Способ определения содержания углерода в металлах

О П И С А Н И Е 782492ИЗОЬЕЕТЕНИ ЯЬСТВУ Своз Советских Социалистических Ресиуолик(61) Дополнительное к авт,ИЕЛ ву -51) М.Кл,з 6 01 И 23/223 22) Заявлено 15.02,79 (21) 2725263/18-25присоединением заявки -1 осуаарствелньа коцит СССР ио делам иаобретвии) Дата опубликования исания 23.01.(72) Автор изобрете Обливанц анилов, Р И. Тронов, А. Г. Рыбасов,Мещеряков и Б, И, Кузнецов 71) Заявит Научно-исследовательский институт ядерной физики ектроники и автоматики при Томском политехниче институте(54) Изобретение относится к области активационного анализа и может быть использовано при определении примеси углерода в различных металлах по реаицви С" (И, и) У 1 З с радиохимическим выделением аналитвчеокото изотова азот.Известен метод нейтронно-активационното определения содержания углерода 1, согласно которому пробу облучают в потоке нейтронов, выделяют образующийся изотоп азот.и измеряют его,актввность; Для реализации этого способа требуется сложная и не всегда доступная аппаратура и высокая квалификация оператора. Кроме того, проба при анализе полностью разрушается, что исключает возможность повторного анализа и не позволяет определить распределение примесей по глубине,Известен также способ определения содержания углерода 12, заключающийся в облучении пробы нейтронами и последующем измерении наведенной активности пробы. Этот способ имеет недостаточную точность и требует использования больших навесок, что не всегда достиЖимо.Наиболее блиаким к,заявляемому ао технической сущности и досйвгаемому-результату являепся способ определения содержания углерода в;металлах 13, заключавщийся в облучениями анализвруемой пробы, разложении облучевной пробы в кислоте с последующим введением носителя азота и щелочирадиохкмнчеаком,выделевии азота очтонкой в виде аммиака из щелоч ного, раствора и измерении наведевной активности выделенного изотопа азот,Недостатком указанного способа определения углерода является то, что прйме- няемая в способе операция выделения азо та заимствована без достаточной экспериментальной проверки из способа определения азота в металлах по Къельдалю. Для применения метода Къельдаля при выделении радиоактивного азота из металлов 15 необходимо убедиться, что выделение азотаиз,металлов отгоикой аммиака является количественным и химический выход по неактивному и активному азоту совпадает, Так может быть не всегда, что сле дует из специфических условий радиохимического выделения азота.1. Небольшой период полураспада азота(10 мин) требует выбора растворителей, обеспечивающих быстрое (за не сколько минут) переведение облученногообразца в распвор, Это,может приводить к тому, что при разложении атомарный азот не успевает реагировать с атомарным водородом с образованием аммиака и про исходит вынос радиоактивного азота,2. Возможны случаи, когда, быстроерастворение металлов происходит с использованием растворителей, не выделяющих атомарный водород, что также исключает образование аммиака по реакцииХ+ЗН- МНз/3. Быстрое растворение многих металлов, таких как Ч, Т 1, ХЬ, Та, Мо, Ф, Ад, Сц удобно проводить в растворителях на основе азотной кислоты. В этом случае возможно образование из аммиачной формн не связанного азота за счет реакции с нщ шими окислами азота, продуктами разложения азотной кислоты.2 ИН 2 МО - 2 Кг+4 Н 20Аналогичные реакции возможны и епродуктами разложения других окисляющих кислот, напримерхлорной2 ИНз+ЗС 10 - + И 2+ЗС 1 +ЗНгОТаким образом, при разложении облученных образцов в различных кислотах нрадиохимическом выделении только аммиачной формы азота возможны потери азота с отходящими при растворении газами,Это вносит ошибку в значение химическоговыхода азота, определяемого по носителю,добавляемому в аммиачной форме поелеразложения пробы. В конечном итоге этодолжно приводить к заниженным результатам анализа.Цель изобретения - повышение - точности анализа.Поставленная цель достигается"тем, чтопри способе определения содержания углерода в металлах, заключающемся в облу-чении анализируемой пробы дейтронами,разложении облученной пробы в кислоте споследующим введением носителя азота ищелочи, радиохимическом выделении изотопа азот,3 отгонкой,в виде аммиакаиз щелочного раствора и измерении наведенной активности выделенного изотопаазот, улавливают, выделяющиеся приразложении облученного образца газы и.измеряют активность содержащегося в нихизотопа азарт, а о содержании углерода судят по суммарной активности изо.топа азотс 13, измеренной,в газовой фазе и в аммйаке.В табл. 1 приведены получейные экспериментально результаты выделения радиоактивного азота в газовую фазу при разложении кислотами облученных дейтронами металлов,-= -=Как видно из табл. 1, потери радиоактивного азота при разложении пробы дей ствительно имеют место, их велвчина зависит от анализируемого металла и применяемого растворителя. Наибольшие потерн наблюдаются при использовании растворителей на основе бкисляющих кислот и особенно велики они для ванадия, железа,.ниобия и вольфрама, Так, для ванадия 5 практически весь (89 - 987 О) азот можнопотерять при растворении образца в азотной кислоте, а для МЬ, Ре и Ч в отдельных экспериментах при использовании смеси НР+НИОз теряется до 40 - 50% азота, 10 На примере Мд обнаружены потери активности и при использовании традиционных для методов Къельдаля кислот НС 1 и Н,804, в которых магний быстро растворяется, Однако эти потери не превышают 10%.Проверка точности и воспроизводимости анализов по предлагаемому способу была проведена на стандартных образцах железа с известным содержанием углерода. Образецжелеза в виде диска диаметром 10 и толщиной 2 - 3 мм облучали в течение 10 мин дейтронами с энергией 7 мэВ при токе 2 мкА. Для устранения поверхнос 1 ных загрязнений с облученной поверхности образцатравлением в смеси состава НР; ННОЕ = 10: 3 удаляли поверхностный слой толщиной в 10 мкм и из иодротовлвнного таким образом образца проводили ради охимичесюе,вьгделение азота.Для этого протравленный образец растворяли на глубину, ббльшую пробега дейтронов 100 мкм), в тефлоновой ячейке для одностороннего растворения образца в травителе состава НР: НХОФ=10: 3 (2 - 3 мл) . Выделяющиеся при растворении газы собиралив специальную цилиндрическую кювету. -Кювета для сбора газа выполнена сдвойяыми стенками так, что во внутрен О ний объем, раешный 300 смз, собирали газ,а внешний объем, равный 100 см, предназначен для сбора азота, выделяемого оггонкой аммиака из травильного раствора. Кювета для сбора выделенных 45 фракций азотаодвоаременно является и измерительной.Для выделения аммиачного азота кислый раствор, полученный после травления образца, заливали в перегонную колбу 50 установки для отгонки аммиака, добавляли 10 мг азота в виде КН 4 С 1 (носитель), вводили избыток 40%-ногб раствора КаОН до рН ) 12 и отгоняли при кипении раетвора аммиак вместе с парами воды в тй чение 5 - 8 мнн в приемник с 5 мл 1 Н;НЯО,Раствор с отогнанной аммиачной фракцией азотазаливали во внешний, объем вышеописанной кюветы, внутренний объем которой ранее заполнен:газами; вы 60 делившимися при кислотном "растворенииоблученного образца.Измерение суммарной +-активностиазотагазовой и жидкой фаз кюветы, характеризующей содержание углеро да в анализирчемом металле, проводили782492 Таблица,1 Количество радиоактивного азота в газах при растворении, %Содержание,углерода; % Облучаемый металл Растворитель Стандартные образцы железа , 1042 - а НР 1 Н 103= 10 3 0,057 1044 - а 1045 - а Т Т А 0,15 0,36 0,003 0,003 0,015 0,006 НР: НС 1: Н,О=З: 2: 5НИО,НР е НМО 3 - 10 е 3НС 1: Н,О=1:ЧаОН4 ХНС 104 ХНМО,4 НН.,5 О4 ХНСНР е НХО 3 - 10 1 3 8 10 0,020,003от 1 О% % МЬ до 10 - а 21,2; 28,2:31,8; 25,8;29,7; 36,1;24;3 тельное их сопоставление приведены в табл, 2. Содержание углерода в относительных единицах представляет отношение приведенной активности азотайс активности монитора, В качестве монитора потока частиц использовали медную фольгу толщиной 15 мкм, помещаемую при облучении перед образцом, Активность (+) монитора измеряли через 10 мин после окончания облучения. Таблица 2 Сравнение вычисленных и экспе. риментальных данныхМаркаобразца сравниваемое отно-вычислено измерено шение Реп /Ре,Ре/Ре 1,Ре/Ре,2,632,46,316 2,537 2,477 6,284 48,3 122,5 303,5 1042 - а 1044- а 1045 - а 11,0570,15сю,36 гонкой в виде аммиака (по данным табл, 1 потери составляют 20 - 60 О/о) соответственно приводит к заниженным результатам анализа в 1,25 - 2,5 раза. Ошибка особенно велика, если образец анализируется с радиохимическим выделением, а измерение эталона, как это обычно делается, выполняется инструментально,Применение предлагаемого способа в аналитической практике устраняет неконтролировавшиеся ранее потери измеряемой активностипри разложении образцов, обеспечивает более полное радиохимическое вына спектрометре у-совпадений СЭГС 2 - ф 16 с кристаллами Иа 1(Т 1), Чистота радиохимического выделения контролировалась измерением,ир ивой распада,азота(Т 1/2 10 мин), а раздельное измерение ак тивности газовой и жидкой фазы азотав кювете нозволилю оценить лотери азота нри,рас пворевии.Результаты определения углерода в стандартных образцах железа и сравни Паспортное Найденное содерсодержание жанне углерода углерода, в относительныхо единицах Из данных таблицы видно, что при анализе предлагаемым способом трех образцов железа с известным содержанием углерода, использование любого из этих образцов в качестве эталонного по отноше нию к двум другим дает совпадение экспериментальных значений с паспортными ошибками менее 4%,В этих же образцах без учета потерь радиоактивного азота с газами при раст ворении разброс в результатах анализа изза неконтролируемых колебаний химичес. кото выхода выделения азота. с от 43,3; 36; 58,9;19,1; 50,2; 22,139,6; 30;,27.819,4, 20,6; 23,49,6; 10,30,298; 891 2,6; 6; 8,71,1; 1,7; 10,8; 0,49,5 6,8; 7,921,3; 22,97,48,79,5;2454; 21; 32,925,1; 40,6; 23;632,1; 23782492 Формула изобретения Составитель В. КирилловТехред Л, Куклина Корректор И. Осин 1 овская Редактор И. Марголис Ъаказ 29/37 Изд,103 Тираж 882 Поди ювеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 4/5 Тип. Харак. фил, пред. Патент 7деление аналитического изотопа и соответсгвенно повышает точность анализа. Способ определения содержания угле. рода в металлах, заключающийся в облучении анализируемой пробы,дейтронами, разложении облученной пробы в кислоте с последующим введением носителя азота и щелочи, радиохимическом выделении азота отгонкой в виде аммиака из щелоч-його раствора и измерении наведенной активности изопапа азот, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности анализа, улавливают выделяющиеся при разложении облученного образца газы и измеряют активность содержащегося в них изотопа азот, а о содержании углерода судят по суммар иой активности изотопа азот, измеренной в газовой фазе и в аммиаке. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;Авторское свидетельство СССР409122, кл. 6 01 Х 23/22, .1971.:2. Авторское свидетельство СССР537546, кл, б 01 И 231221, 1976.3. Боуэн Г Гиббонс Д, Радиоактивационный анализ. М., Атомиздат, 1968, с, 258 (прототип).