Способ определения содержания углерода в металлах Советский патент 1982 года по МПК G01N23/221 

(54) СПОСОБ ОПРЕД УГЛЕРОДА Изобретение относится к области активационного анализа и может (быть ислрл1 зовано при определении примеси углерода в различных металлах по реакции С (d, п) N с радиохимическим выделением анадитинеокого изотола a3orr-li3. Известен метод нейтронно-активациониого определения, содерж:ания углерода 1 согласно которому пробу облучают в потоке нейтронов, выделяют образующийся изотоп азот-13 и кзме1ряют его .акти1вяость. Для реализации этого способа требуется сложная и не всегда доступная аппаратура и высокая квалификация оператора. Кроме того, проба при анализе полностью разрушается, что исключает возможность повторного анализа и не позволяет определить распределение примесей по глубине. Известен также способ определения содержания углерода 2, заключающийся в облучении пробы нейтронами и последующем измерении наведенной активности пробы. Этот способ имеет недостаточную точность и требует использования больших навесок, что не всегда достижимо. Наиболее 1бли131ким к 1за1Я1вл1яемому по тех)Шичес|Кой сущяостти и досшгаемому ipeзультату являет1ся опооаб О1пределе1Нйя .содержания угл€:р.О(Да в .металлах 3, заключающийся в облучеиии аяалиаируемой проНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЕТАЛЛАХ бы, (разложении облученной пробы в кислоте ic Последующим В1веден1И1ем носителя азота и щелочи, ра.диохнмическом .вы.делен1ии азота отгоикой в виде tawtutiaKa из щелочнаго (раствора и измерении наведеиной активности выделенного изотопа азот-13. Недостатком указанного способа определения углерода является то, что применяемая в спосо:бе операция выделения азота заимствована без достаточной экспериментальной проверки из способа определения азота в металлах по Къельдалю. Для применения метода Къельдаля при выделении радиоактивного азота из металлов необходимо убедиться, что выделение азота-13 из металлов отгоиюой аммиака является ко.чичественным и химический выход по неактивному и активному азоту совпадает. Так может быть не всегда, что следует из специфических условий радиохимического выделения азота-13. 1. Небольшой период полураспада азота-13 (10 мин) ппребует выбора (растворителей, обеспечивающих быстрое (за несколько минут) переведение облученного образца в раютвор. Это :может ириводить к тому, что при разложении атомарный азот не успевает реагировать с атомарным водородом с образованием аммиака и происходит «вынос радиоактивного азота.

2. Возможны случаи, когда .быстрое растворение металлов происходит с использованием растворителей, не выделяющих атомарный водород, что также исключает образование аммиака по реакции

N + ЗН - NHs

3. Быстрбе растворение многих металлов, таки:х 1ка« V, Ti, Nb, Та, Mo, W, Ag, Си удобно проводить в растворителях на азотной кислоты. В этом случае возМожно образование из аммиачной форма не связанного азота за счет реакции с иизШйми окислами азота, продуктами разложенияазотной кислоты.

2NHJ-+M02 - 2N2+4H20

.Аналогичные реакции возможны и е продуктами разло:жения других окисляющих кислот, напримерхлорной

. 2МНз + 3С1О-- N2 + 3Cl--b3H2O Таким образом, при разложении облученных образцов в различных кислотах и радиохимическом выделейии только аммиачной формы азота возможны потери азота с отходящими при растворении газами. Это вноеит ошибку в зйачениё химического выхода .азота, определяемого по носителю, добавляемому в аммиачной форме после разложения пробы. В конечном итоге это должно приводить к заниженным результатам анализа.

Цель изобретения - повыщение точности анализа.

Поставленная цель достигаетсятём, что при способе определения содержания углерода в металлах, заключающемся в облу-чении анализируемой пробы дейтронами,

-разложении облученной пробьт в кислоте с последующим введением носителя азота и щелочи, радиохимическом выделении изотопа азот-13 отгонкой ;в виде аммиака

йз щелочного раствора и измерении наведенно.й активности выделенного изотопа

азот-13, улаБливают .выделяющиеся при

разложении облученного образца газы и

-измеряют активность содержащегося в них

.изотопа азот-1, а о .сод.вржан1йи углерода судят по суммарной активности изотопа азот-|13, измераниой s газовой фазе и в,.аммиаке.

В табл. I приведены полученные экспериментально результаты выделения радиоактивного азота в тазовую фазу при разложении кислотами о.блученных дейтронам.и металлов.

видно из табл. 1, потери радиоактивного азота при разложении пробы дей: ст в:йтелькр иметот мести, их веадчина за1висит от анализируемого металла и применяемого растворителя. Наибольшие по782492

терц наблюдаются при использовании рас творителей на основе бкисляющих кислот и особенно велики они для ванадия, железа, лиобия и вольфрама. , для вана.дия практически весь (89-98%) азот можно потерять при растворении образца в азотной кислоте, а для Nb, Fe и W в отдельныз экспериментах: при использовании смеси HF-l-HNOs теряется до 40-50% азота.

На примере Mg обнаружены потери активности и при использовании традиционных для методов Къельдаля кислот НС1 и H2SO4, вкоторых магний быстро растворяется. Однако эти потери не превышают 10%.

Проверка точности и воспроизводимости анализов по предлагаемому способу была проведена на стандартных образцах Железа р известным содержанием углерода. Образёц железа в виде диска диаметром 10 и толщиной 2-3 мм облучали в течение 10 мин дейтронами с энергией 7 мэВ при токе 2 мкА. Для устранения поверхHQictHbiXi загрязнений с облученной поверхности образца травлением в смеси состава HF : HNOs 10:3 удаляли 11;01верХ1ностный слой толщиной В ..10 -мим и из подготовлен- . иого таким о|бразом образца проводили (радиохийическое вьгделецие азота-13.

Для этого протравленный о:бразец растворяли на глубину, большую пробега дейтронов (100 мкм), в тефлоновой ячейке для одностороннего растворения образца в траВИтеле состава HF : :.3 (2-

3 мл). Выделяюпхиеся при растворении Тазы собиралив специальную цилиндрическую Kiosefy. - , Кю(вета для -обора газл выполнена с двойными .стйн:кам1И так, что во внутрен1Ний объем, равный 300 см, собир али га.з, а внешний объем, равный 100 см, предназначен для .обора азота-13, выделяемого отгонкой аммиака из травильного раствора. Кювета для сбора выделенных

фракций азота-1.3 одноврем,вино явл.яет ся и измерительной.

Для выделения аммиачного азота кислый раствор, полученный после травления о.бразца, заливали в перегонную колбу

установки для отгонки аммиака, добавляли 10, мг азота в виде NH4C1 (носитель),

вводили избыток 40%-ногЪ раствора NaOH до рН 12 и отгоняли при кипении раствора аммиак вместе с парами воды в т

чение 5-8 мин в приемник с 5 мл iHiHzS©.

Раствор с отогн.анной аммиачной фрак дией азота-13 .заливали во юнешкиц

объем вышеописанной кюветы внутренний

объем которой ранее заполнен газами, выдёлйвтимйся при кислотномрастворений облученного образца.

Измерение Йуммарной |3+-активности азота-13 газовой и фаз кюветы, характеризующей содержание углерода в анализируемом металле, проводили

Таблица .1

на спектрометре 7-совпадений СЭГС с кристаллами Nal(Tl). Чистота радиохимического выделения контролировалась изМе(р9Н|Ием .кривой (раотада .aaonra-lS (Т 1/2 10 мин), а раздельное измерение актнвиости газовой и жидкой фазвг азота-13 в кювете позволило оценить поте;ри азогга щри ipacTiBOtpeeEH.

Результаты определения углерода в стандартных образцах железа и сравниИз данных таблицы видно, что при анализе предлагаемым способом трех образцов железа с известньтм содержанием углерода, иопользоъание любого из.этих образцов в качестве эталонного по отношению к двум другим дает совпадение экспериментальных значений с паспортными ошибками менее 4%.

В этих же образцах без учета потерь радиоактивного азота с газами при раст ВО1р©ни1и разброс в результатах .анализа изза неконтролируемых колебаний хими1ческого выхода выделения азота-13 .с оттельное их сопоставление приведены в табл. 2. Содержание углерода в относительных единицах представляет отношен)ие приведенной активности азота-13 к активности монитора. В качестве монитора потока частиц использовали медную фольгу толщиной Д5 мкм, помещаемую при облучении перед образцом. Активность (+) монитора измеряли через 10 мин после окончания облучения.

Таблица 2

гонкой в виде аммиака (по данным табл. 1 потери составляют 20-60%) соответственно приводит к заниженным результатам анализа в 1,25-2,5 раза. Ошибка особенно велика, если образец анализируется с радиохимическим выделением, а измерение эталона, как это обычно делается, выполняется инструментально.

Применение предлагаемого способа в аналитической практике устраняет неконтролировавшиеся ранее потери измеряемой активностипри разложении образцов, обеспечивает более полное радиохимическое выделение аналитического изотопа и соответс венйо повышает точнбсть анализа.

Формула изобретения

Способ определения содержания углеpoTia в металлах, заключающийся в облучении анализируемой пробы дейтронами, разложении облученной пробы в кислоте с последующим введением носителя азота и щелочи, радиохимическим выделении азота отгонкой в виде аммиака из щелочййгб раствора и измерений наведенной а1кти,вности изоггопа азот-13, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности анализа, улавливают выделяющиеся при разложении облученного образца газы и измеряют активность содержащегося в них изотопа азот-13, а о содержании углерода судят по сумм арной актииности изотоиа азот-13, измеренной в газовой фазе и в аммиаке.

Источники информации, во В1ни:мание при экспертизе:

с. 258 (прототип). ,