Способ измерения парциального давления кислорода Советский патент 1988 года по МПК H01J49/26 G01N27/62 

(21)4097163/24-21

(22)26.05.86

(46) 07.04.88. Бюл. № 13

(71)МГУ им. М.В. Ломоносова

(72)И. Д. Сорокин, 0. М. Вовк, Е. Б. Рудный и Л. Н. Сидоров (53) 621.384(088.8)

(56) Чуфалов Г. И., Мень А. И., Балакирев В. Ф., Журавлева М. Г., Щепеткин А. А. Термодинамика процессов восстановления окислов металлов. - М., Металлургия, 1970.

Sidorov L. N., Sorokin Т. D., Nikitin М. I., Skokan Е. V., Effusion Method for Determination of the Election Affinity and Heat of Formation of Negative Lons. - Int. I. Mass-spectrom Ion Phys, 1981, V. 39, p. 311-325.

Piacente V., J. Matousek. Mass- spectrometric determination of sodium partial pressures over the system NajO 2Si02 Silikaty XVII, 1973, № 4, p. 269-279.

(54) СПОСО.Б ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА

(57) Изобретение может быть использовано при определении парциальных давлений кислорода в высокотемпературных процессах, в частности МГД- генераторах, химии плазмы, при плавлении металлов. Способ измерения парциального давления кислорода состоит в следукщем. В исследуемую систему вводят добавку веществ, дающих в насыщенном паре системы отрицательные кислородсодержащие ионы, нагревают исследуемую систему в эффузионной камере, измеряют ионы на масс-спектрометре и рассчитывают парциальное давление кислорода по ионно-молеку- лярному равновесию. Вещества, дающие отрицательные кислородсодержащие ионы: , K2SO(SO, SO, 804), K,jCr04, (CrO;, CrO;), NaPO,(PO, P0,). Способ высокочувствителен (до ) и не требует определения константы чувствительности аппаратуры. 2 табл.

Q €

(Л

со оо -J

Изобретение относится к измерению парциального давления газов в смесях конкретно к измерению парциального давления кислорода в насьи-.енных пара сложного состава, и может быть использовано при определении парциа пь- ных давлений кислорода в высокотем пературных процессах, в частности МГД-генераторах, химии плазмы, при плавлении металлов, а также в аналитических целях.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

Способ заключается в том, что в исследуемую систему вводят добавку веществ, даюшлх в насыщенном паре системы отрицательные кислородсодержащие ионы, нагревают исследуемую систему в эффуэионной камере, изме- ряют ионы на масс-спектрометре и проводят расчет парциального давления кислорода по ионно-молекулярному равновесию.

Вещества, дающие отрицательные кислородсодержащие ионы:

, so;, ), к,,сг04,

Na,,Cr04 (CrO; , CrO;), NaPO,(POi, PO,) .

Пример. В систему Na O SiO, (50 мол.% ), не дающую в щенном паре отрицательных кислородсодержащих ионов, вводят добавку хромата калия. Проводят два опыта с разным количеством добавки: в первом эксперименте на 150 мг NajO SiO взято 10 мг , что составляет 2,05 мол.%, во втором случае на 130 мг NaiO-SiOj 1,5 мг , что составляет 0,36 мал.%. Вещества тщательно перетирают в агатовой ступке, смесь помещают в эффузион- ную камеру, нагревают до 1200-1344 К

В насыщенном паре появляются ионы CrOJCrO, которые регистрируют масс- спектрометром. Через отношение зарегистрированных ионных токов рассчитывают отношения давления ионов

) 1() МССгО ,).

р(Сго) iTcro;) )

где Р - парциальное давлет1ие ионов; 1 - измеряемый ион1шй ток; М молекулярный вес исшов. По ионн1)-молекулярному равновесию

(JrO; +1/2 О, СгО;

рассчи гъияаю г Kuc. nip .v ia

парциальное дал.Ч - Ние

Р(о ) EiciQil. (рссго;) KpJ

f i(i 0i) M(cro;) 1 iTcro,) мссгб Т к.

5 0

5

о

5

0

5

0

5

Константа равновесия (К ) рассчитывается из термодинамических данных участников равновесия по известным формулам или измеряется в опытах с известным парциальным давлением кислорода.

Верхний предел количества добавки определяется ее влиянием на активности компонентов системы и составляет 4 Мол.%. Нижний предел определяется чувствительностью аппаратуры и составляет около 0,1 мол.%.

Парциальное давление кислорода в системе SiOi (50 мол.% Na,0) .представлено в табл. 1.

В табл. 2 приведены примеры ществ, которые могут быть использованы в качестве добавки для определения парциального давления кислорода. В последней колонке рассчитано минимальное парциальное давление кислорода РМИШ KOTdpoe может быть измерено предлагаемым способом.

Максимальное парциальное давление, которое может быть определено предлагаемым способом, определяется кнудсеновским пределом испарения и равно 10 атм. Таким образом, предлагаемый способ измерения парциального давления кислорода по сравнению с известным позволяет значительно увеличить чувствительность измеряемых парциальных давлений кислорода (до атм), а также исключить вклад давления остаточных газов в измеряемые величины и не требует определения константы чувствительности аппаратуры.

Формула изобретения

Способ измерения парциального давления кислорода в насыщенных парах сложного состава зффузионным методом, включающим нагревание исследуемой системы в зффузионной камере, масс-спектрометричес,кое измерение ионных токов компонентов пара с последующим расчетом парциального давления кислорода, о т л и ч а ю m и и - с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в исследуемую сиетему вводят добапку веществ, дающих ионы, измеряют их и проводят расчет при нагревании в насыщенном паре сие- парциального давления кислорода по темы отрицательные кислородсодержащие ионно-молекулярному равновесию.

SOjSO,

so, so ро;, ро;

CrOj, CrO

Таблиц

Таблица 2

k T ° -

(

°.) У - 3°°

i; °°- ™