Способ определения молекулярных примесей в тяжелых благородных газах

 

Сююэ Советск и«

Социалистичвсиик

Рвснубпик

ОП ИСАНИ Е(цц3434

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)ЗаЯвлено 02.07.79 (21) 2789114/18-25 с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликовано 07.06 ° 82. Бюллетень М21

Дата опубликования описания 07.06.82 (5l)Nl. Кл.

G 01 N 27/68

Виуаарст«ааы«кеее«т«т

Веют ао ае«ен «зеврете«««

«открыт«« (53) УДК54З,274 (088. 8) А.Н.Старостин (72) Авторы изобретения

А, ф. Паль, А.Ф.Перевознов, И. Г. Персианцев

Московский государственный университет (7!) Заявитель (54) 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, S газов высокой чистоты.

Известен способ анализа газов при атмосферном давлении, использующий иониэационные детекторы. Принцип их действия основан на зависимости элек- 1о тропроводности газовой смеси от ее состава (11.

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 гаэ пропускают между электродами, к электродам пои-.

2 кладывают постоянное напряжение, которое увеличивают до возникновения колебаний тока, измеряют частоту колебаний тока, по которой находят концентрацию примеси 1.21.

Известный способ основан на явлении возникновения колебаний тока при протекании коронного разряда B газах, находящихся при давлении 1-25 мм рт.ст. в электрическом поле. Частота колебаний тока, определяемая ионной ленгмюровской частотой где и, Ze, М вЂ” концентрация, .заряд и масса ионов, позволяет после построения градуировочных кривых определить состав газовых смесей, К недостаткам известного способа следует отнести неопределенность ана. лиза при исследовании газов с одинаковыми молекулярными весами (например, N и СО), поскольку частота ко-

9343чб 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 со ст а в.

Цель изобретения - расширение области определяемых компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения моле1 кулярных примесей в.тяжелых благородных газах, начиная с аргона, заключающемся B 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 несамостоятепьный разряд с электронной проводимостью, а определение проводят при найденной мощности источника ионизации .

В основе предлагаемого способа лежит физическое явление, которое заключается в том, что зависимость дрейфовой скорости Ч электронов в смесях молекулярных газов с аргоном и другими тяжелыми благородными газами, обладающими минимумом Рамзауэре в транспортном сечении рассеяния электронов на атомах благородного газа носит немонотонный характер в зависимости от параметра Е/N (Š— напряженность электрического поля, и общая плотность газа) . Причина немонотонной зависимости дрейфовой скорости от Е/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, соответ ст вующей мини муму Р а мз ауэр а, и увеличение Е/М сопровождается резким ростом Мд . Дальнейшее увеличение

Е/N в области между максимумами колебательного и электронного возбуждения приводит к росту упругого рассеяния и уменьшению скорости дрейфа.

Возникающий таким образом падающий участок в зависимости д от Е/М является причиной отрицательной вольтамперной характеристики, а это приводит, как установлено нашими экспериментами, к неустойчивости разряда

1о 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=, Vä где L — расстояние между электрбдами.

Глубина провала на зависимости Мд от Е/N уменьшается с ростом содержания в смеси молекулярного газа, ограничивая область применения предлагаемого способа. Например, при содержании СО более }01 зависимость превращается в монотонную. Для молекулярных д добавок вплоть до - 10 l период наблюдаемых колебаний тока дает возможность определить V>, а используя зависимость Ч (Е/й), 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 дви35 жением колебания тока возможны при протекании в газе тока несамостоятельного разряда с электронной проводимо ст ью.

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

45 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 5 с

934346

6 формула изобретения

5. энергией 100 кЭВ и плотностью тока

10-50 мкА/см . Напряжение плавно уве. личивается до появления колебаний тока разряда, соответствующих участку вольт-амперной характеристики с отрицательной проводимостью. Эксперименты проводятся в бинарных смесях аргона с CO, CO и и Nq-. Исследуются смеси, в которых процентное содержание молекулярных примесей составля- to ет 1-23.

Подтверждением чувствительности способа может служить следующий эксперимент. Нами обнаружены колебания в aproHe высокой чистоты, примеси в котором, согласно паспортным данным, составляют: кислород - не более

0,0005, азот — не более 0,0023, влага - 0,007 г/м, водород - 0,0014, углеводороды - 0,00054» двуокись углерода - 0.,00013.

Предлагаемый способ позволяет простыми средствами индентифицировать молекулярные примеси в тяжелых благородных газах пРи существенном упрощении системы подачи газа от исследуемого объекта к прибору. Внедрение его в Практику физического и химического исследования позволит увеличить чувствительность детектирования, рас- зо ширить круг определяемых веществ, а также увеличить арсенал средств газовой хроматографии.

ВНИИПИ Заказ 3926/39

Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ определения молекулярных примесей в тяжелых благородных газах, начиная с аргона, заключающийся 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, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью Расширения области определяемых компонентов,. перед началом определения газ ионизируют с помощью внешнего источника ионизации, увеличивая мощность источника иониэации, находят мощность, при которой в исследуемом га-,. зе возникает несамостоятельный Раэ" ряд с электронной проводимостью, а определение проводят при найденной мощности источника ионизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Джеффери П., Киппинг П. Анализ газов методами газовой хроматографии.

М. "Мир", 1976, с.85.

2. Патент США NÃ 3569825, 73-23,-опублик.1969 (прототип)..