Способ хранения проб и устройство для его осуществления

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБ ХРАНЕНИЯ ПРОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к хранениюпроб веществ, преимущественно, высокоактивных, Целью изобретения является сохранение чистоты и постоянства составаповерхности пробы при длительном хранении, Предназначенную для хранения пробу(П) отбирают в криостате с криогенной инертной жидкостью (КИЖ). Затем чистую П выталкивают на дно криостата или Изобретение относится в основном, к области металлургии и может использоваться при хранении проб веществ, преимущественно, высокоактивных, в лабораторной и научно-исследовательской практике: при изготовлении образцов для анализа, хранении и транспортировке проб химически ак-тивных к внешней среде материалов - щелочных и щелочноземельных металлов, сплавов, высокодисперсных веществ (например, пирофоров), биологически активных лекарственных веществ, тонких напыленных слоев в микроэлектронике, акпредварительно намороженную из КИЖ подложку и вмораживают в объем КИЖ. Хранят полученный слиток льда с П при температуре ниже температуры замерзания КИЖ.Замораживание производится через тепло- провод в дне криостата. Охлаждение теплопровода, который выполняется как плоским, так и Т-образного сечения, производится заливкой во внешний охладитель криожидкости с температурой кипения меньшей, чем температура замерзания КИЖ, Аналогичной криожидкостью заливается крышка криостата, выполненная, подобно последнему, в виде криостата с теплопроводящим дном, Дно крышки может находиться ниже верхних кромок основного криостата. Внешний охладитель выполнен в виде трубки-хладо- Я провода или внешнего криостата; причем последний может использоваться для хранения полностью погруженного в криожидкость основного криостата с П, вмороженной в слиток льда из КИЖ. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл, 1 ил. тивных газов (например, фтора), высокогигСдроскопичных веществ, материалов с высокой чистотой обработки поверхности и т,п,Известны способы хранения и транс"портировки активных веществ, например вкеросине, под слоем масла, в жидком азоте,ъв среде инертного газа, в откаченных ампулах и т,д,Также известен способ хранения летучих веществ, включающий загрузку вещества в контейнер, герметизацию контейнера,замораживание вещества и выдерживаниеего в этом состоянии при температуре ниже5 10 20 25 30 35 40 50 температуры плавления вещества, причем сразу после его замораживания, с целью уменьшения загрязнения, размораживают слой вещества, непосредственно прилегающий к стенкам контейнера; и удаляют полученную жидкость из контейнера.В этом решении загрязненный примесями жидкий внешний слой пробы, стекающий по стенкам и замороженной пробе, уменьшает количество загрязнений, но не исключает его полностью, так как поверхность пробы находится в контакте с "грязной" жидкостью, Однако это не устраняет контактов пробы с воздухом, парами воды и т.д., что недопустимо, и, кроме того, приводит к потерям вещества,К недостаткам способа можно отнести и то, что и при хранении проба (вещество) касается внутренних стенок контейнера, что неизбежно приводит к поверхностным загрязнениям,Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому решению являются способ отбора пробы продавливанием охлаждаемого криогенной инертной жидкостью (КИЖ) инструмента через слиток, находя щийся в КИЖ, с последующим отрезанием торцевых частей образца, и устройство для его осуществления,. включающее криостат и расположенный над ним пробоотборник.Однако известное решение не позволяет полностью защитить поверхность пробы от загрязнений при контакте с окружающим пространством, особенно при длительном хранении и транспортировке, При длительных манипуляциях с охлажденным до криогенной температуры образцом на его поверхности образуется тончайший слой (до сотен микрон) намораживаемых газов (углекислого газа, воды и т,п,), который при размораживании может успеть прореагировать с поверхностью пробы, Поэтому в дальнейшем перед ее использованием потребуются дополнительные операции по очистке: сушка, механическая обработка или ионная бомбардировка поверхности, При хранении же и транспортировке пробы в криогенной жидкости неизбежно попадание замороженных паров воды и газов в контейнер и намерэание их на пробу с последующим загрязнением поверхностных слоев из-за диффузии.Криостат известного устройства не позволяет изолировать поверхность пробы, находящейся в КИЖ продолжительное время, от намерзания постоянно конденсирующихся из окружающей атмосферы газов, в т.ч. паров воды, которые, опускаясь в виде твердых хлопьев, через определенное время намораживаются сплошным слоем на внутренней поверхности криостата и на пробе, В силу указанных причин устройство не применяется при длительных манипуляциях с образцом и для хранения проб,Целью изобретения является устранение указанных недостатков, сохранение чистоты и постоянства состава поверхности пробы в процессе хранения,Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем формирование пробы в криостате с КИЖ пробоотборником, охлажденным до криогенной температуры, выталкивание образца в КИЖ, после выталкивания пробу вмораживают в КИЖ, а хранение пробы с оболочкой из "инертного льда" осуществляют при температуре ниже температуры замерзания КИЖ, причем перед выталкиванием пробы, с целью предотвращения контакта последней с внутренней поверхностью криостата, на дне последнего предварительно намораживается подложка из КИЖ.Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве, включающем охлаждаемый до криогенной температуры пробоотборник и криостат с крышкой, в основании криостата расположен тепло- провод, а снаружи криостата охладитель последнего, при этом с целью улучшения выполнения функции охлаждения тепло- провод выполнен Т-образного сечения с выходящим за пределы криостата вертикальным элементом, а внешний охладитель выполнен либо в виде трубчатого хладопровода, выходное отверстие которого расположено непосредственно под теплопроводом либо в виде дополнительного криостата, причем для ускорения замораживания верхнего слоя КИЖ и предотвращения попадания примесей в объем криостата крышка последнего, в свою очередь, выполнена в виде криостата с теплопроводящим дном, последнее может располагаться ниже верхних кромок криостата с пробой Использование конкретных КИЖ диктует выбор хладагента, которым будет эамораживаться данная КИЖ с пробой: температура кипения хладагента должна быть ниже температуры замерзания КИЖ, Например, в качестве КИЖ можноиспользовать жидкие аргон, криптон, ксенон, тогда в качестве хладагента, заливаемого во внешний криостат или во внешний хладопровод, можно использовать жидкий азот,кислород, водород, гелий, неон, Если же в качестве КИЖ использовать, например, азот, то его замораживание во внутреннем криостате следует производить жидким гелием, неоном или водородом,Необходимые данные о температурахкипения (Ткдп) и замерзания (Тлл) криоген-ных жидкостей приведены в таблице.Предлагаемое для реализации способаустройство показано в разрезе на чертеже.Устройство состоит из криостата 1, который накрывается герметичной крышкой 2,выполненной, в свою очередь, тоже в видекриостата, дно которого представляет собой теплопровод в виде металлической пластины 3, Возможность герметизацииобъема криостата 1 обеспечивается тефлоновыми прокладками 4, прижимающимисяпо всему периметру крышкой 2. В дне криостата 1 располагается металлический теплопровод 5 Т-образного сечения, причемего вертикальный элемент расположен непосредственно над выходным отверстиемхладопровода б или над дополнительнымкриостатом 7,Предложение реализуется следующимобразом. В основной криостат 1 заливаютКИЖ 8. Затем криогенной жидкостью 9 (стемпературой кипения, меньшей темпера-.туры плавления КИЖ 8), заливаемой в хладопровод 8, омывают металлическийтеплопровод 5, намораживая тем самым надне криостата 1 (вокруг теплопровода 5)"инертный лед" 10 из КИЖ, Намораживаниельда может также производиться заливкойсоответствующей криогенной жидкости вкриостат 7 до уровня теплопровода 5. Наобразованную таким путем подложку изльда 10 выталкивают отобранную пробоотборником 11 пробу 12, После этого криостат1 закрывают крышкой 2, в полость которойзаливают хладагент 9, и в результате чегонекоторое время весь объем КИЖ 8, окружающий порбу 12, замерзает, вмораживая ее всебя, при этом в процессе замораживанияпробы 12 последняя соприкасается только сжидкой и твердой КИЖ,При соприкосновения теплопровода 3крышки 2 с поверхностью КИЖ 8 последняямгновенно замораживается, защищая пробу 12 сверху. После полного замораживаниясодержимого криостата 1 последний герметизируют крышкой 2(стягивающие винты непоказаны) и хранят в условиях, обеспечивающих охлаждение теплопроводов 3 и 5 криогенной жидкостью 9, в частности,погружают криостат 1 с крышкой 2 полностью в заполненный криогенной жидкостью9 криостат 7,Как указано выше, определяющим в выборе криожидкостей является то, что температура кипения криожидкости 9 (необязательно инертной, например, кислорода) должна быть ниже температуры замерзания КИЖ 8, В случае необходимостиизвлечения пробы 12 "инертный лед" 10 с вмороженным образцом переносят в предназначенное для этого устройство, например в откачиваемый объем, ставят на соответствующую подложку и равномерно нагревают со всех сторон, например, путем освещения сильным источником света, в результате чего верхние слои льда с загрязнениями, образовавшимися в процессе хранения или транспортировки, испаряются раньше, чем внутренние слои, что предотвращает контакт пробы со способными загрязнить ее поверхность веществами.Предложение поясняется следующими примерами, подтверждающими достижи 51015 мость цели изобретения.П р и м е р 1, Микроканальная пластина видикона после оже-анализа поверхности помещена на дно криостата, заполненного жидким аргоном, и вморожена в последний, причем теплопроводы крышки и криостата охлаждались жидким азотом. Полное замораживание содержимого криостата произошло через 20-30 с. После хранения полученного слитка льда в погруженном в 20 25 жидкий азот криостате в течение 3 мес, образец вышеупомянутой пластины видикона, размороженный в вакуумной камере, сохранил тот же поверхностный состав, который был у него до консервации. 30 П р и м е р 2. Отобранная непосредственно в жидком аргоне проба металлического цезия была вытолкнута пробоотборником на предварительно намороженную жидким тного льда, т.к, необходимо защищать всю, в т.ч. и нижнюю поверхность пробы от ма- лейших загрязнений. Образец цезия был вморожен в течение 20-30 с и хранился в 40 течение 2 мес в закрытом криостате, погруженном в жидкий азот. После этого слиток льда с цезием был разморожен на подложке нагревателя, установленного непосредственно в камере оже-спектрометра, Анализ поверхности как в твердом, так и в жидком 45 состоянии, не выявил поверхностных загрязнений,Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает возможность надежной защиты в течение продолжительного времени 50 атомарно-чистых поверхностей различных веществ: щелочных и щелочноземельных металлов и их сплавов, высокоактивных природных и искусственных лекарственных препаратов, доз высокотоксичных и высокоактивных газов, например, фтора, высоко 55 дисперсных (в частности, пирофорных) порошков, изделий микроэлектроники, например мишеней видиконов, высокогигроскопичных веществ любого типа,35 азотом на теплопроводе подложку иэ инераказ 243 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро, ул,Гагарина, 101 поверхностей с высоким классом обработки, и т.д. Формула изобретения 1, Способ хранения проб, включающий помещение пробы в криогенную жидкость, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сохранения чистоты и постоянства состава поверхности проб при длительном хранении, пробу вмораживают в обьем криогенной жидкости и хранят в дальнейшем при температуре, меньшей температуры замерзания криогенной жидкости,2. Способ пои. 1, отли ча ющий с я тем, что пробу перед вмораживанием помещают на ледяную подложку из криогенной жидкости.3. Устройство для хранения проб, включающее криостат с крышкой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сохранения чистоты и постоянства состава поверхности пробы, криостат снабжен расположенными в основании его корпуса теплопроводом ивнешним охладителем последнего,4. Устройство по и, 3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что теплопровод выполнен Т-образ 5 ным в сечении и с выходящим за его пределы вертикальным элементом,5. Устройство по пп. 3 и 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что внешний охладитель выполнен в виде трубчатого хладопровода, вы 10 ходное отверстие которого расположенопод теплопроводом.6, Устройство по пп. 3 и 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что внешний охладитель выполнен в виде криостата,15 7. Устройство по пп. 3-6, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью ускорения вмораживания пробы, крышка выполнена в видекриостата с теплопроводящим дном,8,Устройствопоп.7,отлича ющее 20 с я тем, что уровень теплопроводящего днакрышки криостата находится ниже верхнихкромок криостата с пробой.