Способ определения содержания водорода в газах

(51 вводимого в О, га от количеств БО Масс-спек н пособностью рехканально ы на ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт геологии рудных месторожцений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРОДА В ГАЗАХ Изобретение относится к способам определения содержания водорода в газах и может применяться при прецизионном измерении изотопного состава химических элементов, экспериментальных исследованиях и изучении физико- химических условий образования геологических объектов.Целью изобретения является определение содержания химически связанного водорода (входящего в химические соединения газов БО+БОН, СО+СОН, И+БН и др,) путем установления связи содержаний водорода и Р "О, шО,На фиг, 1 представлена схема массспектрометрической установки для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость " от количества М, иг. 3 - зависимость д1 01 Ю 27/62; Н 01 .1 49/2(57) Изобретение может использоваться при прецизионном измерении изотопного состава химических элементов, экспериментальных исследованиях и изучении физико-химических условий образования геологических объектов. Цель изобретения - определение химически связанного водорода в газах. Способ заключается в том, что исследуемый газ смешивают с кислородом в отношении от 1:20 до 1:10. Смесь вводят в источник ионов, масс-спектрометра, ионизируют и проводят контроль изотопного содержания 70 и О.Ю Сравнивая с истинным изотопным составом кислорода, судят о содержании водорода в исследуемом газе, 3 ил,ометр 1 с разрешающт 300 до 40000 снабжнапускной системой и двухщелевым приемником ионов, Втрехканальной напускной системе калы 3 и 4 предназначены для введенигаза О, а канал 5 - исследуемогогаза БО или СО, или М , Каналынапускной системы соединяются смасс-спектрометром через натекател6-8. В качестве эталонного газа выран кислород вследствие малой рас 17пространенности изотопа Опцо(=2000), что обеспечивает ви О сокую чувствительность метода к водороду и, следовательно, точность иэме1499202 рения содержания водорода в газах"примесях и малого содержания связанного водорода в кислороде па сравнению с 01, С 01, 80 и другими газами(фиг. 2). Способ осуществляют следующим образом. и 1 с иччО иОГГГ1000 Хоо- и фр "О+и "О Н и фр фри 01 )-( ио, )1фО ч 0ии 101 1000 Хо)о,Величины Ф "О и Уч 0 определяются 30 янного тока при регистрации соответчерез напряжения на усилителях посто- ствующих пиков как 7 О цО+7 о 01 Н Ч 0 чдО ч 1 цо, ичоо,Ч 1 чО О 7 мО.Откуда 7Ч о О Н 1 ОЭталонный газ О (чистый) вводится в каналы 3 и 4 напускной системы, и записывается иэотопный сдвиг кислорода, т.е. "прямая" или нулевая линця, которая при строго одинаковых параметрах каналов 3 и 4 напускной системы равна нулю: В масс-спектрометр вводится такоеколичество кислорода, котороена масе 32( ф 0). вызывает напряжениеЧОоа 10,0 В,и оно приравнивается к100 Х, а Ч 01 Н.или Ч 01 Н 1 к ХХ, отчч 010 чч О чаОи чо 01 ч иоОЗатем в третий канал 5 напускной системы вводится исследуемый газ, например 80 . Смеоь газов 801+0 1 вводится в масс-спектрометр для измерения изотопного состава 0 оО. При наличии в газе 801 соединений 30 Н происходит перераспределение водорода между 80 и 01. Соединение кислорода с водородом ( о 01 Н) накладывается на изотопный пик чО 10 в результате чего вызывается смещение величин / 10, д"О в сторону обогащения тяжелым изотопом;.. х и,и.-- . х и,и,.ЧмО Н 100 Ж вЧ 01Ч 1 о 01 Н 1 10037 фОП р и м е р. Определение количества связанного водорода в газе 801.В каналы 3 и 4 напускной системы масс-спектрометра вводится строго одинаковое количество газа 0, которое вызывает напряжение в регистри- . рующей системе масс-спектрометра 7101 10 В, и записываются 1110 и Р"О, значения которых должны быть равны О. Затем в канал 5 вводится5 149двуокись серы, содержание которойсоставляет 103 от ОВ т.е, Чэ 1 В.Такое содержание серы обусловлено выбором линейного участка изменения/0 и 422 "0 от количества вводимогов О газа,80 я (фиг. 3), По величинеизменения сР"О, равной 2503, определяется количество водорода, присоедиф лонившегося к О В как Ч ОЫ ОООЙО ффОФ 10 Чфое 250210002 с 2000 10002 еа3 нВ что составляет,дх 2000 В которое устанавливается исходя из реальных показателеймасс-спектрометра.Наряду с образованием 2001 Н происходит образование и ОН, ко 4личество водорода в этих соединенияхопределяется аналогично, т.е.71 фО Н -ЧфОфО 10003 1 ОООХо7 0400, Величина 1100 при этих измерениях равна +1 ООХр, а отношениеЧ 0мН. д- : 400. Следовательно, Ч ОеНщиВО2,5 нВ, что состав 1 ООХо 10000 мВ10007 о 400ляет ОВ 25 Х от 80.При допущении равновероятного распределения водорода между 80 а и О,в. 80 также содержится водород, который можно вычислить из соотношения,70 Е ЧНВО780 дЧЫ 80 как . ав й=70 а 1000 мВ"3 8 мВ7 О ф10000 мвщ 0,4 мВ, что составляет 00043 от 80,Таким образом, в 80содержит 1ся ОВ 42 Х водорода.Уровень распределения водородамежду молекулами можно определитьпутем калибровки по эталонным образцам;Для проверки правильности определения связанного водорода в газах попредлагаемому способу в стекляннуюампулу с чистым рением после длительной откачки ее на высокий вакуум 9202 6(О тор) с,высокотемпературным прогревом (600-700 С) вводится тот жегаэ 80и то же количество газа 5(7802, 1000 мВ), что и в примере,т.е. 103 от количества 0. Затем ампула запаивается и на нее подаетсявысоковольтное импульсное напряжениев течение 10 мин. Далее ампула помещается в масс-спектрометр. Результаты исследований показывают, чтопри полном разложении 8 ОЫ на 8.20и НЙ по величине пика водорода (5 мВ)и количеству вводимого в ампулу газаО 000 мВ) определяется процентноесодержание водорода в 80, котороеравно 0,53 В что согласуется с результатами измерений в примере.Предлагаемый способ позволяет бо лее точно определить физико-химические условия образования исследуемыхминералов по закономерностям фракционирования изотопов, так как наличиев исследуемых газах связанного водо рода приводит к искажению закономерностей фракционирования изотопов,получить более точную информацию обокислительно-восстановительных реакциях в экспериментах и при изучении 30 месторожденийВ так как позволяетконтролировать перемещение водородав минералах и газах, а также болееэффективно определить геохимнческиебарьеры, на которых происходит отло жение драгоценных металлов (золотасеребра, платины и др.) и другихполезных ископаемых. формула изобретения40 Способ определения содержания водорода в газах, включающий ионизациюгаза и последующий масс-спектрометрический анализ, о т л и ч а ю - 45 щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностейпутем определения химически связанного водорода, перед ионизацией исследуемый газ смешивают с кислородом с 50 предварительно измеренным изотопнымсоставом в соотношении 1:20-1:10,измеряют концентрации изотопов кислорода О и О в смеси, по величиане изменения которых относительно 55 чистого кислорода судят о содержанииводорода в исследуемом газе.1499202 Составитель В. КащееРедактор И, Горная Техред М.Моргентал Шекм рек и Гагарина, 10 ательский комбинат "Патент", г. Ужгород Производствен каз 7819 Тираж 789НИИПИ Государственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш еииям икая наб ое ткрытиям при ГКНТ СССР д. 4/5