Реактор для исследований по газо-фазной кинетике

ЖЪ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 170879 (21) 281645 3/18-25 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 537. 56 Дата опубликования описания 30,06,81(71) Заявители Ереванский политехнический институт им. К. Маркса и Институт химической Физики АН Армянской ССР(54) РЕАКГОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ГАЗОФАЗНОИ КИ)ЕТИКЕ, ,"1,ЕН"клчРг ,1 2 Изобретение относится к областихимической Физики и предназначенодля определения констант скоростейэлементарных химических реакций сучастием активных частиц атомов,радикалов и возбужденных частиц), иможет найти применение в научныхисследованиях по газофаэной кинетике.10Известны приборы для определенияконстанты скорости элементарных химических реакций с применением массспектрометрических анализаторов, вкоторых используют проточный реакторсо смешением реагентов в области 15непосредственно перед напускным конусом, отбиракщимисследуемый образец вмасс-спектрометр. В качестве реагентов в этих устройствах используютнейтральные молекулы и активные атомы, получаемые в высокочастотном разряде Щ ,Основным недостатком таких известных приборов является то, что в них 25 не учитывают вклад, вносиьой поверхностными эффектами, а также сравни.тельно малый диапазон иэмеряемтх констант скоростей реакций, который лимитируется условиями проведения 30 эксперимента, не учитывающими явление диФФузии.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является реактор для исследований по гаэофазной кинетике, содержащий расположенные в корпусе резонатор, трубку, в которой размечен капилляр, и напускной конус 2 .Сильно разбавленные гелием атонии попадают по трубке в область протекания реакции, а по узкому подвижному капилляру подают другой реагент - нейтральные молекулы, также разбавленные гелием, В известном приборе у кончика капилляра образуется диффузионное облако реагирующих веществ, которое зондируют путем относительного перемещения напускного конуса по диффузионному облаку.Константу скорости в известном приборе определяют по формуле где коэфФициент Ьи коэффициент диффузии Оьгаза, подаваемого иэ капилляра в газе, подаваемом по широкой трубке, определяют по наклону экспериментально получен-ных прямых,Ч - линейная скорость потока реагентов в реакторе, см/сфА - абсолютная концентрация активных атомов, находящихсяв трубке, которая на этомприборе должна поддерживаться постоянной, моп/сиОпределение константы скорости на известном приборе процесс весьма трудоемкий, так как необходимо предварительно получить две графическиеМ 7 Ю=Ио /3 ф:Г Ск),В, Я и 1 В - концентрация молекул, подаваемых через подвижный капилляр беэ реакции(В), с реакцией (ГВ 3) и на бесконечности беэ реакции ЯО) в зависимости от координаты зондируемой точки диффузионного обла ка х.Вычислив угловые коэффициенты этих прямых, получают значения постоянных , и О, после чего исследователю йа известном приборе еще следует определить абсолютную концентрацию атомов А, подаваемых по широкой части трубки, поддерживая ее постоянной.Определение точного абсолютного значения активных атомов 1 А трудоемко, так как требует проведения калибровки и т.д, Таким образом, известное устройство не обладает достаточной точностью, а процесс измерения на нем сложен.Цель изобретения - повышение точности измерения константы скорости реакции.Поставленная цель достигается за счет того, что в реакторе для исследований по газофазной кинетике, содержащем расположенные в корпусе резо-. натор, трубку, в которой размещен капилляр, и напускной конус, резонатор установлен в трубке с возможностью перемещения вдоль ее оси и жестко скреплен с проходящим через него капилляром, конец которого выведен из резонатора.На чертеже представлена схема реактора.Реактор содержит размещенные в корпусе коаксиальный четвертьволновый резонатор 1 с внутренним 2 и внешним 3 проводниками коаксиальной линии. Внутри резонатора проходит капилляр 4, который жестко скреп" лен с резонатором и конец которого выведен иэ резонатора. Резонатор установлен в трубке 5 с возможностью перемещения вдоль ее оси, Капилляр 4 расположен на некотором расстоянии х от напускного конуса б, В конце капил ляра расположено диффузионное облако 7.35 Реактор работает следующим образом.Разряд, осуществляемый между внутренним 2 и внешним 3 электродами коаксиального четвертьволнового резонатора 1, приводит к образованию активных атомов и воэбужценных молекул вкварцевом капилляре 4, через которыйподается гаэ, Так как область электрического поля экранируется от остальнойчасти реактора, то разряд горит лишьв капилляре, кончик которого выходитиэ области действия электрическогополя резонатора, и так как разрядпо длине простирается до кончика капилляра, то и образование активных 15 атомов и возбужденных частиц происходит непосредственно перед диффузионным облаком 7 - областью смешения смолекулярным реагентом, подаваемымпо трубке 5. Концентрация подаваемых 20 по трубке 5 молекулярных. реагентовберется с избытком и она остается постоянной в течение измерения константы.В этих условиях константа скоростиэлементарной химической реакции опре деляется обычной сравнительной простой формулойА Щ хК=фгде - относительное изменениеконцентрации акти в ных ча сд 1тиц. А, подаваемых черезкапилляр,ГВ - абсолютная концентрациянейтральных частиц, подаваемых по трубке 5 реактора частиц/см7 - линейная скорость потока,см/с,Х - расстояние между концомкапилляра и отверстием в 40 напускной конус, см(при х меньше л,И ПОх 0,1 см, где к - радиусширокой трубки).Повышение точности измеренной Кон станты обеспечивается тем, что в устройстве константа скорости элементарного химического акта определяется по непосредственно измеряемомуотносительному изменению концентрацииактивных частиц, т.е. нет необходимости измерять их абсолютную концентрацию. Точность измерений повышаетсятакже вследствие значительного сокращения времени измерения одной константы, так как в предлагаемом устрой- И стве отпадает необходимость в снятиидвух экспериментальных зависимостейдля определения коэффициента , .уменьшение времени измерения позволяет повысить точность измерений, так до как уменьшаются значения Флуктуацийпараметров система. Не 1 необходимости и во введении калибровочного газаи газа-разбавителя в реактор и раэ"84255 1 по составу системе, что исключает возможные побочные нежелательные эффекты, вносите добавками и приводит к экономии этих газов. На предлагаемой установке .константаопределяется по зависимости интенсивности пикамасс-спектра именно данной активной частицы (например, атомов, поступакщих из реактора), поэтому присутствие примесей и других активных частиц, поступающих по капилляру иэ разряда, не влияет на точность измерения и, .следовательно, требуется лишь обеспечить необходимую чистоту нейтрального газа, подаваемого по широкой трубке. Определение координаты х и линейной скорости Ч в обоих 15 случаях производится аналогичным образом.Реактор позволяет также в значительной мере упростить процесс измерения константы скорости. 20Особенностью предлагаемого реактора является также то, что он позволяет изучать реакции с участием возбужденных частиц, поступакших из разрядника, прямым способом по зависимости соотнсшений ЬГАф/А")от расстояния хконца капилляра от отверстия напускного конуса, где А"1 - концентрация возбужденных частиц атомов и молекул).Кроме того, при общих давлениях в капилляре 10 - 10 мм рт.ст. реактор может работать без разбавления инертным газом. формула изобретения Реактор для исследований по гаэофазной кинетике, содержащий расположенные в корпусе резонатор, трубку,в которой размещен капилляр, и напускной конус, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, резонатор установленв трубке с воэможностью перемещениявдоль ее оси и жестко скреплен спроходящим через него капилляром,конец которого выведен из резонатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Прикладная масс-спектрометрия.Под ред К.И. Зиминой и др. Гостоптехиэдат 1958, с. 116.2. Проблемы кинетики элементарныххимических реакций. Под ред. С.З.Рогинского. М фнаука", 1973,с. 13