Способ определения молекулярного кислорода

.-ьф. .1Гл кО П И С А Н И Е 7 З 7 З 57ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистическив республик(23 Приоритет -Государстаеииый комитет СССР ио делам изобретений и открытий(53) УДК 543.272.1 1546,21(088,8) Дата опубликования описания 05.06.80(72) Авторы изобретения Л. М. Завьялова, Э. Е. Гутман и И. А. Мясн 71) Заивител 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОР 1 2Изобретениеотносится к способам В "койцентрациойной ячейке при 836 С,газового анализа и может быть исполь- Вступают в реакцию с определямым кисзовано для определения молекулярно- щродом,го кислорода в аэоте, инертных газах Например, показания прибора не верв диапазоне от 1.10 ф об.ъ до 20 об.ъ 5 ны уже при содержании (н1 от опрекислорода в различных областях науки деляемой (О.и техники (химия, металлургия, элект- Наиболее близким к предлагаемомуровакуумная и полупроводниковая тех- является способ определения молекулярника, машиностроение, биология, атом- ного кислорода в азоте, .инертных ганая техника, силикатная промыален эах путем пропускания исследуемсго ганость, исследования космического про- эа над детектором, выполненньве в видестранства) . пленки полупроводникового элемента,Известен способ определения концен-" например окиси цинка, и измерениятрации молекулярного кислорода в азо- электросопротнвления детектора (2.те инертных газах, основанный на иэНедостатками этого способа являютмеренин ЭДС высокотемпературной кон- ся большая инерцйонность работы полуцентрацнонной ячейки иэ твердого элект- проводниковой пленки окиси цинка (бо";ролита (1-"лее 20 мин), а также неточное определеВ установившемся режиме ЭДС являет- иие молекулярного кислорода в азоте,ся мерой концентрации кислорода в 20 инертных газах в присутствии следованализируемом газе.Этот способ дает " водорода," концентрация которых можетвозможность определить молекулярный .меняться неопределенньм образом.кислород в диапазоне от 1.10 фоб.Ъ до100 об.В кислорода. Например, при изменении содержаНедостаток этого способа заключа ния водорода от 1.10 ф об.Ф до 1.10 Ъб.етсЯ в том,что если в анализиРУемых "пРи постоЯнной 0 в значение сопРотивгазах присутствуют следы водорода, ления:полупроводниковой пленки иэмеконцентрация определяемого кислорода : -"йяется в 20 раэ.будет определена неточно,так как сле- =-"=Цель"изобретения - устранение укады водорода, попадая на окись циркония 30 ванных недостатков, повышение точности"и умкенъшэекние инерционности работы полупроводниковой пленки.Указанная цель достигается тем,.что в известном способе определения молекулярного кислорода в инертных газахи азоте путем пропускания исследуемого ггаза над детектором, выполненным в виде пленки полупроводникового элемента,например окиси цадика, и йзмерекййяэлектросопротивления детектора в иссле дуемый газ вводят водород.Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключаетсяв том, что водород, понижая работу выхода электрона полупроводникового элемента, например окиси цинка, снижаетпотенциальный барьер, образующийся на 15поверхности при адсорбции кислорода,облегчая переход электронов на адсор бированный кислород и тем самым улучшает инерционность работы пленочногодетектора. 26Таким образом, улучшение инерционности обусловлено снижением энергииактивации (увеличением скорости) адсорбции и десорбции киолорода, пРоисходящим за счет снижения работы выхода электрона, обусловленного адсорбцией водорода.Кроме улучшения инерционности, введение водорода н количестве заведомобольшем, чем в анализируемом газе,повышает точность работы полупроводниковой пленки при определении кисло" рода в азоте и инертных газах, таккак н противном случае. следы водорода,обычно содержащиеся н технологическихгазах (аэота, водорода) в различныхконцентрациях (от 10до 1 об.Ъ) снижают электросопротивление детекторанеконтролируемым образом и искажаютрезультаты калибровки.Введение водорода приводит к некоторому уменьшению чувствительности(неличины относительного измененияэлектросопротивления пленочного элемента а й/В при постоянной концентрации кислорода), однако и новая чувстнительность пленки в присутствииводорода оказывается достаточно высокой для определения низких концентраций кислорода в азоте, инертных газах (1 .10 об.Ъ) . 50Способ осуществляется следующим образом.На кварцевую подложку наносят пленку окиси цинка толщиной 1-2 мк. Пленку нагревают до 300 С н азоте, инертных газах,в поток которых постоянновводят водород. При калибровке пленкиазот, инертные газы и добавляемый водород пропускают через нагретый Я 1-Сгкаталйзатор, очищая их от кислорода.Калибруют пленку по электролиэеру, 60заполненному раствором ("Н щелочи КОНособойчистоты. Задавая определенную концентрацию кислброда, по току наэлектролизере, записывают относйтекль-, ное изменение сопротивления пленки 65 Изменяя последовательно концентрацию кислорода и записывая относительное йэменение сопротивления пленки, получают калибровочную кривую пленки (по оси ординат - относительное изменение сопротивления пленки, по оси абсцисс - концентрация кислорода) .При анализе на кислород газов (аэочфа, инертных газов), последние пропускают над пленкой, минуя К 1-Сг катализатор, а водород, как и при калибровке, проходит через В 1-Сг катализатор на пленку. Затем записывают относительное изменение сопротивления пленки и по калибровочной кривой определяют искомую концентрацию кислорода.На фиг. 1 показано изменение инерционности работы пленки окиси цинка при определении кислорода в азоте с введением водорода; на фиг. 2 - влияние следов водорода (0-1.10 об.З) на электросопротивление пленки окиси цинка при постоянной концентрации хислорода н азоте; на фиг. 3 - результаты калибровки полупроводникового элемента при определении кислорода в азоте с различными добавками водорода.Введение нодорода (см. фиг, 1) улучшает инерционность работы пленочного элемента из окиси цинка с 20 до 2 мин.Изменение содержания водорода н азоте до 1.10 об. (при постоянной концентрации кислорода) приводит к резкому изменению эиектросопротинления пленки (см. фиг. 2). что не позволяет определять кислород в азоте по калибровочным кривым, полученным при полном отсутствии .или при низком содержании водорода н азоте (например, 1.10 об.). Введение водорода в количестве, заведомо пренышающем возможные следы водорода н анализируемых газах (азоте, ийертных газах), устраняет влияние следов водорода и позволяет, таким образом, наряду с улучшением инерционности, точно определять кислород в укаэанных газах по соответствующей калибровочной кривой.Проводят калибронку полупронодниковбго элемента (пленки окиси цинка, Т - 300 С) при определении кислорода в азоте с.различными добавками водорода в билогарифмических координатах (а ив .ф , гле э и б - электрпправодность до и после впуска кислорода в азот), Прямые 1, 2, 3, 4 (см.фиг. 3) - соответственно 50, 25, 10, 5 об.В водорода в азоте. При проведении этих опытов уста новлено, что изменение следов водорода в азоте не влияет на показатели детектора. Кроме того, чем меньше дофавлять водорода, тем выше чувствительностьеПоскольку н технологических газах (азоте, инертйых газах) со-,держание- водорода составляет до 1%,. 4ал,,., . .-ай;,О:,ы, б., аы э-%С ;-Ы-ИВ предпочтительнее добавлять водород к "Над"де 1 екторбе, выполненно в виде укаэанным газам в количестве 5 В, что "ленки йолуйроводникового элемента, обеспечивает оптимальную чувствитель- " найрнмеР -бкйси"арийка, й йэмерейия ность и инерционность, при высокой электросопротивления детектора, о т. точности измерения, л и ч а ю ц и й с я тем, что, с цеИспольэование предлагаемого спосо-лью повьвения точности и уменьшения ба определения молекулярного кнслоро- инерционности работы полупроводникода в азоте и инертных газах с введе- вой пленки, в исследуемый газ вводят нием водорода обеспечивает малую инер- водород.ционность работы полупроводниковогоИсточники информации, пленочного элемента (например, для , о принятые во вниманиепри экспертизе окиси цинка - 2 мин) и высокую точ, Голото И. Л., Докучаев Б. П., ность .определения кислорода в азоте и ,Колно горов Г, Д. Чиотота в проиэводинертных газах в присутствии следовстве полуйроводййковьйприборов и водорода, концентрация которых может Интегральных схем, М фЭнергияф, меняться неопределенным образом. 1975, с, 172.(формула изобретения - 2. Гутман .Э. Е., Мясников И.А.Состояние "и перспективы развитияСпособ определения молекулярного аналитического приборостроения до кислорода в инертных газах и азоте 1985 г. Сб. Всесоюзная конференция. путем пропускания исследуемого газа 20 М., 1975, с. 112 (прототип) .