Способ определения молекулярных примесей в тяжелых благородных газах

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сюеэ Советск иСоциалистичвскикРвснубпикщ 934346(22)Заявлено 02.07.79 (21) 2789114/18 с присоединением заявки М(23) Приоритет 5) 01 й 27/6 дарстеааыВ каетт СИР ен зфврете 53) УДК 543,274публиковано 07,06. 82 Дата опубликования оп ае юллетень М 21ния 07.06,82 рнтй А.Н.Старост 72) Авторы изобретени Р,ф. Пал.471) Заявитель Московский государственный университет(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХПРИМЕСЕЙ В ТЯЖЕЛЫХ БЛАГОРОДНЫХГАЗАХ, .заряд ле погде и Ее, М - концентрацияи масса ионов, позволяет посстроения градуировочных кривделить состав газовых смесейК недостаткам известногоследует отнести неопределеннлиза при исследовании газовковыми молекулярными весамимер, й и СО), поскольку час х опре способаость ана. с одина(напритота коИзобретение относится к аналитическому приборостроению, а точнеек способам газового анализа, и можетбыть использовано в физических и хи- .мических исследованиях, а также припроизводстве тяжелых благородных,5газов высокой чистоты,Известен способ анализа газов приатмосферном давлении, использующийиониэационные детекторы. Принцип ихдействия основан на зависимости элек отропроводности газовой смеси от еесостава 11.Недостатком способа является неполный охват области определяемыхкомпонентов, в особенности неорганических.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ определения молекулярных примесей в тяжелых благородных газах,начиная с аргона, заключающийся втом, что исследуемый гаэ пропускаютмежду электродами, к электродам пои-,кладывают постоянное напряжение, которое увеличивают до возникновения колебаний тока, измеряют частоту колебаний тока, по которой находят концентрацию примеси 21.Известный способ основан на явлении возникновения колебаний тока при протекании коронного разряда в газах, находящихся при давлении 1-25 мм рт.ст. в электрическом поле. Частота колебаний тока, определяемая ионной ленгмюровской частотой93 г 316 лебаний зависит от массы ионов. Кнедостаткам можно также отнести узкий диапазон рабоцего давления (125 мм рт,ст .), в результате чего прианализе газов, находящихся при большем давлении, необходимо применятьсложные системы напуска, содержащиевакуумные посты и натекатели. Крометого, использование самостоятельногоразряда приводит к диссоциации молекул, в результате чего исследуемаясмесь в процессе измерений меняетсвой состав,Цель изобретения - расширение об.ласти определяемых компонентов,Поставленная цель достигаетсятем, что в способе определения молекулярных примесей в.тяжелых благородных газах, начиная с аргона,заключающемся в том, цто исследуемый газ пропускают между электродами, к электродам прикладывают посто.янное напряжение, которое увеличивают до возникновения колебаний тока,измеряют цастоту колебаний тока, покоторой находят концентрацию примеси, перед началом определения газионизируют с помощью внешнего истоцника ионизации, увеличивая мощностьисточника ионизации, находят мощность, при которой в исследуемом газе возникает несамостоятепьный разряд с электронной проводимостью,а определение проводят при найденноймощности источника ионизации .В основе предлагаемого способа лежит физическое явление, которое заключается в том, цто зависимостьдрейфовой скорости Ч электронов всмесях молекулярных газов с аргономи другими тяжелыми благороднымигазами, обладающими минимумом Рамзауэре в транспортном сечении рассеяния электронов на атомах благородногогаза, носит немонотонный характер взависимости от параметра Е/М (Е - напряженность электрического поля, Мобщая плотность газа), Причина немонотонной зависимости дрейфовой скорости от Е/М связана с уменьшениемсредней энергии электронов из-за потерь на возбуждение колебательныхуровней энергии молекулярных добавок.В результате средняя энергия электронов совпадает с энергией, соответствующей минимуму Рамзауэра, иувеличение Е/М сопровождается резкимростом Мд . Дальнейшее увеличениеЕ/М в области между максимумами колебательного и электронного возбуждения приводит к росту упругого рассеяния и уменьшению скорости дрейфа.Возникающий таким образом падающийучасток в зависимости д от Е/М является причиной отрицательной вольтамперной характеристики, а это приводит, как установлено нашими экспериментами, к неустойчивости разряда3 О в подобных смесях. Неустойчивостьпроявляется в возникновении у катодадомена, движущегося к аноду со скоростью, равной дрейфовой скоростиэлектронов вне домена. Возникновение1 и движение доменов сопровождаетсяколебаниями тока с периодом Т=,Чдгде Е - расстояние между электрбдами,Глубина провала на зависимости Мдот Е/М уменьшается с ростом содержания в смеси молекулярного газа, ограничивая область применения предлагаемого способа. Например, при содержании СО более 10 зависимость превращается в монотонную, Для молекулярныхд добавок вплоть до - 103 периоднаблюдаемых колебаний тока дает возможность определить У, а используязависимость Ч (Е/М), и концентрациюмолекулярной примеси,Указанный эффект наблюдается притаком уровне электрических полей,при котором самостоятельный разряд вгазах не реализуется, Поэтому возникновение доменов и связанные с их дви 35жением колебания тока возможны припротекании в газе тока несамостоятельного разряда с электронной проводимостью.Такой разряд реализуется практически при любых давлениях (от долеймм рт,ст. до многих атмосфер), благодаря чему значительно упрощаетсясистема подачи газа в измерительныйприбор. Кроме того, поскольку при45несамостоятельном разряде электрические поля меньше уровня, необходимого для ионизации газа, разложениемолекул под действием электрического,поля практически отсутствует и состависследуемой смеси газов в процессеизмерений не меняется,Способ опробован экспериментально.Схема установки приведена на чертеже.Установка представляет собой газоразрядную камеру 1 с катодом 2 ианодом 3, через которую пропускаласьисследуемая смесь газов ч при атмосферном давлении, Газ ионизировалсяс помощью электронного пучка 5 с931346 6Формула изобретения Патент",ул, Проектная,филиал П г, Ужгор 5.энергией -100 кЭВ и плотностью тока 10-50 мкА/см . Напряжение плавно уве личивается до появления колебаний тока разряда, соответствующих участку вольт-амперной характеристики с отрицательной проводимостью. Экспери. менты проводятся в бинарных смесях аргона с СО, СО и М. Исследуются смеси, в которых процентное содержание молекулярных примесей составля О ет 1-23.Подтверждением чувствительности способа может служить следующий эксперимент. Нами обнаружены колебания в аргоне высокой чистоты, примеси в котором, согласно паспортным данным, составляют: кислород - не более 0,0005, азот - не более 0,0023,влага - 0,007 г/м, водород - 0,0014, у глеводороды - 0,0005, двуокись углерода " 0.,00013.Предлагаемый способ позволяет простыми средствами индентифицировать молекулярные примеси в тяжелых благородных газах при существенном упрощении системы подачи газа от исследуемого объекта к прибору. Внедрение его в Практику физического и химического исследования позволит увеличить чувствительность детектирования, рас- З 0 ширить круг определяемых веществ, а также увеличить арсенал средств газовой хроматографии. ВНИИПИ Заказ 392Тираж 887 Подписное Способ определения молекулярных примесей в тяжелых благородных газах, начиная с аргона, заключающийся в том, что исследуемый газ пропускают между электродами, к электродам-прикладывают постоянное напряжение, которое увеличивают до возникновения колебаний тока, измеряют частоту колебаний тока, по которой находят концентрацию примеси, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения области определяемых компонентов,. перед началом определения газ ионизируют с помощью внешнего источника ионизации, увеличивая мощность источника иониэации, находят мощность, при которой в исследуемом га- зе возникает несамостоятельный раэ" ряд с электронной проводимостью, а определение проводят при найденной мощности источника ионизации. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Джеффери П., Киппинг П. Анализ газов методами газовой хроматографии, И., "Мир", 1976, с.85,2. Патент США 8 3569825,кл. 73-23, опублик 1.969 (прототип)