаев может быть проведено на уровне 5 10 мас. В

j2) .

Указанные методы требуют применения сложного, дорогостоящего оборудования. Кроме того, с их помощью возможен только элементный анализ, тогда как для практических целей (например, при определении "красящих" 30 примесей в материалах, прозрачных для инфракрасного излучения) полезно знать молекулярный состав примесей.

Более распространены методы определения газообразующих примесей путем выделения их при плавлении образцов и анализа примесей чувствительными масс-спектральными газоанализаторами.

Основным источником погрешностей при условии полного выделения примесей из образца является поглощение примесей на стенках аппаратуры при транспортировке последних в анализирующее устройство. Поглощение летучих примесей стенками аппаратуры может происходить как путем химического связывания примесей, так и за счет обратимой {физической) адсорбции. При анализе примесей в металлах хемосорбция происходит на активных возгонах металлов, образующихся на стенках реактора. Количество поглощаемых газов может быть значительным, поскольку химически активная поверхйость, имеющая рыхлую структуру, ве лика.

Наиболее близким по существенным признакам к изобретению является способ определения газов в сорбционноактивных металлах и сплавах, заклю830190 чающийся в напуске кислорода в экстракционную печь и последующем анализе. Кислород сорбируется возгонами анализируемого металла. После этой операции возгоны становятся неактивными и не поглощают экстрагиро-. ванные газы в процессе анализа следующего образца. Затем проводят вакуум-плавление, экстракцию примесей иэ расплава и анализ. Таким образом, для предотвращения хемесорбции примесей применяется пассивирование сорб- ционных центров путем поглощения ими кислорода. Нижняя граница определяемых содержаний примесей данным способом 10 - 10 мас.Ъ при навеске образцов 0,5-1,5 r (3).

Однако применение кислорода для уменьшения физической адсорбции нецелесообразно, поскольку введение кислорода в систему приводит к образованию окислов на металлических поверхностях, которые могут служить центрами физической адсорбции примесей.

Кроме того, присутствие кислорода в реакторе при плавлении образцов может привести к изменению состава выделяемой смеси газов вследствие его высокой способности образовывать соединения.

Цель изобретения — повышение точ-. ности определения сверхмалых количеств газообразующих примесей в сорбционно-активных, а также. сорбционнонеактивных материалах за счет снижения физической адсорбции при отсутствии значительной хемосорбции.

Поставленная цель достигается тем, что для нейтрализации активных центров поверхности вакуумной системы, на которых происходит физическая адсорбция, в систему вводят газ, обладающий высокой адсорбционной способностью и не мешающий определению примесей. Такими свойствами обладает углекислый газ с парциальным давлением 5 10 — 1 10 мм рт.ст. Массспектр углекислого газа содержит малое количество пиков и не накладывается на характеристические пики большинства определяемых примесей. Количество СО в системе должно быть достаточным для создания мономолекулярного слоя на поверхности деталей системы. Вероятность полимолекулярной адсорбции при низких давлениях мала, поэтому микроколичества веществ, выделяемых при плавлении образцов, не поглощаются стенками системы. Чтобы предотвратить замещение молекул СО в адсорбционном слое молекулами прймесей, необходимо присутствие в газовой фазе некоторого избытка молекул СО> активно участвующих в обмене. Количество СО определяется из условия Q н (" 2 nP И

СО где Рсо и рп — парциальные давления

СО и примесей в системе; и Q„ — теплоты адсорбции этих

Со 2- BP веществ.

Анализ проводят следующим образом.

Перед плавлением образцов в систему напускают углекислый газ при давлении 5 10 - 10 мм рт.ст., что обеспечивает выполнение условия (1) практически для любого числа примесей n . Максимальный эффект достигается при давлении СО в системе

5.10 мм рт.ст. Дальйейшее увеличение давления СО2 не приводит к понижению нижней границы определяемых со15 держаний примесей при анализе. Применение давления CO выше 10 мм рт.ст. при анализе нецелесообразно, поскольку парциальное давление примеси в

СО может быть при этом сравнимо с парциальными давлениями определяемых веществ, что вызывает искажение результатов анализа. Примеси в углекислом газе не мешают проведению анализа, если их содержание не превышает 10 Ъ. Достаточно чистый СО получают разложением чистого NaHCO9 и осушкой выделяющегося газа. Выделение примесей проводят. плавлением образцов в вакууме излучением инфракрасного лазера на СО мощностью

30 Вт. Выделенные газы расширяют в напускной объем масс-спектрометра

МХ-1304, на котором их анализируют.

Время облучения образца не более

30 с.

3S

Проведена экспериментальная проверка понижения нижней границы определяемых содержаний сорбирующихся веществ на масс-спектрометре. Получены зависимости ионных токов от количества вводнмых веществ в вакуумированную систему напуска и систему, содержащую СО<. В присутствии СО при давлении 5 10 Змм рт.ст. высота пика н-бутана возрастает в 3 раза, пика бенэола — в 5 раз, а при введении до 1 10 г бенэола — в 10 раз, что соответствует эквивалентному понижению нижней границы определяемых содержаний. Те же результаты поЛуче5р ны при добавлении в систему СО при ,давлении 1 10 мм рт.ст. Понижение границы может быть сушественным только при определении микроколичеств веществ и может быть достигнуто толь о в том случае, если давление фоновых газов не превышает 10- мм рт.ст. и не происходит значительной хемосорбции примесей в системе. Первое условие определяет выбор способа нагрева образца и, видимо, ограничи-, 60 вает температуру плавления образцов величиной 1000-1200 С. Второе условие ограничивает применение, способа анаЛизом образцов, возгоны которых не являются сорбционно-активными. К

65 таким относятся образцы большинства

830190 непроводящих материалов, а также олова, свинца и серебра.

Пример .1. Определяют количество летучих веществ, выделенных иэ образцов As и As259. В систему напускают углекислый газ при давлении 5-10 мм рт.ст. Выделение примесей проводят плавлением образцов в вакууме излучением инфракрасного лазера íà СО2 мощностью 30 Вт.

Время облучения образца 30 с. Выделенные газы, в том числе и образующиеся в результате химических реакций при плавлении образца, расширяют в напускной объем масс-спектрометра

МХ-1304, на котором проводят их анализ.. Масса образца A 52 5 3 О, 75 r, As приведены в таблице.

СНЗ С6 Н5

<1 10

1 10

9 ° 10

9 10

8 -10

5 ° 10

3 10

7 ° 10 8

2 10-7

10-7

78

С5

502

9 ° 10 6

C0S

4"10 углеводороды

С -Cs в сумме

43,41

2 ° 10

7 ° 10

3 10

1 ° 10

02

1.10-4

2 10

Н +Со

СН4

15 тракционную печь, вакуум-плавление образца, экстракцию определяемых примесей и последующий их анализ на масс-спектрометре, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности определения сверхмалых количеств газообразных примесей в сорбционно-активных, а также сорбциоМно-неактивных материалах, в экстракционную печь вводят углекислый газ с парциальным давлением 5 10" —

1 ° 10 мм рт.ст.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Масс-спектрометрический метод определения следов элементов. Сборник. M., "Мир", 1975, с.374.

2. Сысоев A.A., Чупахин М.С. Введение в маса-спектрометрию. М., Атомиздат, 1977, с.230.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 587365, кл. 6 01 и 7/16, G 01 N 33/20, 1978.

А.Жаворонков тура Корректор A.Гриценко

Иэ таблицы видно, что нижняя гра ница определяемых содержаний составляет 10 — 10 8 мас.Ъ.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, но давление СО в системе

1 10 мм рт.ст.

Использование предлагаемого способа.позволяет снизить нижнюю границу определяемых содержаний до 10 710 мас.Ъ при навеске образцов 0,51 г. При анализе сорбционно-неактив- 45 ных материалов с помощью известной установки может быть установлена нижняя граница определяемых содержаний гаэообразующих примесей не ниже

10 мас. В. 50

Формула изобретения

Способ определения гаэообразующих примесей в сорбционно-активных матери- алах, включа:эщий напуск газа в экс-

Составитель

Редактор Л.Копецкая Техред M. Кош

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 3788/86 Тираж 907 Подписнсе

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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