Способ определения газов в металлах и металлических сплавах Советский патент 1987 года по МПК G01N27/46 

о о м

INS Ю 11 Изобретение относится к области аналитической химии и технической фи зики и может применятьсл во многих областях науки и техники, например, металлургии, производстве материалов для ядерной энергетики и электроники в физико-химических исследованиях в аналитической практике для раздельного определения поверхностно-сорбированного и содержащегося в объеме образца газа. Целью изобретения является повышение точности раздельного определения газов на поверхности и газов,находящихся в объеме образца. На чертеже схематически изображено устройство для реализации предложенного способа, Устройство состоит из электрохимической ячейки 1 из твердого электролита, выполняющей одновременно рол рабочей камеры, и тигля для помещени расплава-растворителя, Твердоэлектро литная ячейка 1 герметично закрыта крьшкой 2, в которой имеются патрубк 3 и 4 для входа и выхода защитного газа соответственно. Патрубок 4 соединен со шлюзом 5 для сброса образцов 6 в расплав-растворитель, В крыш ,ке 2 расположена также алундовая тру ка 7 с двумя каналами для токоотвода 8 от внутреннего электрода и для вала 9 мешалки 10. На наружной поверхности ячейки 1 нанесен внешний платиновый электрод 1, к которому с помощью пружины 12 плотно прижат токоотвод 13, Внутри токоотвода 13 имеется канал, в котором размещена термопара 14. Ячейка 1 расположена внутри печи сопротивления, состоящей из керамического цилиндра 15 с прово лочной спиралью 16, теплоизолятора 17 и кожуха 18, Токоотводы 8 и 13 подсоединены к.регистрирующему устройству, состоящему из соединенных последовательно ключа 19, источника 20 постоянного напряжения и измерителя 21 тока,. Кроме того, устройство содержит баллон 22 с защитным газом, подсоединенный к блоку 23 очист ки атмосферы от анализируемого газа, и блок 24 контроля газовой фазы, последовательно соединенные газовыми коммуникациями с рабочей ячейкой 1, Расплав-растворитель состоит из двух слоев 25 и 26, где слой 25 щелочно-галоидная соль и слой 26 металл. Электрод 11 расположен так. 222 что его длина превьщ1ает толщину слоя . 26 металла в двухслойном расплаве, но меньше толщины обоих слоев 25, 26, При этом граница 27 раздела слоев 25, 26 расплава проектируется на электрод 11, а верхний край электрода 11 находится в области расположения слоя 25 соли. Последнее способ ствует тому,что анализируемый газ (его поверхностно-сорбированная доля) выводится через слой 25 соли, а не через слой 26 металла. Устройство содержит также терморегулятор 28 и мешалку 10 с мотором 29, Устройство работает следующим образом, В ячейку 1 помещают компоненты расплава растворителя и закрывают ее крьш1кой 2; защитный газ, например аргон, поступает из баллона 22 через блок 23 очистки от определяемого газа и патрубок 3 в ячейку, промывает ее внутренний объем и через патрубЬк 4,шлюз 5 для сброса образцов 6 и блок 24 контроля газовой фазы .(например измеритель парциального давления газа) выбрасьшается в атмосферу. После полной промывки ячейки 1 включается печь сопротивления, которая нагревает ячейку 1 до требуемой температуры. Постоянная температура рабочей камеры поддерживается с помощью термопары 14 и терморегулятора 28, Через электрохимическую ячейку 1 пропускают электрический ток. За счет этого тока определяемый газ, находящийся в расплаве растворителя, выводится в атмосферу, т,е, расплав-растБоритель очищается от определяемого газа. По достижении электрическим током установившегося значения устройство готово к работе. Ток, текущий через ячейку, достигает своего, фонового значения. После этого производят сбрасывание анализируемого образца в расплав через шлюз 5,При падении образца в момент времени t, в слое соли происходит десорбция поверхностно-сорбированного газа в расплав соли и выведение этого газа через твердый электролит ячейки. За время падения до момента времени t в расплаве соли практически весь поверхностно-сорбированный газ успевает перейти в расплав соли и большей частью быть выведенным из расплава соли через ту часть 311 электрода 11, которая находится на-, против области твердоэлектролитной ячейки, контактирующей с расплавом соли. Это приводит к резкому увеличению тока, текущего через твердоэлектролитную ячейку. По мере выведения из расплава поверхностно-рорбированного газа ток через ячейку начинает падать и к моменту попадания образца в слой металла аналитический сигнал (зависимость тока, те кущего через ячейку от времени) успевает сформироваться. В расплаве металла происходит растворение вместе с образцом и содержащегося в нем газа. Спустя некоторое время (время порядка величины времени запаздывания зоп. через диффузионный слой на границе раздела расплав металла твердоэлектролитная ячейка) через область твердоэлектролитной ячейки, контактирующую с расплавом металла, начнет выходить газ, содержащийся в объеме образца. Это приведет к наложению на сформировавшийся аналитический сигнал от поверхностно-сорбированного газа сигнала от газа, содержавшегося в объеме образца.По мере вьшедения газа из расплава ток. текущий через ячейку, достигает свое го фонового значения. Разлагая зарегистрированный аналитический Сигнал на два сигнала: от поверхностносорбированного газа и от газа, соержащегося в объеме образца, по закону Фарадея определяют искомые содерания газов ъ образце. , Количество анализируемого газа определяют по формуле 100 А Г . .... 100 А f J -SFirr t,-t, i,.(t)dt. где первое слагаемое описьшает вклад поверхностно-сорбированного газа, а второе слагаемое - вклад газа, содержащегося в объеме образца; А - атомный вес переносимого через ячейку иона, для кислорода, например, F - число Фарадея; М - масса анализируемого образца,г; п - заряд иона; i,(t)- зависимость тока, текущего через ячейку, от времени - сигнал от поверхностно-сорбированного газа; i,(t)- зависимость тока от времени - сигнал от содержащегося в объеме образца газа. Более точное разделение проводят в логарифмических координатах - логарифм тока от времени.

СПОСОБ ОПРЕ;Ш1ЕНИЯ ГАЗОВ В МЕТАЛЛАХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ, заключакяшйся в том, что производят восстановительное плавление анализируемого образца в расплаве-растворителе с использованием электрохимической ячейки из твердого злектролита с ионной проводаоюстыо по определяемому, газу, которая содержит внешний и внутренний электрода, пропускшот электрический ток через электрохимическую ячейку и по величине заряда, необходимого для восстановления газа, судят о его количестве в образце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности раздельного определения газов на поверхности и газов, находящихся в объеме образца, в качестве расплава-растворителя используют расплав, состоящий из двух слоев, один из которых представляет . собой жидкий металл, а другой - расплав щелочно-галоидиой соли, причем электрохимическую ячейку заполняют расплавом-растворителем так, что верхний торец внешнего электрода расположен между верхней границей верхнего, слоя и границей раздела слоев.