Способ определения кислорода и азота в металлах Советский патент 1961 года по МПК G01N23/00 G01J3/28 

В настоящее время известны и применяются для определения кислорода и азога в металлах два основных метода - метод вакуумплавления и метод эмиссионного спектрального анализа. Оба эти метода наряду с определенными положительными особенностями обладают и рядом существенных недостатков.

Методы вакуумплавления связаны с необходимостью полного выделения газа и из металла, полного его улавливания и количественного анализа выделившейся из металла смеси газов, что в ряде случаев оказывается затруднительным.

Методы эмиссионного спектрального анализа связаны с необходимостью применения эталонов, создание и хранение которых также затруднительно. Невозможность применения единых эталонов для анализа любых металлов лищает спектральные методы универсальности.

Известен также описанный в 1953 году изотопный метод определения кислорода в металлах, при котором его окончание, т. е. определение относительного содержания изотопов кислорода после уравновешивания производится масс-спектрографическим путем, что делает этот метод громоздким и трудным для практического использования.

Предложенный новый способ определения кислорода и азота в металлах свободен от вышеуказанных недостатков и заключается в том, что, с целью упрощения определения, относительное содержание изотопов определяют спектральным путем.

Этот способ определения кислорода и азота в металлах пололчительно отличается от известных методов тем, что его использование не связано с необходимостью полного извлечения, полного улавливания и количественного анализа выделившейся из .металла газовой смеси или с необходимостью применения эталонов или масс-спектрографа.

М 142811- 2 Oni cSbi3iate3Hj m метод основан на сочетании изотопического уравновешивания .естественного .кислорода (или азота), заключенного в металлё,(т)па |ислорода О (или изотопа азота N), вводимого в oij{ie efteHjti/ if количествах в реакционный сосуд, с последующим спектроскопическим определением относительного изотопного состава кислорода tifflft jbTa) в уравновегиенной газовой фазе. Таким путем обходятся слабътё CtopOHbi известных з настоящее время методов определения кислорода (или азота) в металлах, поскольку в предложенном новом методе используются измерения только относительных концентраций изотопов и не применяется масс-спектрография. Определение количества кислорода (или азота) в металле проводится путем сравнения с известным количеством участвовавшего в уравновешивании изотопа кислорода О (или изотопа азота N).

Ход анализа при определении кислорода и азота - тождественный, а потому в дальнейшем .излол ен только ход определения кислорода.

Навеску металла m закладывают в предварительно освобожденный от газа реакционный сосуд (обмеиник) известного объема V мл. Обменник заполняют кислородом, содержащим более 10% изотопа О , до давления Р, которое измеряется манометром в мм ртутьюго столба.

При нагреве обменника до температур, близких к точке плавления металла и превосходяш их температуру разрушения окислов данкого металла, происходит процесс изотопического обмена между кислородом, находящимся в металле, и изотопом кислорода О , ваодимым в обменник. По истечении определенного времени, зависящего от сорта металла и температуры, устанавливается динамическое равновесие, при котором отнсительпая концентрация изотопов кислорода S, газовой фазе над металлом перестает меняться со временем.

В силу близости свойств изотоцов кислорода 0 и О , при достижении изотопического равновесия относительная концентрация изотопов Ов и О в газовой фазе соответствует их относительной концентрации в металле и равна отношению полного количества атомов изотопа О и полному количеству атомов изотопа О®, участвовавших в изотопическом уравновешивании:

. ,

.-(Я (Я)(1)

С/металл Д С/общее.

Используя формулу (1), а также уравнение Клайперона-Менделеева, написанное для полного количества изотопов кислорода, подлежащего определению в металле, и полного количества изотопов кислорода, специально введенного в обменник, получают расчетную формулу для определения искомого количества кислорода в металле

г р16 р15- -1

/ -о Т Р /

л1

- V,;,(2)

где:УО - - количество кислорода в навеске металла и У ,, поправка холостого опыта в мл кислорода при нормальных условиях; относительная концентрация изотопов О и- О в обогащенном кислороде, специально водимом в обменник перед началом уравновешивания;

-jg- - относительная концентрация изотопов О и О® в газоной фазе после уравновешизания; TO ц РО - нормальные температуры (273°К) и давление

(Ро 760 мм рт. ст.);

Т и Р -температура и. давление вводимого в обменник кислорода, обогащенного изотопом V -объем обменника а мл. Относительную концентрацию изотопов в уравновешенной газоСБОЙ фазе -Yg определяют спектроскопически по относительной ннтенсивности кантов полос изотопических молекул окиси углерода (для азота - по относительной интенсивности кантов полос изотопических молекул N2 N2 и N, N).

Если определение кислорода производят в безуглеродистом металле, то молекулы окиси углерода получают, вводя в обменник небольшое количество чистого графита. Величины V и V,, являются постоянными параметрами установки и определяются. Величина (

является постоянной для данного баллона с обогащенным изотопом 0 кислорода и из1меняется лишь при замене баллона.

Предмет изобретения

Способ определения кислорода и азота в металлах, основанный на изотопном уравновешивании кислорода или азота металла и изотопа кислорода (кислород-18) или азота (азот-15), вводимых реакционный сосуд, отличающи йся тем, что, с целью упрош.ения определения, относительное содержание изотопов определяют спектральным путем.

С1