Способ определения поверхностно-адсорбированного неорганическими материалами кислорода Советский патент 1983 года по МПК G01N27/46 

1.

Изобретение относится к аналитической химии и может применяться во многих областях науки и техники, например, ме таллургии, производстве материалов для ядерной энергетики и электрон1жи, в физико-химических исследованиях, в аналитической практике, при проведении калибровок приборов по эталонным обраэцам для определения поверхностно-адсорбированного неорганическими материалами кислорода.

Известен способ-определения поверхностно-адсорбированного кислорода, на-. зываемый методом, многих образпов, основанный на определен1га общего содержания кислорода в образцах одного и того же состава с различным отношением поверхности к объему, например,-методом вакуум-плавления 1 .

Недостатками этого способа являются невозможность его применения к образцам с неизвестным отношением поверхности к объему, необходимость проведения нескольких определений (минимум двух). Способу присущи также недостать ки, связанные с использованием метода вакуум-плавления для, определения общего содержания .кислорода в образцах (необходимость создания глубокого вакуума, использование дорогостоящих газовых анаякзаторов, большие ошибки, связанные с потерями на возгонах при определении кислорода в легкоплавких металлах и др.)

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения поверхностно-адсорбированного неорганическими материалами кислорода, включающий десорбцию кислорода путем нагревания анализируемого образца в предварительно дегазированном конвективно-перемешиваемом расплаве, не взавмодействующем с образцом, и определение количества кислорода С 2 .

Недостатками способа являются;

а) сложность аппаратурной реализации способа, связанная с использованием глубокого вакуума и специальной сио гемы насосов и затворов, с применением дорогостоящего с масо-спектрометрического газового анаяизатора; б) примене1гае масс-спектрометра де. г.аег способ отнтхл5тельным, для получения надежных результатов необходимо проведение калибровки по эталонным газовь1м смесям или стандартным образцам &) большая длительность определедая при анализе образцов, имеющих очень низкое содержание кислорода ( .%),а также и то,что 1юкопление д сорбированного с поверхности образна кисл рода проводят в специальной камере в те чение нескольких часов. Способ не позволяет определять кислород, сорбированный на поверхности металлов в виде избыточных фаз- хемосор- jO бированных слоев, например, окислов. Целью изобретения является повыще ние точности анализа. Поставленная цель достш ается тем. что согласно способу определения поверх- 35 ностно-адсорбированного неорганическими материалами кислорода, включающему десорбашо кисхшрода путем нагревания в предварительно дегазированном конвективно-перемешиваемом расплаве, не взаимодействующем с образцом, и определе№е количества кислорода, в качестве ра плава используют расплавы щелочно- галоидных солей, а определение кислорода проводят по количеству электричест™ Ёа, затраченного на его восстановление до ионной формы. На чертеже приведено устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство содеркит реакционную камеру 1 с нагревательным элементом 2, через которую продувается особо чистый инертный газ, с размещенным в ней тиглем 3 с конвективно-перемешиваемым расплавом 4, твердоэлектролитную ячейку 5 с внутренним платиновым электродом 6, погруженную в расплав, дополнительный электрод .7, регистрирующее устройство 8, блок 9 сброса образцов. При проведении определения поверхностно адсорбированного образшми кислорода используют расплавы, не растворяющие образцы и электрод 7. Пример 1.В предварительно дегазтфованный конвентивно-перемещиваемый металлический расплав, дапример хлористого калия, находящийся в тигле 3, помещают образцы, i-шпример молибденовые или вольфрамовые тоти другие, не растворяющиеся в хлористом калии, им©- j ющие массу от 0,ОО5 до 10 г. Десорбированный в расплав с поверхности о&разиов кислород восстанавливается до ионной формы и выводится Из расплава путем пропускания через твердоэлектролитную ячейку электрического тока, при этом на ячейку подается постоянное напряжение, равное 1,6 В/+ подается на внутренний платиновый электрод 6,подается иа дополнительный молибдено- вый электрод 7). О количестве выведенного кислорода судят по изменению реП1стрируемого устройством 8 ионного тока. Достижение током своего первоначального значения, равного установленному перед моментом помещения в расплав образца, свидетельствует об окончании процесса выведения кислорода из расплава. Определяют количество затраченного на это электричества и вычисляют содержание кислорода по известной формуле. Пример 2.В качестве расплава используют, например, расплавы щелоч ногалоидвых содей КС + NaCC при 800°С, обеспечивают его конвективное перемеш 1ванке, проводят его дегазацию путем выведения кислорода через ячейку 5. Добиваются установления через ячейку неизменного .во времени фонового тока, регистрируемого устройством 8. Помещают в расплав образец, например, из меди и определяют количество электричества, затраченного на-восстановление до ионной фору1ы десорбированного в расплав с поверхности образца кислорода, вычисляют по известной формуле его содержание. Пример 3. В тигель 3 помещаsQT щелочно-галоидную (например NaCC ) ctMib, герметично закрывают установку и продувают через нее особо чистый инертный газ РО . Расплавляют соль в тигле 3 и проводят дегазацию расплава, для чего в расплав опускают твердоэлектролитную ячейку из двуокиси циркония, легированной двуокисью кальция 15%, прикладывают к электродам ячейки внещщою ЭДС и пропускают электрический ток. Растворенный в расплаве кислород восстанавливается до ионов и выводится из расплава через ячейку. Внесение в расплав дополнительного количества кислорода, при помещении в расплав анализируемых образцов, за счет десорбции кислорода с поверхности образцов регистрируют

по измененшо величины ионного тока через ячейку, а искомое содержание опр&деляют по количеству электричества, затраненного на восстановление кислорода до ионов. В опытах на ячейку подавали постоянное напряжение 1,6 В. Результаты проведенных анализов представлены в , сравнение ведется с базовым объектом.

Преимущества предлагаемого способа в сравнении с известными способами определения поверяност но-адс орбирова нного кислорода заключаются в том, что

а)способ не требует гтрименения дорогостоящих газовых анализаторов, созда ния вакуума и осуществляется использованием простого оборудования;

б)способ является абсолютным, регистрация сигнала не требует идентификации и проведения калибровки, что достигается использованием в качестве элемента регистрации и вывода кислорода твердоэлектролитной ячейки с униполярно кислородной поверхностью;

в)способ является экспрессным, время анализа составляет 1-3 мин (такая высокая экспрессность достигается осуществлением конвективного перемешивания расплава и наличием высокой кислородной пpoвoди i асти используемых тве{. доэлектролитных ячеек);

г)способ обладает высокой чувств тельностью на уровне (.%), которую достигают проведением предварительной дегазации расплава с помощью твердоэлектролитной ячейки в атмосфере особо чистого инертного газа, при этом равновесная с газовой фазой концентрация кислорода в расплаве составляет .%, а также позволяет повысить точность определения поверхностно-адсорбированного кислорода за счет возможности извлечения кислорода в щелочногалоидном расплаве их хемосорбнрованных поверхностных слоев

Формула изобретения

Способ определения поверхностноадсорбированного неорганическими материалами кислорода, включаюпшй десорбцию кислорода путем нагревания аналт зируемого образца в предварительно дегазированном конвективно-перемешиваемом расплаве, не взаимодействующем с образцом, и определение количества кислорода, отличающи И с я тем, что, с целью повыщения точности анализа, в качестве расплава использую: расплавы щелочно-галоидных солей, а опр&деление кислорода проводят по количестку электричества, затраченного на восстановление до ионной формы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. BaccepviaH.A.M., Кунин Л.Л., : Суровой Ю. Н. Определение газов в металлах. Наука, 1976,с. 312.

2.GiUc.depu K.V/. Tvo me-ttiods o

:sepoirD tion of surbace ancl buBle vases in vacuum sis o metals .-AndB.Ctiem, 42/197O/, p.p. 469-473 (прототип).