Способ выделения кислорода из минералов для изотопного анализа Советский патент 1984 года по МПК G01N1/44 

сл

с

Изобретение относится к способам выделения элементов из минералов для изотопного анализа с целью реше-. ния геологических задач научного и прикладного характера.

Известемг способ вьтеления кислорода для изотопного анализа путем фторирования исходного продукта фторидами ксенона и эвтектической смесью гидрофторндов щелочных металлов 1.

Данный способ характеризуется недостаточно высокой точностью изотопного анализа кислорода, вследствие неизбежного попадания в реак- ционный объем атмосферной влаги.

Наиболее близким к предлагаемому по технической с пцности и достигаемому результату является способ выделения кислорода из минералов, который основан на использовании фторидов ксенона в качестве фторирующих агентов и реализуется в реакционном объеме, образованном цилиндрическим никелевые реактором и запирающим сипьфонным вентилем, которые составляют единый узел, являняцийся частьк специальной высоковакуумной установки.

Реактор является сменным элементом, который герметично присоединяют к стационарно укр.епленн6му на вакуумной установке задирающему вентилю С 23.

Однако известный способ обладает недостаточно высокой точностью изотопного анализа кислорода, что обусловлено неизбежным попаданием в реакционный объем атмосферной влаги, содержащей изотопно-легкий кислород, что приводит к искажению йзмеряемфгоизотопного состава кислорода, а следовательно, снижает воспроизводимость и точность изотопнокисл дных данных.

Причем удаление атмосферной влаги,

адсорбированной внутренней поверхностью реактора, достигается только при нагревании реактора до , однако при этой температуре фториды ксенона начинают сублимировать и вместе с влагой откачиваются из реактора, что приводит к полной потере

фторидов ксенона.

Недостатком известного способа , является также то, что единственн путь, связанный с увеличением количества реакторов, например, до пяти.

повышением его производительности, неизбежно ведеГ как к значительному техническому усложнению условки, вклю чая увеличение ее габаритов, как и к 5 значительному увеличению энергозатрат.

Цель изобретения - повышение точности изотопного анализа кислорода и увеличение производительности o способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вьщеления кислорода из минералов путем фторирования образца дифторцдом ксенона 5 в реакторе загрузку и герметизацию производят в атмосфере сухого гексафторида серы.

Загрузку навески минерала и фторидов ксенона в реактор-автоклав 0 и его герметизацию производят в специально оборудованном перчаточном боксе типа ШВ-1-ОС, в котором смен-. тирован рабочий стол из органического стекла с устройством, позволяющим 5 фиксировать положение реактора-автоклава, все это упрощает процесс загрузки и герметизации.

Для исключения попадания атмосфер- ного кислорода и атмосферной влаги Q в реактор-автоклав во время его загрузки бокс заполняют сухим гексафторидом серы.

Применение SF в качестве защитной среды исключает попадание в реакционный объем изотопно-тяжелого атмосферного кислорода (f®(/SMOW ,5%) и изотопно- легкой атмосферной влаги (« Og /SMOW -20,0%).

В табл. 1 приведены результаты

0 экспериментальных изотопных исследований по установлению влияния примесей азота, аргона,, ксенона и гексафторида серы на точность изотопного анализа кислорода, вь(деленног.о из

5 эталонных проб природного кварца путем их фторирования дифторидом ксенона в реакционных объемах, загрузка и герметизация которых осуществлялась ъ атмосфере указанных газов, (дгга

0 сравнения приведены таюке изотопнокислородные данные, полученные при использовании способа-прототипа).

Результаты измерений изотопного . состава кислорода природного квар5 ца, представленные в табл. 1, сви детельствуют о значительном влиянии газообразных примесей на точность изотопного анализа кислорода. Таблица даны в шкале SMOW (шкала стандартной средней оке нической воды) ( KB/SMOW i +8,0%. При использовании в качестве защитной среды ксенона и гексафторида серы, имеющих более высокие по сравнению с азотом температуры сжижения, их отделяют от кислорода путем вьвчораживания жидким азотом в то время как от азота и аргона, характеризующихся более низкими температурами , таким спо собом избавиться не удается, за счет чего в молекулярном кислороде выделенном из кварца, содержится 40-А5% примеси азота или аргона. Температуры сжижения указанных газов, следующие: Защитный Температура сжижения газ при атмосферном давлении, °С -195,7 -185,8 Как показали проведенные исслед вания, наличие примесей азота и аргона в газе-образце приводит к неустойчивости ионной фокусировки вследствие нестабильности объемно заряда и рассеяния ионов на атомах и молекулах. Обусловленная этим н идентичность условий процесса изм рения для стандарта и образца явл ется причиной возникновения мнимы изотопных эффектов, искажающих из топные, характеристики анализируем природных образцов. При этом отклонение измеряемой величины от истинной пpeвышaet систематическую ошибку измерений при использовании способа-прототипа (без применения защитной среды). В результате проведенных исследований установлено, что основным требованием, предъявляемым к защитному газу,является определенная температура сжижения, которая должна быть существенно выпе Т , чтобы обеспечивалась его 100%-ная конденсация при вымораживании жидким азотом. Существенность этого требования обусловлена спецификой газового прецизионного масс-спектрометрического изотопного анализа кислорода, при котором главным фактором, обеспечивакяцим высокую точность анализа является максимальная идентичность условий натекания газа в ионный источник попеременно из канала газа-стандарта и газа-образца, и залогом прецизионности, в первую очередь, является стабильность конфигураций электростатических полей, фокусирующих ионные лучи. Из благородных газов этому требованию соответствует только Хе. Однако остаточное давление паров Хе при Т -196 С обусловливает его незначительное присутствие в анализируемом молекулярном кислороде, что в конечном итоге отражается на точности изотопного анализа кислорода. В данном случае (табл. 1) наблюдается мнимое обогащение образца тяжелым изотопом кислорода 0. Ксенон (ш/е 124, 126, 128, 129, 130, 132, 134, 136), характеризуясь, более низким потенциалом ионизации по сравнению с кислородом, претерпевает в ионном источнике многократную ионизацию, в результате чего в спектре масс появля ются составляющие Хе, Хе, Хе, Хе с ш/е 33,34 и др., которые, интерферируя с одной из основных рабочих масс кислорода (ш/е 34), соотвётствующей менее распространенному изотопу О , способствуют увеличению интенсивности массовой линии ш/е 34, что приводит к искажению изотопного отношения кислорода Р 34/32. Таким образом экспериментальным путем установлены следующие критерии выбора оптимальной защитной газовой

среды: температура коцденсации примеяяемого газа должна быть значительно выше Т остаточный массспектр завр1тного газа не должен содержать массовых линий в диапазоне ш/е - 32-34.

Согласно этим критериям гексафторцд серы является единственным газообразным соединением, использование которого в качестве, защитной среды позволяет решить задачу повыпения точности изотопного анализа кислорода поскольку температура его конденсации составляет Т , а

масс-спектр (ЗГ, 3F, 3F, 3F, ЗР, ш/е 51-129) не содержит линий, способных усложнить регистрацию изотопных отношений кислорода (ш/ё 32, 33, 34).

Наряду с этим гексафторцц серы характеризуется рядом физико-химических свойств, которые делают его максимально пригодным для использования в качестве защитной среды при реализации ксенон-фторидного способа

Сравнительные данные по. точности изотопного анализа кислорода в процентах приведены в табл. 2.

Таблица 2

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА I ИЗ МИНЕРАЛОВ ДЛЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА :путем фторирования образца дифторидом ксенона в реакторе, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности изотопного анали-; за кислорода и увеличения производительности способа, операции загрузки: и герметизации производят в атмосфере сухого гексафторида серы.

Пример. В перчаточном боксе наполненном гёксафторвдом серы, помещают 0,0t г Si02 и 0,1 г XeFg в каждый из 50-60 реакторов-автоклавов, герметизируют их медными прокладками-заглушками. После прогрева реакторов-автоклавов в муфельных печах при в течение 30 мин их поочередно присоединяют к прокапывающему устройству для вскрытия и извлечения газообразных продуктов фторирования, которые разделяют и анализируют по известному способу. Применение изобретения позволяет одновременна производить загрузку в боксе 50-60 реакторов-автоклавов, а затем их одновременный равномерный и автоматически регулируемый прогрев с помощью современных муфельных печей, что в полной мере реализует все достоинства ксенонфторидного способа и повьппает точность изотопных анализов кислорода, интенсифицирует процесс фторирования и увеличивает эффективность использования установки, увеличивает производительность .способа.