Способ определения водорода в титане Советский патент 1992 года по МПК G01N30/06 

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения содержания водорода в переходных металлах III-V групп, преимущественно титана, и их гидридах.

Примеси водорода в металлах оказывают значительное влияние на их механические свойства, обуславливая так называемую водородную хрупкость. Поэтому необходимо производить аналитический контроль на содержание этого элемента.

Известен способ определения водорода в титане, основанный на нагреве образца в вакууме при температуре ниже температуры его плавления. Водород экстрагируют из образца титана, собирают в калиброванный объем и по разности давления до и после экстракции находят количество извлеченного водорода. Реализация способа сопряжена с использованием нестандартного оборудования, громоздкого и сложного в эксплуатации. Это зачастую приводит к внесению в результат анализа случайной погрешности за счет разгерметизации установки.

Известен способ определения водорода в металлах, при котором водород экстрагируется из анализируемого образца в атмосфере газа, инертного по отношению к металлу при температуре до 1300°С. Процесс газовой экстракции проводят в замкнутом объеме. Выделившийся из металла водород уносится потоком газа-носителя и анализируется хроматографическим или другими методами. При использовании этого способа необходимо, учитывать, что часть водорода остается в образце в количествах, соответствующих содержанию водорода в газе-носителе, что приводит к значительной систематической погрешности. Для ее исключения приходится использовать несколько циклов экстракция - продувка в ходе выполнения одного анализа.

XI

ю

00

ю

ю

Наиболее близким к изобретению является способ, по которому нагрев образца металла осуществляется в потоке инертного газа (аргона) при температуре экстракции водорода, ниже температуры плавления ме- талла. Выделившийся водород непрерывным потоком аргона подают на хроматографическое детектирование.

Недостатком способа является длительное время (до 90 мин) полной экстракции водорода. Это приводит к тому, что хрома- тографическая зона размыта и получаемый асимметричный хроматографический пик может быть обсчитан лишь со значительной погрешностью.

Целью изобретения является повышение точности способа за счет ускорения газовыделения водорода.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения водорода в титане, включающему извлечение водорода из образца при нагревании до температуры ниже температуры плавления титана в потоке газа-носителя и последующее хроматографическое окончание, в качестве газа-носителя используют смесь азота и кислорода, взятых в соотношении 100:(0,2- 1,0). При этом происходит более интенсивная экстракция водорода за счет сочетания процессов его выделения из твердого рас- твора и расположения гидридов с образова- нием оксидных, нитридных и оксинитридных соединений титана, а также твердых растворов внедрения кислорода и азота. В результате значительно сокращает- ся время экстракции водорода из анализируемой пробы, что позволяет получить узкую хроматографическую зону водорода и симметричный хроматографический пик. Это способствует более точному детектиро- ванию экстрагированного водорода.

При содержании в газе-носителе кислорода выше 1,0% возникают значительные систематические погрешности за счет потери части водорода из-за его окисления. При содержании кислорода меньше 0,2% происходит замедление процесса выделения водорода из образца, размывание хроматографической зоны экстрагированного газа и снижение точности определе- ния.

Способ осуществляют следующим образом.

Пробу металлического титана (стандартный образец с содержанием водорода

0,020 мас.%) массой 0,03-0,06 г нагревают до 1100°С в потоке газовой смеси азот - кислород, взятых в соотношении 100:(0,1- 0,2). В результате образуются оксиды, нитриды и оксинитриды титана и твердые растворы кислорода и азота в титане, а водород практически полностью экстрагируется из металла в течение 1,5-2 мин с момента термовоздействия на пробу. Извлеченный газ непрерывным потоком поступает на хроматографическое детектирование. Объемный расход газа-носителя 50 см3/мин.

Пробу этого же стандартного, образца массой 0,03-0,06 г нагревают до 1100°С в потоке аргона по известному способу и экстрагированный водород также поступает на хроматографическое детектирование.

Результаты проведенных анализов проб титана по известному предлагаемому способам представлены в таблице (Р 0,95; п 10, d 0,003 мас.%).

Абсолютное допускаемое расхождение d 0,003 мас.% взято как абсолютное допускаемое расхождение содержания водорода в используемом стандартном образце.

Из таблицы видно, что при содержании в газе-носителе кислорода до 0,2 об.% хроматографический пик водорода размыт и ве- лико относительное стандартное

отклонение (Sr), характеризующее воспроизводимость определения. Использование газа-носителя с содержанием кислорода свыше 1 % сопряжено со значительной систематической погрешностью (Х - ХСт) результата определения за счет потери части водорода из-за его окисления. При этом не выполняется критерий IX - ХСт 0,7 d, характеризующий систематическую погрешность определения. При заявляемом соотношении азота и кислорода в газе-носителе, равном 100:(0,2-1,0), обеспечивается определение водорода с небольшой систематической и случайной погрешностью. Формула изобретения Способ определения водорода в титане, включающий извлечение водорода из образца при нагревании в потоке газа-носителя и хроматографическое его определение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа путем ускорения газовыделения, в качестве газа-носителя используют смесь азота и кислорода в соотношении 100:(0,2-1,0).

Примечание. Sr - относительное стандартное отклонение результатов определения, характеризующее воспроизводимость опредения:

Изобретение может быть использовано для определения водорода в переходных металлах III-VI групп и их гидридах. Пробу нагревают в потоке смеси азота и кислорода, взятых в соотношении 100:(0,2-1,0), и выделяющийся водород направляют на хро- матографическое детектирование. 1 табл.

jЈ(Xiгде п - количество параллельных определений;

результат i-ro параллельного определения, мае.%; X - средний результат определения, мас.%

Хс.т - аттестационное содержание водорода в стандартном образце титана; г - время экстракции, мин.