Способ определения кислорода в твердых веществах

 

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа и может быть использовано для контроля сверхчистых оптических материалов на основе монокристаллов фторидов щелочно-земельных металлов (ЩЗМ). Целью изобретения является повышение чувствительности и воспроизводимости способа определения кислорода в ЩЗМ. При растворении кислорода в процессе роста кристаллов фторидов ЩЗМ образуется равное количество ионов 0<SP POS="POST">2-</SP> и зарядокомпенсирующих анионных вакансий. Растворение гелия в монокристаллах фторидов ЩЗМ в интервале температур 600-700°С происходит по этим вакансиям. Таким образом, насыщение образца гелия, последующее нагревание образца в камере масс-спектрометра и определение выделившегося гелия позволяет определить содержание кислорода в кристаллах фторидов ЩЗМ. Способ позволяет повысить на три порядка чувствительность при определении кислорода и улучшить в 2-3 раза воспроизводимость результатов анализа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4460830/24-21 (22) 15.07.88 (46) 30.11.90. Бюл. К - 44 (71) Институт химии Украинского отделения АН СССР и Уральский политехнический институт им. С.M.ÊèðîBà (72) А.Я. Купряжкин, А.!О. Куркин, С.H. Богданов, P.Н,, Плетнев и Г.А. Китаев (53) 621Ä384(088.8) (56) Архангельская В.А. )К. прикладной спектроскопии. Т.32, 1980, с. 103-108.

Вассерман A.È., Кукин Л.Я., Суровой Ю.И, Определение газов в металлах. M.: Наука, 1976, с. 344.

Попов Е.A.. Купряжкин А.И. Ф.Т.Т.

T. 25, 1983, К - 3, с. 906-908. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН i)I КИСЛОРОДА

В ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВАХ (57) Изобретение относится к физикохимическим методам анализа и может быть использойано для контроля сверхИзобретение относи ся к физикохимическим методам анализа и может быть использовано для контроля сверхчистых оптических материалов на основе монокристаллов фторидов щелочно-земельных металлов (ЦЗМ).

Цель изобретения — повышение чувствительности и воспроизводимости способа °

Способ заключается в том, что при определении содержания кислорода во

„„SU„„1610519 A 1 (51)5 Н 01 J 49/26 G 01 R 27/62 чистках оптических материалов. на осно; ве монокристаллов фторидов щелочноземельных металлов (ЩЗМ). Цель изоб ретения — повышение чувствительности и воспроизводимости способа определения кислорода в ЩЗМ. При растворении кислорода н гроцессе роста кристаллов фторидов ЩЗМ образуется равное

2.— количество ионов О и зарядокомпенсирующих анионных вакансий. Растворение гелия в монокристаллах фторидов ЩЗМ в интервале температур 600-700 С происходит по этим вакансиям. Таким образом, насыщение образца гелия, последующее нагревание образца в камере масс-спектрометра и определение выделившегося гелия позволяет определить содержание кислорода в кристаллах фторидов ЩЗМ. Способ позволяет повысить на три порядка чувствительность при определении кислорода и улучшить в 2-3 раза.воспроизводимость результатов анализа. фторидах щелочно-земельных металлов образец выдерживают в атмосфере гелия при давлении (1,5-2,5.) 10 Па, температуре 600-700 С в течение 0,5-5 ч, охлаждают со скоростью 90-110 С/мин до комнатной температуры, нагревают до 1000-1(00 С и регистрируют выделившийся гелий масс-спектрометрическим методом, а но его количеству судят о содержании кислорода в образце.

Сущность способа закгтчас.тся в том, что при растворении кислорода

1610519 /

Н9 1 у р де СНе концентрация растворившегося гелия; концентрация вакансий; давление гелия; численный параметр.

С

Ч. р

Время насыщения образца гелием можно определить, используя известную формулу л 12 %П Ф (2) л где — время насьш ения;

1 — характерный минимальный размер образца;

D — коэффициент диффузии гелия.

Как видно из формулы (1) при некоторых значениях давления СH = Сд °

Выбор газа-гелия обусловлен следующим. Из-за инертности и небольших размеров атомов гелия обеспечивается высокая скорость и обратимость процессов диффузии в исследуемых материалах. Кроме того, из-за отсутствия аппаратурного фона по гелию достигается большая по сравнении с оптическим методом чувствительность по оп-. ределению кислорода в исследуемых материалах. Выбранный температурный диапазон 600-700 С обеспечивает растворение гелия в примесных кислородных вакансиях. При меньшей температуре насыщения растворение происходит в дислокационных, а при большей— в собственных термических вакансиях,, что снижает достоверность результатов. Диапазон давлений (1,5-2,5) 10 Па обеспечивает полное заполнение примесних вакансий. При понижении давления происходит неполное заполнение., а при повышении — дополнительное раст ворение в структурных вакансиях. Время насыщения 0,5-5 ч определяют по известной формуле (2} из условия обес печения равновесия, Последующее ох3 в процессе роста монокристаллов фторидов ЩЗМ образуется равное количество ионов О и зарядокомпенсирующих анионных вакансий, поэтому для определения содержания кислорода достаточно определить концентрацию этих вакансий. Растворение гелия в мойокристалдах фторидов ЩЗМ в интервале темперао ур 600-700 С происходит по кислородным зарядокомпенсирующим анионным вакансиям и описывается уравнением бс„= К(р)Sp + g(r)бт + he:%, 40

Не

) е.г л

1,5 106 Па ; р С 2,5 10 Па;

5г - \

g(T) = С(1 — е " );

600 С - Т < 700 С;

h(c) = 2б1 + 5D.

Пример, Берут монокристалл

CaF< размером (0,1х0,04x0,04) r,ì и загружают в ячейку из никеля, подсоединенную к вакуумно-распределительной системе. Ячейку откачивают до 10 Па и заполняют гелием до

55 давления 2,5 10 Па. Нагревают до

6 температуры 600 С и выдерживают

0 5 ч. Далее ячейку с монокристаллом охлаждают со скоростью 90 С/мин

4 лаждение проводится со скоростью 90110 /мин. При меньших скоростях проис-

1 \ ходит преждевременная дегазация об5 разцов, что сказывается на результатах измерений, а при больших — разрушение образцов. Нагревание до 10001100 С проводят для полного выделения предварительно растворенного гелия.

При нагреве до температур ниже

1100 С происходит неполная дегазация, а при температурах выше 1100 С вЂ” разрушение образца.

Способ осуществляют следующим образом.

Монокристалл фторида ЩЗМ загружают в никелевую ячейку и откачивают воздух до остаточного давления (10

10 ) Па, затем отсекают от вакуумно20 распределительной системы и заполняют гелием до давления (1,5-2,5) 10 Па, далее ячейку нагревают до 600-700 С в течение 0,5-0,5 ч, а затем охлаждают со скоростью 90-110 /мин и ваку25 умно перегружают в измерительную камеру, соединенную с масс-спектрометром. Измерительную камеру нагревают до 1000-1100 С и регистрируют на масс-спектрометре общее количество

30 выделившеrося гелия, а по еrо количеству судят о содержании кислорода в образце.

Погрешность измерений определяется типом используемого масс-спектрометра и проводимой на нем калибровЗ5 кой, а также теоретической погреш- . ностью метода, рассчитанной по формулам:

1610519

Формула изобретения

Составитель В. Кудрявцев

Техред К.Ходанич Корректор С. Шевкун

Ю .

Редактор М. Петрова

Заказ 3741

Тираж 405

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 до комнатной температуры и вакуумно перегружают в измерительную камеру, подсоединенную к масс-спектрометру.

Нагревают до 1000 С и регистрируют количество выделившегося гелия до полного его удаления из монокристал-. ла. Это количество составляет

3 ° 10 атм/см, что равно содержанию

{4 з

;кислорода в образце. Систематическая ошибка составляет 12Х, Предлагаемый способ позволяет повысить на три порядка чувствительность при определении содержания кислорода в монокристаллах фторидов ЩЗМ (10" атм/смз ), улучшить воспроизводимость результатов в 2-3 раза, устранить необходимость использования сложного и дорогостоящего оборудования, работающего в области вакуумного 20 ультрафиолета.

Способ определения кислорода в твердых веществах, по которому образец помещают в,вакуумную камеру, нагревают и анализируют выделившийся газ масс-спектрометрическим методом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и воспроизводимости способа при анализе фторидов щелочно-земельных металлов, образец выдерживают в атмосфере гелия при давлении (1,52,5) 10 Па температуре 600-700 С в течение 0,5-5 ч, охлаждают со скоростью 90-110 /мин до комнатной тем0 пературы, нагревают до 1000-1100 С. и регистрируют выделившийся гелий, а по его количеству судят о содержании кислорода в образце.,