Способ определения содержания углерода в селениде цинка Советский патент 1988 года по МПК G01N23/22 

о: САд

111 Изобретение относится к области ядерно-физических методов анализа состава вещества и может быть исполь зовано при проведении радиохимического варианта активационного анализа газообразующих примесей в твердых образцах по аналитическому изотопу азоту- 3, Целью изобретения является повышение точности анализа, осуществление визуального контроля за окончани ем травления образца на заданную глу бину и повьшение радиохимической чис тоты вьщеления. Сущность способа состоит в том, что при удалении.слоя поверхностных загрязнений и растворения анализируемого слоя используют перманганат калия, который является индикатором, по которому судят об окончании травления образца на заданную глубину. Образующиеся при взаимодействии селе нида цинка с азотной кислотой продук ты ее разложения взаимодействуют с добавкой перманганата, и раствор обесцвечивается. Суммарное уравнение реакции разложения селенида можно записать 5ZnSe + 28ШОз + бКМпО. 5гп(ЫОз)., + + .ОЗ + fiKNOj + бМп(ЫОэ) + + . Количество добавки перманганата кали можно рассчитать так, что окончание реакции взаимодействия добавки перманганата калия с продуктами разложе ния азотной кислоты, которое фиксиру ется визуально по обесцвечиванию окрашенного раствора, будет свидетельствовать о растворении эквивалентной навески монокристалла селенида цинка, необходимой для его травления на требуемую глубину. Расчеты, выполнен ные по приведенному уравнению реакции, показывают, что 10 мг перманганата калия эквивалентны растворению 7,61 мг селенида цинка. При обесцвечивании раствора его разбавляют инертным растворителем, например во дой, и разложение селенида цинка прекращается. Таким образом удается визуально определить окончание травления образца на заданнзпо глубину и прекратить его. Кроме того, так как перманганат калия является ояеНь сильным О1 ислителем, он способен окислять Вг и нелетучих ионов ВгО и препятствовать переходу брома в газовую фазу, улучшая радиохими ческую чистоты вьщеляемого при заложении образца азота. Пример. Проверка предлагаемого способа проведена при определении углерода в монокристаллах селенида цинка, выращенных из расплава. Предварительно на необлученных образцах проверяли воспроизводимость и точность травления образца селенида цинка в азотной кислоте плотностью 1,33 г/см (54%) с добавкой перманганата калия. При этом брали образцы различной формы, величины поверхности и навески. После растворения в азотной кислоте добавки перманганата калия травление вели в этом смеси при комнатной температуре до обесцвечивания раствора; затем образец вынимали, высушивали и взвешивали. Данные травления приведены в табл.1. Результаты табл.1 показывают хорошее совпадение экспериментальных данных (среднее значение убыли веса на 10 мг КМп04 из 15 опытов 7,58 ++ 0,36 мг) с вычисленным по уравнению реакции растворения (7,61 мг). Среднее квадратичное отклонение мень ше 5%. Из этой же табли1да видно, что время травления до обесцвечивания раствора изменяется в больших пределах. Дпя сравнения эффективности контроля травления по времени и визуального по обесцвечиванию раствора травления на двух различных образцах проводили последовательное травление слоя за слоем при следующих условиях: количество азотной кислоты 10 мл, навеска КМпО4 10 мг. Бремя травления без добавки КМпО 45 с, с добавкой КМпО - до обесцвечивания раствора. Эти условия выбраны как характерные дл5 травления предварительного слоя поверхностных загрязнений. Полученные результаты приведены в табл.2. Данные табл. 2 свидетельствуют о преимуществе визуального контроля эа толщиной снятого слоя поверхностных загрязнений по обесцвечиванию раствора, где наблюдаемые отклонения от среднего значения, близкого к расчетному, не превьш1ает 10%, тогда как контроль по времени травления дает ошибку около 50%. Для выбранных условий травления при плотности селенида цинка 5,42 г/см, площади травления I см и величине добавки перманганата калия 10 мг расчетная толщина стравливаемого слоя составляет 14 мк. При проведении анализа конкретных образцов навеску перманганата калия рассчитывают исходя из толщины поверхностньк загрязнений (обычно 10-15 мк глубины активации и поверхности образца при травлении. Образец монокристаллического селенида цинка в виде пластинки или диска толщиной 2-3 мм и облучаемой поверхностью 1-2 см облучали в тече ние 10 мин дейтронами с энергией 6,6 МэВ при токе 1 мкА. С облученного образца удаляли слой поверхностны загрязнений травлением в 10 мл азотной кислоты с предварительно введенным по расчету количеством КМпО. Образец травили до обесцвечивания раствора, разбавляли раствор водой. Затем образец вьшимали и промьшали водой. Очищенный от поверхностных загрязнений образец снова растворяли в азотной кислоте с добавкой пер- манганата калия, достаточной для растворения образца уже на глубину активации (150 мк для энергии дейтронов 6,6 МэВ). Растворение заканчивали после обесцвечивания раствора раз бавлением его водой. Растворение вели в герметичном устройстве, и вьщелающиеся при растворении газы собирали с продз кой воздуха после растворения в специальную цилиндрическую кювету диаметром 80 мм и объемом 150 см. J ьиeлeниe аммиачного азота-.О.из раствора основного травления проводи ли известным способом отгонки аммиака из щелочного раствора с поглощением в приемнике с раствором кислоты. Раздельное измерение в идентичны условиях кривой распада выделенной -активности газовой фазы и отогнанного раствора позволило проверить радиохимическую чистоту вьщёления и оценить распределение азота-13 по фазам. Измерение е -активности вели на спектрометре f- у- совпадений скристаллами NaJ(Tl) 100x150 мм. Во всех случаях активность азота-13 в аммиачной фракции была радиохимически чистой. Период полураспада соответствовал азоту-13 (Ю мин), а в гамма-спектре, снятом на многоканань ном анализаторе, присутствует только пик аннигиляционных гамма-квантов 0,51 МэВ. Для оценки эффективности влияния добавки перманганата калия на радиохимическую чистоту азота-13 в газовой фазе была проведена серия сравнительных экспериментов: 1)анализ селенида цинка по предлагаемому способу; 2)анализ селенида цинка без добавления перманганата при травлении основного слоя; 3)то же, но с предварительным пропусканием газообразных продуктов разложения через 20%-ный раствор КаОН; 4)анализ по предлагаемому способу с пропусканием газообразных про- дзгктов разложения через 20%-ный раствор NaOH. В первом эксперименте газовая фаза через 10-12 мин после окончания облучения была радиохимически чистой по азоту-13, и ее активность составляла 10-20% от общей активности азота-13. Во втором слзгчае -актиность газовой фазы в несколько (иногда в 10 и более) раз превыпала активность аммиачной фракции азота-13, период полураспада был близок к 7 мин, а в гамма-спектре присутствовали характерные для радиоброма там6,46 мин, образующегося из селена по реакциям (ё,пГВг (d, 2п)Вг. Б третьем случае активность газовой фазы после поглотительного раствора была радиохимически чистой по азоту-13 и составляла, как и в первом случае, не более 20% от активности азота-13 аммиачной фракции, а активность поглотительного раствора по величине и характеру гамма-спектра идентична с измерениями газовой фазы второго эксперимента. В четвертой серии экспериментов в поглотительном растворе не обнаружено никакой активности (только фон измерительной установки), вся активность находилась в газовой кювете и соответствовала азоту-13.

Результаты травления образцов селенида цинка в смеси

Таблица 1

HNOj + КМп04

Сравнительные данные по контролю травления селенида цинка по заданному времени травления и визуального по обесцвечиванию

Таблица

раствора

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В СЕЛЕНИДЕ ЦИНКА, заключающийся в облучении анализируемой пробы дейтронами, удалении поверхностных загрязнений и растворении анализируемого слоя в травителе на основе азотной кислоты с улавливанием газообразных продуктов разложения, радиохимическом вьщелении аналитического : изотопа азот-13 отгонкой аммиака из щелочного раствора и последующем измерении его активности, о т л и ч а-, ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности анализа, осуществления визуального контроля за окончанием травления образца на заданную глубину и повьшения радиохимической чистоты вьщеления, удаление слоя поверхностных загрязнений и растворение v) анализируемоЛ слоя ведут с добавкой перманганата калия до обесцвечивания раствора.