Способ хранения проб и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N1/00 

Изобретение относится в основном, к области металлургии и может использоваться при хранении проб веществ, преимущественно, высокоактивных, в лабораторной и научно-исследовательской практике: при изготовлении образцов для анализа, хранении и транспортировке проб химически активных к внешней среде материалов - щелочных и щелочноземельных металлов, сплавов, высокодисперсных веществ (например, пирофоров), биологически активных лекарственных веществ, тонких напыленных слоев в микроэлектронике, активных газов (например, фтора), высокогигроскопичных веществ, материалов с высокой чистотой обработки поверхности и т.п.

Известны способы хранения и транспортировки активных веществ, например в керосине, под слоем масла, в жидком азоте, в среде инертного газа, в откаченных ампулах и т.д..

Также известен способ хранения летучих веществ, включающий загрузку вещества в контейнер, герметизацию контейнера, замораживание вещества и выдерживание его в этом состоянии при температуре ниже

VJ

00

о

GO 00

со

температуры плавления вещества, причем сразу после его замораживания, с целью уменьшения загрязнения, размораживают слой вещества, непосредственно прилегающий к стенкам контейнера, и удаляют полученную жидкость из контейнера.

В этом решении загрязненный примесями жидкий внешний слой пробы, стекающий по стенкам и замороженной пробе, уменьшает количество загрязнений, но не

исключает его полностью, так как поверхность пробы находится в контакте с грязной жидкостью. Однако это не устраняет контактов пробы с воздухом, парами воды и т.д., что недопустимо, и. кроме того, приводит к потерям вещества.

К недостаткам способа можно отнести и то, что и при хранении проба (вещество) касается внутренних стенок контейнера, что неизбежно приводит к поверхностным загрязнениям.

Наиболее близкими по технической сущности -к предлагаемому решению являются способ отбора пробы продавливанием охлаждаемого криогенной инертной жидкостью (КИЖ) инструмента через слиток, нахр- дящийся в КИЖ, с последующим отрезанием торцевых частей образца, и устройство для его осуществления, включающее криостат и расположенный над ним пробоотборник.

Однако известное решение не позволяет полностью защитить поверхность пробы от загрязнений при контакте с окружающим пространством, особенно при длительном хранении и транспортировке. При длительных манипуляциях с охлажденным до криогенной температуры образцом на его поверхности образуется тончайший слой (до сотен микрон) намораживаемых газов (углекислого газа, воды и т.п.), который при размораживании может успеть прореагировать с поверхностью пробы. Поэтому в даль нейшем перед ее использованием потребуются дополнительные операции по очистке: сушка, механическая обработка или ионная бомбардировка поверхности. При хранении же и транспортировке пробы в криогенной жидкости неизбежно попадание замороженных паров воды и газов в контейнер и намерзание их на пробу с последующим загрязнением поверхностных слоев из-за диффузии.

Криостат известного устройства не позволяет изолировать поверхность пробы, находящейся в КИЖ продолжительное время, от намерзания постоянно конденсирующихся из окружающей атмосферы газов, в т.ч. паров воды, которые, опускаясь в виде твердых хлопьев, через определенное время намораживаются сплошным слоем на внутренней поверхности криостата и на пробе. В силу указанных причин устройство не применяется при длительных манипуляциях с образцом и для хранения проб.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, сохранение чистоты и постоянства состава поверхности пробы в процессе хранения.

0 Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем формирование пробы в криостате с КИЖ пробоотборником, охлажденным до криогенной температуры, выталкивание образца в КИЖ, после вытал5 кивания пробу вмораживают в КИЖ, а хра- . нение пробы с оболочкой из инертного льда осуществляют при температуре ниже температуры замерзания КИЖ, причем перед выталкиванием пробы, с целью предот0 вращения контакта последней с внутренней поверхностью криостата, на дне последнего предварительно намораживается подложка из КИЖ.

Поставленная цель достигается также

5 тем, что в устройстве, включающем охлаждаемый до криогенной температуры пробоотборник и криостат с крышкой, в основании криостата расположен теплопровод, а снаружи криостата охладитель по0 следнего, при этом с целью улучшения выполнения функции охлаждения теплопровод выполнен Т-образного сечения с вы- ходящим за пределы криостата вертикальным элементом, а внешний охла5 дитель выполнен либо в виде трубчатого хладопровода, выходное отверстие которого расположено непосредственно под теплопроводом либо в виде дополнительного криостата, причем для ускорения заморажи0 вания верхнего слоя КИЖ и предотвращения попадания примесей в оЬъем криостата крышка последнего, в свою очередь, выполнена в виде криостата с теплопроводящим дном, последнее может располагаться ниже

5 верхних кромок криостата с пробой.

Использование конкретных КИЖ диктует выбор хладагента, которым будет замораживаться данная КИЖ с пробой: температура кипения хладагента должна

0 быть ниже температуры замерзания КИЖ. Например, в качестве КИЖ можно использовать жидкие аргон, криптон,ксенон,тогда в качестве хладагента, заливаемого во внешний криостат или во внешний хладо5 провод, можно использовать жидкий азот, кислород, водород, гелий, неон, Если же в качестве КИЖ использовать, например, азот, то его замораживание во внутреннем криостате следует производить жидким гелием, неоном или водородом.

Необходимые данные о температурах кипения (Ткип) и замерзания (ТПл) криогенных жидкостей приведены в таблице.

Предлагаемое для реализации способа устройство показано в разрезе на чертеже.

Устройство состоит из криостата 1, который накрывается герметичной крышкой 2, выполненной, в свою очередь, тоже в виде криостата, дно которого представляет собой теплопровод в виде металлической пластины 3. Возможность герметизации объема криостата 1 обеспечивается тефло- новыми прокладками 4, прижимающимися по всему периметру крышкой 2. В дне криостата 1 располагается металлический теплопровод 5 Т-образного сечения, причем его вертикальный элемент расположен непосредственно над выходным отверстием хладопровода 6 или над дополнительным криостатом 7.

Предложение реализуется следующим образом. В основной криостат 1 заливают КИЖ 8. Затем криогенной жидкостью 9 (с температурой кипения, меньшей температуры плавления КИЖ 8), заливаемой в хла- допровод 8, омывают металлический теплопровод 5, намораживая тем самым на дне криостата 1 (вокруг теплопровода 5) инертный лед 10 из КИЖ. Намораживание льда может также производиться заливкой соответствующей криогенной жидкости в криостат 7 до уровня теплопровода 5. На образованную таким путем подложку из льда 10 выталкивают отобранную пробоотборником 11 пробу 12. После этого криостат 1 закрывают крышкой 2, в полость которой заливают хладагент 9, и в результате чего некоторое время весь объем КИЖ 8, окружающий порбу 12, замерзает, вмораживая ее в себя, при этом в процессе замораживания пробы 12 последняя соприкасается только с жидкой и твердой КИЖ.

При соприкосновения теплопровода 3 крышки 2 с поверхностью КИЖ 8 последняя мгновенно замораживается, защищая пробу 12 сверху. После полного замораживания содержимого криостата 1 последний герметизируют крышкой 2 (стягивающие винты не показаны) и хранят в условиях, обеспечивающих охлаждение теплопроводов 3 и 5 криогенной жидкостью 9, в частности, погружают криостат 1 с крышкой 2 полностью в заполненный криогенной жидкостью 9 криостат 7,

Как указано выше, определяющим в выборе криожидкостей является то, что температура кипения криожидкости 9 (не обязательно инертной, например, кислорода) должна быть ниже температуры замерзания КИЖ 8. В случае необходимости

извлечения пробы 12 инертный лед 10 с вмороженным образцом переносят в предназначенное для этого устройство, например в откачиваемый объем, ставят на 5 соответствующую подложку и равномерно нагревают со всех сторон, например, путем освещения сильным источником света, в результате чего верхние слои льда с загрязнениями, образовавшимися в процессе

0 хранения или транспортировки, испаряются раньше, чем внутренние слои, что предотвращает контакт пробы со способными загрязнить ее поверхность веществами. Предложение поясняется следующими

5 примерами, подтверждающими достижимость цели изобретения.

Пример 1. Микроканальная пластина видикона после оже-анализа поверхности помещена на дно криостата, заполненного

0 жидким аргоном, и вморожена в последний, причем теплопроводы крышки и криостата охлаждались жидким азотом. Полное замораживание содержимого криостата произошло через 20-30 с. После хранения

5 полученного слитка льда в погруженном в жидкий азот криостате в течение 3 мес, образец вышеупомянутой пластины видикона, размороженный в вакуумной камере, сохранил тот же поверхностный состав, который

0 был у него до консервации.

Пример 2. Отобранная непосредственно в жидком аргоне проба металлического цезия была вытолкнута пробоотборником на предварительно намороженную жидким

5 азотом на теплопроводе подложку из инертного льда, т.к. необходимо защищать всю. в т.ч. и нижнюю поверхность пробы от ма: лейших загрязнений. Образец цезия был вморожен в течение 20-30 с и хранился в

0 течение 2 мес в закрытом криостате, погруженном в жидкий азот. После этого слиток льда с цезием был разморожен на подлож ке нагревателя, установленного непосредственно в камере оже-спектрометра. Анализ

5 поверхности как в твердом, так и в жидком состоянии, не выявил поверхностных за; грязнений.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает возможность надежной защи0 ты в течение продолжительного времени атомарно-чистых поверхностей различных веществ: щелочных и щелочноземельных металлов и их сплавов, высокоактивных природных и искусственных лекарственных

5 препаратов, доз высокотоксичных и высокоактивных газов, например, фтора, высокодисперсных (в частности, пирофорных) . порошков, изделий микроэлектроники, например мишеней видиконов, высокогигроскопичных веществ любого типа,

поверхностей с высоким классом обработки, и т.д.

Формула изобретения

1. Способ хранения проб, включающий помещение пробы в криогенную жидкость, отличающийся тем, что, с целью сохранения чистоты и постоянства состава поверхности проб при длительном хранении, пробу вмораживают в объем криоген- ной жидкости и хранят в дальнейшем при температуре, меньшей температуры замерзания криогенной жидкости.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что пробу перед вмораживаниём поме- щают на ледяную подложку из криогенной жидкости.

3. Устройство для хранения проб, включающее криостат с крышкой, отличающееся тем, что, с целью сохранения чистоты и постоянства состава поверхности пробы, криостат снабжен расположенными

в основании его корпуса теплопроводом и внешним охладителем последнего.

4. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что теплопровод выполнен Т-образным в сечении и с выходящим за его пределы вертикальным элементом.

5. Устройство по пп. Зи4, отлича tout ее с я тем, что внешний охладитель выполнен в виде трубчатого хладопровода, выходное отверстие которого расположено под теплопроводом.

6. Устройство по пп. Зи 4, отличающее с я тем, что внешний охладитель выполнен в вцде криостата.

7. Устройство по пп. 3-6, отличаю - щ е е с я тем, что, с целью ускорения вмора- живания пробы, крышка выполнена в виде криостата с теллопроводящим дном.

8. Устройство по п. 7, о т л и ч а ю щ е е- с я те,м, что уровень теплопроводящего дна крышки криостата находится ниже верхних кромок криостата с пробой.

Изобретение относится к хранению проб веществ, преимущественно, высокоактивных. Целью изобретения является сохранение чистоты и постоянства состава поверхности пробы при длительном хранении. Предназначенную для хранения пробу (П) отбирают в криостате с криогенной инертной жидкостью (КИЖ). Затем чистую П вы- талкивают на дно криостата или предварительно намороженную из КИЖ подложку и вмораживают в объем КИЖ. Хранят полученный слиток льда с П при температуре ниже температуры замерзания КИЖ. Замораживание производится через теплопровод в дне криостата. Охлаждение теплопровода, который выполняется как плоским, так и Т-образного сечения, производится заливкой во внешний охладитель криожидко- сти с температурой кипения меньшей, чем температура замерзания КИЖ. Аналогичной криожидкостью заливается крышка криостата, выполненная, подобно последнему, в виде криостата с теплопроводящим дном. Дно крышки может находиться ниже верхних кромок основного криостата. Внешний охладитель выполнен в виде трубки-хладо- провода или внешнего криостата; причем последний может использоваться для хранения полностью погруженного в криожид- кость основного криостата с П, вмороженной в слиток льда из КИЖ. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл, 1 ил. « Ј