Способ определения газообразующихпримесей b сорбционно активных mate-риалах

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11830190(5)М. Кл.э с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -С 01 й 7/16С 01 й 27/62 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения И.Л.Агафонов и А.И.Кузьмичев Научно-исследовательский институт химии .,:при Горьковском ордена Трудового Красного Знаменигосударственном университете им. Н.И.Лобачевского д 1 Заявитель(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ В СОРБЦИОННО-АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛАХ10 Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в масс-спектрометрическом анализегазообраэующих примесей, присутствующих в легкоплавких непроводящих материалах особой чистоты.Известны масс-спектрометрическиеметоды определения газообразующихпримесей путем ионизации веществвходящих в состав образца, вакуумнойискрой или импульсным лазерным излучением, При применении масс-спектрометра с искровым ионным источникомпределы обнаружения составляют,мас.Ъ: азота в железном образце 1 10 -15110углерода в бериллии 710 т,азота и кислорода в графите 6 10;,водорода в меди 110 4 и 810 в бе-,риллии 1),Определение гаэообразующих нримесей на масс-спектрометрах с лазернымионным источником в ряде случаев Можетбыть проведено на уровне 5 10 мас.В21 .Указанные методы требуют применения сложного, дорогостоящего оборудования. Кроме того, с их помощью возможен только элементный анализ, тогда как для практических целей (например, при определении "красящихи 30 примесей в материалах, прозрачныхдля инфракрасного излучения) полезнознать молекулярный состав примесей.Более распространены методы определения газообразующих примесей путемвыделения их при плавлении образцови анализа примесей чувствительнымимасс-спектральными газоанализаторами.Основным источником погрешностей приусловии полного выделения примесей изобразца является поглощение примесейна стенках аппаратуры при транспортировке последних в анализирующееустройство. Поглощение летучих примесей стенками аппаратуры может происходить как путем химического связывания примесей, так и за счет обратимой (физической) адсорбции. Прианализе 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, велика,Наиболее близким по существеннымпризнакам к изобретению является способ определения газов в сорбционноактивных металлах и сплавах, заклю"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 г 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 адсорбдии 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 510- 1 10 мм рт.ст. Масс- спектр 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 где Рсо и рп - парциальные давленияСО и примесей в системе;0 и 0, - теплоты адсорбции этихСовеществ,Анализ проводят следующим образом.Перед плавлением образцов в систему напускают углекислый газ придавлении 510 - 10 мм рт.ст., чтообеспечивает выполнение условия 11)практически для любого числа примесей и . Максимальный эффект достигается при давлении СО в системе5 10 мм рт.ст. Дальйейшее увеличение давления СО,2 не приводит к понижению нижней границы определяемых со 15 держаний примесей при анализе. Применение давления СО выше 10 мм рт.ст.при анализе нецелесообразно, поскольку парциальное давление примеси вСО может быть при этом сравнимо спарциальными давлениями определяемыхвеществ, что вызывает искажение результатов анализа. Примеси в углекислом газе не мешают проведениюанализа, если их содержание не превышает 10 , Достаточно чистый СОполучают разложением чистого йаНСОЗи осушкой выделяющегося газа. Выделение примесей проводят плавлениемобразцов в вакууме излучением инфракрасного лазера на СО мощностью30 Вт. Выделенные газы расширяют внапускной объем масс-спектрометраМХ, на котором их анализируют.Время облучения образца не более30 с.35Проведена экспериментальная проверка понижения нижней границы определяемых содержаний сорбирующихсявеществ на масс-спектрометре. Получены зависимости ионных токов от ко 40 личества вводнмых веществ в вакууми-рованную систему напуска и систему,содержащую СО. В присутствии СОпри давлении 5 10 Змм рт.ст. высотапика 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 нижнейграницы определяемыхсодержаний. Те же результаты поучены при добавлении в систему СО дпри,давлении 1 10-мм рт,ст. Понижениеграницы может быть существенным толь"ко при определении микроколичестввеществ и может быть достигнуто тольо в том случае, если давление фоновых газов не превышает 10-мм рт.ст,и не происходит значительной хемосорбции примесей в системе. Первоеусловие определяет выбор способа нагрева образца и, видимо, ограничи",60 вает температуру плавления образцоввеличиной 1000-1200 С. Второе условие ограничивает применение, способаанаЛизом образцов, возгоны которыхне являются сорбционно-активными. Кб 5 таким относятся образцы большинства(1 10 110 910 9 ф 10 8 10 510 3 10 ; 10-8 210 7 2,1091 78 76 50 910 60 С 05 4"10 углеводородыС -С в сумме 43,41 210 710 310 110 32 02 1101 2 ф 10 28 СН 4 15 тракционную печь, вакуум-плавлениеобразца, экстракцию определяемыхпримесей и последующий их анализ намасс-спектрометре, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения сверхмалыхколичеств газообразных примесей всорбционно-активных, а также сорбционно-неактивных материалах, в экстракционную печь вводят углекислыйгаз с парциальным давлением 510" -110 фмм рт.ст.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Масс-спектрометрический методопределения следов элементов. Сборник. М., фМир", 1975, с.374.2. Сысоев А.А., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М., Атомиздат, 1977, с.230.3. Авторское свидетельство СССРУ 587365, кл. 6 01 й 7/16,6 01 й 33/20, 1978.А,Жаворонковтура Корректор А.Гриценко Формула изобретения Способ определения гаэообразующих примесей в сорбционно-активных материалах, включа:щий напуск газа в эксСоставитель Редактор Л.Копецкая Техред М. КошЗаказ 3788/86 Тираж 907 Подписнсе ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, Ул, Проектная, 4 непроводящих материалов, а также олова, свинца и серебра.П р и м е р 1. Определяют количество летучих веществ, выделенных иэ образцов Аз 5 е 3 и Аз 59. В систему напускают углекислый газ при давлении 510 мм рт.ст, Выделение примесей проводят плавлением образцсв в вакууме излучением инфракрасного лазера на СО мощностью 30 Вт. Иэ таблицы видно, что нижняя граница определяемых содержаний составляет 10 7 - 10 8 мас.Ъ.П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, но давление СО в системе40 1 10 мм рт.ст.Использование предлагаемого способа.позволяет снизить нижнюю границу определяемых содержаний до 10-7 - 10 мас.Ъ при навеске образцов 0,5- 1 г. При анализе сорбционно-неактив ных материалов с помощью известной установки может быть установлена нижняя граница определяемых содержаний гаэообразующих примесей не ниже 10 мас.В. 50 Время облучения образца 30 с. Выделенные газы, в том числе и образующиеся в результате химических реакций при плавлении образца, расширяютв напускной объем масс-спектрометраМХ, на котором проводят их анализ. Масса образца Аь 59 0,75 г,Аь 5 еэ 0,39 г. Результаты анализаобразцов Аь 5 е и Аз 5 9 приведены втаблице.