Способ определения молекулярных примесей в тяжелых благородных газах Советский патент 1982 года по МПК G01N27/68 

(S) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПРИМЕСЕЙ В ТЯЖЕЛЫХ БЛАГОРОДНЫХ ГАЗАХ

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а точнее к способам газового анализа, и может быть использовано в физических и хи- мических исследованиях, а также при производстве тяжелых благородных, газов высокой чистоты.

Известен способ анализа газов при атмосферном давлении, использующий ионизационные детекторы. Принцип их действия основан на зависимости электропроводности газовой смеси от ее состава СП

Недостатком способа является не полный охват области определяемых компонентов, в особенности неорганических.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения молекулярных примесей в тяжелых благородных газах, начиная с аргона, заключающийся в том, что исследуемый газ пропускают между электродами, к электродам пои-.

кладывают постоянное напряжение, которое увеличивают до возникновения колебаний тока, измеряют частоту колебаний тока, по которой находят концентрацию примеси t21.

Известный способ основан на явлении возникновения колебаний тока при протекании коронного разряда в газах, находящихся при давлении 1-25ммрт.ст, в электрическом поле. Частота коле10баний тока, определяемая ионной ленг мюровской частотой

Ujinl

v-w

UJ

15

где п, Ze, М - концентрация, заряд и масса ионов, позволяет после построения градуировочных кривых определить состав газовых смесей.

К недостаткам известного способа

20 следует отнести неопределенность анализа при исследовании газов с одинаковыми молекулярными весами (например, СО), поскольку частота ко-: лебаний зависит от массы ионов. К недостаткам можно также отнести узкий диапазон рабочего давления (125 мм рт.ст.), в результате чего при анализе газов, находящихся при большем давлении, необходимо применять сложные системы напуска, содержащие вакуумные посты и натекатели. Кроме того, использование самостоятельного разряда приводит к диссоциации молекул, в результате чего исследуемая, смесь в процессе измерений меняет свой состав. Цель изобретения - расширение -области определяемых компонентов. Поставленная цель до,стигается тем, что в способе определения молекулярных примесей в ,-тяжелых благородных -газах, начиная с аргона, загслючающемся в том, что исследуемый газ пропускают между электродами, к электродам прикладывают постоянное напряжение, которое увеличивают до возникновения колебаний тока измеряют частоту колебаний тока, по которой находят концентрацию примеси, перед началом определения газ ионизируют с помощью внешнего источника ионизации, увеличивая мощность источника ионизации, находят мощность, при которой в исследуемом газе возникает несамбстоятельный разряд с электронной проводимостью, а определение проводят при найденной мощности источника ионизации. В основе предлагаемого способа ле жит физическое явление, которое заключается в том, что зависимость дрейфовой скорости VN; электронов в смесях молекулярных газов с аргоном и другими тяжелыми благородными/ газами, обладающими минимумом Рамзауэре в транспортном сечении рассеяния электронов на атомах благородног газа, носит немонотонный характер в зависимости от параметра E/N (Е - на пряженность электрического поля, N общая плотность газа) . Причина немонотонной зависимости дрейфовой скорости от E/N связана с уменьшением средней энергии электронов из-за потерь на возбуждение колебательных уровней энергии молекулярных добавок В результате средняя энергия электронов совпадает с энергией, соответствующей минимуму Рамзауэра, и увеличение E/N сопровождается резким ростом VА. Дальнейшее увеличение E/N в области между максимумами коле 9 4 бательного и электронного возбуждения приводит к росту упругого рассеяния и уменьшению скорости дрейфа. Возникающий таким образом падающий участок в зависимости VA от E/N является причиной отрицательной вольтамперной характеристики, а это приводит, как установлено нашими экспериментами, к неустойчивости разряда в подобных смесях. Неустойчивость проявляется в возникновении у катода домена, движущегося к аноду со скоростью, равной дрейфовой скорости электронов вне домена. Возникновение и движение доменов сопровождается колебаниями тока с периодом Т, где L - расстояние между электродами. Глубина провала на зависимости VA от E/N уменьшается с ростом содержания в смеси молекулярного газа, ограничивая область применения предлагаемого способа. Например, при содержании СО более 10% зависимость превращается в монотонную. Для молекулярных добавок вплоть период наблюдаемых колебаний тока дает возможность определить VA , а используя зависимость Уд(Е/М), и концентрацию молекулярной примеси. Указанный эффект наблюдается при таком уровне электрических полей, при котором самостоятельный разряд в газах не реализуется. Поэтому возникновение доменов и связанные с их движением колебания тока возможны при протекании в газе тока несамостоятельного разряда с электронной проводимостью. Такой разряд реализуется практически при любых давлениях (от долей мм рт.ст. до многих атмосфер), благодаря чему значительно упрощается система подачи газа в измерительный прибор. Кроме того, поскольку при несамостоятельном разряде электрические поля меньше уровня, необходимого для ионизации газа, разложение молекул под действием электрического |поля практически отсутствует и состав исследуемой смеси газов в процессе измерений не меняется. Способ опробован экспериментально. Схема установки приведена на чертеже. Установка представляет собой газоразрядную камеру 1 с катодом 2 и анодом 3, через которую пропускалась исследуемая смесь газов 4, при атмосферном давлении. Газ ионизировался с помощью электронного пучка 5с j