Способ определения газов в металлах и металлических сплавах

 

СПОСОБ ОПРЕ;Ш1ЕНИЯ ГАЗОВ В МЕТАЛЛАХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ, заключакяшйся в том, что производят восстановительное плавление анализируемого образца в расплаве-растворителе с использованием электрохимической ячейки из твердого злектролита с ионной проводаоюстыо по определяемому, газу, которая содержит внешний и внутренний электрода, пропускшот электрический ток через электрохимическую ячейку и по величине заряда, необходимого для восстановления газа , судят о его количестве в образце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности раздельного определения газов на поверхности и газов, находящихся в объеме образца, в качестве расплава-растворителя используют расплав, состоящий из двух слоев, один из которых представляет . собой жидкий металл, а другой - расплав щелочно-галоидиой соли, причем электрохимическую ячейку заполняют расплавом-растворителем так, что верхний торец внешнего электрода расположен между верхней границей верхнего , слоя и границей раздела слоев.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

«««

РЕСПУБЛИК

07 A

09) (11) (51)4 G 01 Н 27 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«*«Т«Р«Н««\(«ВИДЕТВЪ«ТВ«.., 1I3

»»й»»а тя«« д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТИИ (21) 3640775/24-25 (22) 20.09.83 (46) 23.03.87. Бюл. Ф 11 (71) Ордена Ленина институт геохимии. н аналитической химии нм. В,И.Вер. надского (72) А.А.Богданов, В.И.Родионов н Л.Л.Кунин (53) 543.247(088.8) (56) Вассерман А.М., Кунин Л.Л., Суровой В.Н. Определение газов s металлах, И., Наука» 1976, с. 15"16.

Авторское свидетельство СССР

У 102939, кл. G 01 И 27/46» )983.: (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЮЖНИЯ ГАЗОВ В

1П";ТАЛЛАХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ, заключающнйся в том, что производят восстановительное плавление анализируемого образца в расплаве-растворителе с использованием электрохимической ячейки нэ твердого электролита с ионной проводимостью по определяемому, газу, которая содержит внешний и внутренний электроды, пропускают электрический ток через электрохимическую ячейку и по величине заряда, необходимого для восстановления газа, судят о eFo количестве в образце, отличающийся тем, что, с целью поввпиения точности раздельного определения газов на поверхности и газов, находящихся в обьеме образца, в качестве расплава-растворителя используют расплав, состоящий из двух слоев, один иэ которых представляет, собой видкнй металл, а другой - рас- @ план щелочно-галоидной соли, причем электрохнмнческую ячейку заполняют расплавом-растворителем так, что верхний торец внеинего электрода расположен между верхней границей верхнего. слоя н границей раздела слоев.

11

Изобретение относится к области аналитической химии и технической физики и может применяться во многих областях науки и техники, например металлургии, производстве материалов для ядерной энергетики и электроники, в физико-химических исследованиях в аналитической практике для раздельного определения поверхностно-сорбированного и содержащегося в объеме образца газа, Целью изобретения является повышение точности раздельного определения газов на поверхности и газов,находящихся в объеме образца.

На чертеже схематически изображено устройство для .реализации предложенного способа. Устройство состоит из электрохимической ячейки 1 из твердого электролита, выполняющей одновременно роль рабочей камеры, и тигля для помещения расплава-растворителя. Твердоэлектролитная ячейка герметично закрыта крышкой 2, в которой имеются патрубки

3 и 4 для входа и выхода защитного газа соответственно. Патрубок 4 соединен со шлюзом 5 для сброса образцов 6 в расплав-растворитель. В крыш.ке 2 расположена также алундовая труб ка 7 с двумя каналами для токоотвода

8 от внутреннего электрода и для вала 9 мешалки 10, На наружной поверхности ячейки 1 нанесен внешний платиновый электрод 11, к которому с помощью пружины 12 плотно прижат токоотвод 13. Внутри токоотвода 13 имеется канал, в котором размещена термопара 14. Ячейка 1 расположена внутри печи сопротивления, состоящей из керамического цилиндра 15 с проволочной спиралью 16, теплоизолятора

l? и кожуха 18. Токоотводы 8 и 13 подсоединены к.регистрирующему устройству, состоящему из соединенных последовательно ключа 19, источника

20 постоянного напряжения и измерителя 21 тока,. Кроме того, устройство содержит баллон 22 с защитным газом, подсоединенный к блоку 23 очистки атмосферы от анализируемого газа, и блок 24 контроля газовой фазы, последовательно соединенные газовыми коммуникациями с рабочей ячейкой 1.

Расплав-растворитель состоит из двух слоев 25 и 26, где слой 25— щелочно-галоидная соль и слой 26— металл. Электрод 11 расположен так, 90722 2 что его длина превышает толщину сло

26 металла в двухслойном расплаве, но меньше толщины обоих слоев 25, 26.

При этом граница 27 раздела слоев

25, 26 расплава проектируется на электрод 11, а верхний край электрода 11 находится в области расположения слоя 25 соли. Последнее способствует тому,что анализируемый газ

{его поверхностно-сорбированная доля) выводится через слой 25 соли, а не через слой 26 металла. Устройство содержит также терморегулятор 28 и мешалку 10 с мотором 29.

Устройство работает следующим образом.

В ячейку 1 помещают компоненты расплава растворителя и закрывают ее крышкой 2; защитный газ, например

20 аргон, поступает из баллона 22 через блок 23 очистки от определяемого газа и патрубок 3 в ячейку, промывает ее внутренний объем и через патрубок

4, шлюз 5 для сброса образцов 6 и

25 блок 24 контроля газовой фазы (например измеритель парциального давления газа) выбрасывается в атмосферу. После полной промывки ячейки 1 включается печь сопротивления, кото-З0 рая нагревает ячейку l до требуемой температуры. Постоянная температура рабочей камеры поддерживается с помощью термопары 14 и терморегулятора 28.

35 Через электрохимическую ячейку 1 пропускают электрический ток. За счет этого тока определяемый газ, находящийся в расплаве растворителя, выводится в атмосферу, т.е. расплав-раст 0 воритель очищается от определяемого газа. По достижении электрическим током установившегося значения устройство готово к работе.

Ток, текущий через ячейку, дости 5 гает своего. фонового значения. После этого производят сбрасывание анализируемого образца в расплав через шлюз

5. При падении образца в момент времени С в слое соли происходит де 0 сорбция поверхностно-сорбированного газа в расплав соли и выведение этого газа через твердый электролит ячейки. 3а время падения до момента времени t в расплаве соли практи55 чески весь поверхностно-сорбированный газ успевает перейти в расплав соли и большей частью быть выведенным из расплава соли через ту часть 3 119072 электрода 11, которая находится на-, против области. твердоэлектролитной ячейки, контактирующей с расплавом соли. Это приводит к резкому увеличению тока, текущего через твердоэлектролитную ячейку. По мере выведения из расплава поверхностно-сорбированного газа ток через ячейку начинает падать и к моменту попадания образца в слой металла аналити- 10 ческий сигнал (зависимость тока, те-. кущего через ячейку от времени) успевает сформироваться. В расплаве металла. происходит растворение вместе с образцом и содержащегося в нем 15 газа. Спустя некоторое время (время порядка величины времени запаздывания 8,,„„ через диффузионный слой на границе раздела расплав металлатвердоэлектролитная ячейка) через 20 область твердоэлектролитной ячейки, контактирующую с расплавом металла, начнет выходить газ, содержащийся в объеме образца. Это приведет к наложению на сформировавшийся аналитический сигнал от поверхностно-сорбированного газа сигнала от газа, содержавшегося в объеме образца.По мере выведения газа из расплава ток, текущий через ячейку, достигает свое- З0 го фонового значения. Разлагая зарегистрированный аналитический сиг2 4 нал на два сигнала: от поверхностн сорбированного газа и от газа, содержащегося в объеме образца, по закону Фарадея определяют искомые содержания газов в образце.

Коллчество анализируемого газа определяют по формуле

tg а

",(t)dt, где первое слагаемое описывает вклад поверхностно-сорбированного газа, а второе слагаемое — вклад газа, содержащегося в объеме образца;

А — атомный вес переносимого через ячейку иона, для кислорода, например, А=16;

F — - число Фарадея;

М вЂ” масса анализируемого образца,г;

n — заряд иона;

i,(t)- зависимость тока, текущего через ячейку, от времени — сигнал от поверхностно-сорбированного газа; (t)- зависимость тока от времени-2 сигнал от содержащегося в объеме образца газа.

Более точное разделение проводят в . логарифмических координатах — логарифм. тока от времени.

1190722

Техред Н.Глушенко Корректор Л.Патай

Редактор 1I.Горькова

Тираж 277 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 911/3

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4