Способ определения кислорода в твердых веществах

.М.Кирова А,Ю, Куркин,1 летнев рикладной103-108. А. Ж. п1980, скин Л.Яние газов в1976, с. 344кин А,И, Ф,Т906-908,з етение относится к изик е анализа и м ля контроля ким метод пользован химиче бить и чистых ер на осатериало оптическ л таллов фторидов металлов (ЦЗГ 1) ов к земельны Нел ствител способя - повышение спроизвопимос изобретености и об заключается в том, чт ении содержания кислород приво опреде ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт химии Уления АН СССР и Уралческий институт им.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИ 51 КИСЛОРОДАВ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВАХ(57) Изобретение относится к физикохимическим методам анализа и можетбить использойано для контролясверх 2чистых оптических материалов.на осно; ве монокристаллов фторидов щелочно- земельных металлов (ПЗМ). Цель изоб ретения - повышение чувствительности и воспроизводимости способа определения кислорода в ЩЗМ. При растворении кислорода н гроцессе роста кристаллов фторидов ЗМ образуется равноейколичество ионов О и зарядокомпенсирующих анионных вакансий, Растворение гелия в монокристаллах фторидов ЩЗМ в интервале температур 600-700 С происходит по этим вакансиям. Таким образом, насыщение образца гелия, последующее нагревание образца в камере масс-спектрометра и определение выделившегося гелия позволяет определить содержание кислорода в кристаллах фторидов ЩЗМ. Способ позволяет повысить на три порядка чувствительность при определении кислорода и улучшить в 2-3 раза воспроизводимость результатов анализа,фторидах щелочно-земельных металлов образец выдерживают в атмосфере гелия при давлении (1,5-2,5) 10 Па, температуре 600-700 С в течение 0,5-5 ч, охлаждают со скоростью 90-110 С/мин до комнатной температуры, нагревают до 1000-1100 С и регистрируют выделившийся гелий масс-спектрометрическим методом, а но его количеству судят о содержании кислорода в образце.Сущность способа закл-чается в том, что при растворении кислорода1610519 3в процессе роста монокристаллов Аторидов ЩЗМ образуется равное количест 2 во ионов О и зарядокомпенсирующих Внионных вакансий, поэтому для определения содержания кислорода достаточно определить концентрацию этих вакансий. Растворение гелия в мойокристал,пах фторидов ЩЗМ в интервале темпераоур 600-700 С происходит по кислород 10 Вым зарядокомпенсирующим анионным Вакансиям и описывается уравнением Сч АрНе 1+Ар где СНе С Чи р А лгде12 30 Как видно из Аормулы (1) при некоТорых значениях давления СН -- СВыбор газа-гелия обусловлен следующим. Из-за инертности и небольших размеров атомов гелия обеспечивается высокая скорость и обратимость процессов диААузии в исследуемых материалах. Кроме того, из-за отсутствия аппаратурного Аона по гелию достигается большая по сравнении с оптическим методом чувствительность по оп-. ределению кислорода в исследуемых материалах, Выбранный температурный диапазон 600-700 С обеспечивает растворение гелия в примесных кислородных 45 вакансиях. При меньшей температуре насыщения растворение происходит в дислокационных, а при большей - в собственных термических вакансиях что снижает достоверность результатов. Диапазон давлений (1,5-2,5) 10 Па обеспечивает полное заполнение примесних вакансий. При понижении давления происходит неполное заполнение., а при повышении - дополнительное растворение в структурных вакансиях. Вре 55 мя насыщения 0,5-5 ч определяют по известной Аормуле (2) из условия обеспечения равновесия Последующее охбсн = (р)Ер + р(т)Бт + Ы%;40НеСР-Игде Г(р) = В(1 - еР)50 концентрация растворившегося гелия;концентрация вакансий;давление гелия;численный параметр. Время насыщения образца гелием можно определить, используя известную Аормулу1ю(2иди время насьшения;характерный минимальный размер образца;коэААициент дифАузии гелия. 4лаждение проводится со скоростью 90- 110 О/мин, При меньших скоростях происходит преждевременная дегазация образцов, что сказывается на результатах измерений, а при больших - разрушение образцов, Нагревание до 1000 о1100 Г проводят для полного выделения предварительно растворенного гелия. При нагреве до температур ниже 1100 С происходит неполная дегазация, а при температурах выше 1100 Г - разрушение образца.Способ осуществляют следующим образом.Монокристалл Аторида ЩЗМ загружают в никелевую ячейку и откачивают воздух до остаточного давления (10 10 ) Па, затем отсекают от вакуумнораспределительной системы и заполняют гелием до давления (1,5-2,5) 10 Па, далее ячейку нагревают до 600-700 С в течение 0,5-0,5 ч, а затем охлаждают со скоростью 90-110 /мин и ваку- умно перегружают в измерительную камеру, соединенную с масс-спектрометром. Измерительную камеру нагревают до 1000-1100 С и регистрируют на масс-спектрометре общее количество выделившегося гелия, а по его количеству судят о содержании кислорода в образце.Погрешность измерений определяется типом используемого масс-спектрометра и проводимой на нем калибровкой, а также теоретической погрешностью метода, рассчитанной по форму- ламф.гл1,5 10 б Пар С 2,5 10 Паа(т) = С(1 - е Г600 ст ( 700 с;Ь(1) = 21 + 6 р,П р и м е р, Берут монокристалл СаР размером (0,1 х 0,04 х 0,04) ем и загружают в ячейку из никеля, подсоединенную к вакуумно-распределительной системе. Ячейку откачива- сют до 10 Па и заполняют гелием до давления 2,5 10 Па. Нагревают добтемпературы 600 С и выдерживают 0,5 ч. Далее ячейку с монокристаллом охлаждают со скоростью 90 С/мино1610519 Формула изобретения 10 Составитель В. КудрявцевТехред М.Ходанич Корректор С. ШевкунЮ Редактор М. Петрова Заказ 3741 Тираж 405 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 до комнатной температуры и вакуумно перегружают в измерительную камеру, подсоединенную к масс-спектрометру. Нагревают до 1000 С и регистрируют количество выделившегося гелия до полного его удаления из монокристал-. ла, Это количество составляет 3 10 атм/см , что равно содержаниюз,кислорода в образце. Систематическая ошибка составляет 127.Предлагаемый способ позволяет повысить на три порядка чувствительность при определении содержания кислорода в монокристаллах фторидов ЩЗМ (10" атм/смз ), улучшить воспроизводимость результатов в 2-3 раза, устранить необходимость использования сложного и дорогостоящего оборудования, работающего в области вакуумного 20 ультрафиолета. Способ определения кислородав твердых веществах, по которомуобразец помещают в ,вакуумную камеру, нагревают и анализируют выделившийся газ масс-спектрометрическимметодом, о т л й ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения чувствительности и воспроизводимости способапри анализе фторидов щелочно-земельных металлов, образец выдерживают ватмосфере гелия при давлении (1,52,5)10 Па температуре 600-700 Св течение 0,5-5 ч, охлаждают со скоростью 90-110 /мин до комнатной температуры, нагревают до 1000-1100 Си регистрируют выделившийся гелий,а по его количеству судят о содержании кислорода в образце.,