Способ определения содержания водорода в газах Советский патент 1989 года по МПК G01N27/62 H01J49/26 

Изобретение относится к способам определения содержания.водорода в газах и может применяться при прецизионном измерении ИЗОТОПНОГО состава химических элементов, экспериментальных исследованиях и- изучении физико- химических условий образования геологических объектов.

Целью изобретения является определение содержания химически связанного водорода (входящего в химические соединения газов , , и др.) путем установления связи содержаний водорода и , .

На фиг. 1 представлена схема масс- спектрометрической установки для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость количества N,; на фиг. 3 - зависимость f

от количества вводимого в 0, газа SOj.

Масс-спектрометр 1 с разрешающей способностью от 300 до 40000 снабжен трехканапьной напускной системой 2 и двухщелевым приемником ионов. В трехканальной напускной системе каналы 3 и 4 предназначены для введения газа 0-2, а канал 5 - исследуемого газа 50 или СО.,, или N.. Каналы напускной системы соединяются с масс-спектрометром через натекатели 6-8. В качестве эталонного газа выбран кислород вследствие малой распространенности изотопа о

U Q

( -: 2000), что обеспечивает высокую чувствительность метода к водороду и, следовательно, точность изме4 СО

кэ

о

Is5

рения содержания водорода в газах- . примесях и малого содержания связанного водорода в кислороде по сравнёнию с N{, С0{, (фиг. 2).

SOj и другими газами

Способ осуществляют следующим образом.

Эталонный газ Oj (чистый) вводится в каналы 3 и 4 напускной системы, и записывается изотопный сдвиг кислорода, т.е. прямая или нулевая лиш1я, которая при строго одинаковых параметрах каналов 3 и 4 напускной системы равна нулю:

f л

ь (aii

V. , f

n

),-c

.

2

(

n 0

I000%.e0.

).

Затем в третий канал 5 напускной системы вводится исследуемый газ, на- пример 80. Смеоь газов SOa+O вводится в масс-спектрометр для измерення изотопного состава О, О. При наличии в газе 80 соединений происходит перераспределение водорода между и 0г. Соединение кислорода с водородом ( ) накладывается на

изотопный пик 0 0, в результате чего вызывается смещение величин , в сторону обогащения тяжелым изотопом: .

Изобретение может использоваться при прецизионном измерении изотопного состава химических элементов, экспериментальных исследованиях и изучении физико-химических условий образования геологических объектов. Цель изобретения - определение химически связанного водорода в газах. Способ заключается в том, что исследуемый газ смешивают с кислородом в отношении от 1:20 до 1:10. Смесь вводят в источник ионов масс-спектрометра, ионизируют и проводят контроль изотопного содержания ¹⁷0 и ¹⁸0. Сравнивая с истинным изотопным составом кислорода, судят о содержании водорода в исследуемом газе. 3 ил.

0

|П

Величины У О и «Г О определяются 30 янного тока при регистрации соответ- через напряжения на усилителях посто- ствующих пиков как

(

Vi«0a

).-(

( V 0 ч «

У«0г

и при (V«0,),.(,)0. .r«

V

ЮООХо, .1000%..

Откуда

1000%о

V О О и

ол-тазгП В масс-спектрометр вводится такое Количество кислорода, которое на мае-55 се 32 ( 0) вызьшает напряжение V 04 «10,0 в.и оно приравнивается к 100%, а ,;ИЛИ Х%, от1000%о о

1000%о о .

).-(

О V«0t

0 ч i «

1000% 6.

.„aX«o,H. „х«ол.

100% V«0i

Пример. Определение количества связанного водорода в газе 80.

В каналы 3 и 4 напускной системы масс-спектрометра вводится строго ; одинаковое количество газа 0,, которое вызывает напряжение в регистрирующей системе масс-спектрометра В, и записываются / О и : , значения которых должны быть равны 0. Затем в канал 5 вводится

двуокись серы, содержание которой

составляет 10% от 0, т.е.

В.

Такое содержание серы обусловлено выбором линейного участка изменения и от количества вводимого в О газа .SO (фиг. 3). По величине изменения , равной 250%, определяется количество водорода, присоеди. с/ О вившегося к 0 , как V Тпппчо

„ 250%

1000%о

п,

О

2000

1000 мВ

2000 0,13% от 80д.

1000%о 1,3 мВ, что составляет

Отношение

2000

вьшодится .из

VJ о г

Предлагаемый способ позволяет боV ff iC. /Ъ «ъ ъ Члв- Ц т J У л «А Ъг , Л Xf

-.,,.., которое устанавлива-

20 лее точно определить физико-химичесется исходя из реальных показателей масс-спектроме-Гра.

Наряду с образованием про«г

исходит образование и , количество водорода в зтих соединениях 25 рода приводит к искажению закономеропределяется аналогично, т.е.

.H,. ..

1000%

. Величина при этих измерениях равна +100%, а отношение

;s 400. Следовательно,

2,5 мВ, что состав400JP

О

10р%о 10000 Д 1000%о 400 ляет 0,25% от 80.

При допущении равновероятного распределения водорода между 80 и Oj, в SOj также содержится водород, который можно вычислить из соотношения yOi S VHisQi 780 VH.B86- . VSOi AT I 1000мВ 3,8 MB

ТОТ :2:Vtt,jBbU 10000 MB

как SiVHjB 80

0,4 мВ, что составляет 0,04% от 80г. 45 целью расшиТаким образом, в 80 содержит- |СЯ 0,42% водорода.

Уровень распределения водорода между молекулами-можно определить

рения функциональных возможностей путем определения химически связанного водорода, перед ионизацией иссл дуемый газ смешивают с кислородом с

путем калибровки по эталонным образ- 50 предварительно измеренным изотопным

составом в соотношении 1:20-1:10, измеряют концентрации изотопов кисцам.

Для проверки правильности определения связанного водорода в газах по предлагаемому способу в стеклянную

лорода и 0 в смеси, по- величине изменения которых относительно ампулу с чистым рением после дпитель- 55 чистого кислорода судят о содержании ной откачки ее на высокий вакуум водорода в исследуемом газе.

9202

() с,высокотемпературным прогревом (600-7рО С) вводится тот же газ SO 7 и то же количество газа (VSO -IOOO мВ), что и в примере, т.е. 10% от количества Oj. Затем ампула запаивается и на нее подается высоковольтное импульсное напряжение в течение 10 мин. Далее ампула по- 0 мещается в масс-спектрометр. Результаты исследований показывают, что при полном разложении на и Н по величине пика водорода (5 мВ) и количеству вводимого в ампулу газа J5 (1000 мВ) определяется процентное содержание водорода в 80, которое равно 0,5%, что согласуется с результатами измерений в примере.

Предлагаемый способ позволяет бо- Ц т J У л «А Ъг , Л Xf

кие условия образования исследуемых минералов по закономерностям фракционирования изотопов, так как наличие в исследуемых газах связанного водокостей фракционирования изотопов, получить более точную информацию об окислительно-восстановительных реакциях в экспериментах и при изучении

месторождений, так как позволяет контролировать перемещение водорода

в минералах и газах, а также более эффективно определить геохимические барьеры, на которых происходит отложение драгоценных металлов (золота, серебра, платины и др.) и других полезных ископаемых.

40

Формула изобретения

Способ определения содержания водорода в газах, включающий ионизахщю газа и последующий масс-спектромет- рический анализ, отличаю целью расширения функциональных возможностей путем определения химически связанного водорода, перед ионизацией исследуемый газ смешивают с кислородом с

составом в соотношении 1:20-1:10, измеряют концентрации изотопов кислорода и 0 в смеси, по- величи3

.1

Щуг2

f«Sso

Унг(мВ)