Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
4
9 10 в Г/ 18 18 S> W 15 11 3 11
Рис. 5.4. Хроматографические установки для серийных анализов при определении примесей в инертных газах.
При решении различных аналитических задач может быть использован один из пяти стационарно установленных детекторов: катарометр, термохимический, по плотности, ионизационно-пламенный или микроионизационный трехэлектродный (с Рт147). Прибор оборудован устройством для регулируемого автоматического дозирования проб газовых смесей.
299
В руководстве [8] указаны оптимальные условия для анализа некоторых смесей, встречающихся в технологии инертных газов.
В производственных условиях возникает необходимость в массовых анализах одного газа для определения примесей ограниченного числа известных компонентов. В таких случаях удобнее использовать относительно простую установку, обеспечивающую оптимальные условия для решения данной аналитической задачи.
Таблица 5.1
Оптимальные условия хроматографического анализа примесей _в инертных газах_
Определение примесей Используется установка по схеме на рис. 5.4 Газ-носитель
Не или Ne а: 6 и 13 нри 77°К н2
Аг а: 6 при 77°К, 13 при 194°К Не
Не в Ne а: 6 при 77°К, колонка 16 н,'
Кг+Хе б: 10 при 77°К. При анализе продуктов разделения воздуха патроны 7, 8 и 9 могут быть исключены Не
Ne в Не в: без колонки 18 Не
Ne, 02 + Аг и N2 в Не в: без колонок 17 и 19 Не
02 -f Аг и N2 в Ne в: без колонки 19. Через 12 мин колонка 17 нагревается до 100 °С Не
Н2, 02 + N2 в Аг г: 10 при 90 °К Аг
02 Ar, N2 и Хе в Кг д: через 10 мин колонка 14 отключается, а 22 нагревается до 100 °С Не
02 + Ar, N2 и Кг в Хе д: через 14 мин колонка 14 отключается, а 22 нагревается до 100 °С Не
Определение примесей водорода в гелии или неоне проводят на установке по схеме рис. 5.4, е. Вначале через прибор пропускают определенное количество анализируемого газа; при этом водород связывается на окиси меди в патроне 9 с образованием паров воды, которые затем вымораживаются в морозилке 11. Затем подают газ-носитель (Не), морозилку 10, расположенную за патроном 9, нагревают до 100° С и регистрируют количество водяных паров с последующим пересчетом на объем пропущенной пробы. 300
На рис. 5.4, а—е представлены схемы таких хроматографи-ческих приборов [21]. Все они имеют дозировочный кран / для Подачи газа-носителя, устройство 2 для ввода пробы, катаро-метрический детектор 3 с выходом на самописец 4, устройство 5 для контроля и поддержания требуемого потока газа-носителя через сравнительную ячейку детектора и различаются набором хроматографических колонок и аппаратов для предварительной очистки газа-носителя.
Указанные на схемах аппараты имеют следующие характеристики: 6 — адсорбер с молекулярным ситом СаА грануляции 0,5—1,0 мм при 77 или 90° К; 7—патрон с активной медью при 350°С; 8— патрон с титановой губкой при 1000° С; 5 — патрон с СиО при 350° С; 10—морозилка при 77 или 90° К; 11 — морозилка, заполненная стеклянными шариками диаметром 0,5— 1,0 мм при 90° К; /2 —патрон с палладированным асбестом при 20 С. Хро-матографические колонки со слоем молекулярного сита СаА грануляции 0,3—0,5 мм: 13 — высотой 200 см при 77 или 194° К; 14 — высотой 100 см при 20° С; 15 — высотой 20 см при 20° С; iff—высотой 200 см при 77° К. •Хроматографические колонки со слоем молекулярного сита СаА грануляции 0,5—1,0 мм: 17—высотой 8 см при 77° К; 18—высотой 220 см при 20° С; 19 — высотой 200 см при 77° К; 20 — высотой 140 см при 10° С. Хроматографи- , ческие колонки со слоем активированного угля грануляции 0,5—1.0 мм: 21 — высотой 150 см при 20е С; 22 — высотой 300 см при 20 или 100° С.
В табл. 5.1 даны указания по проведению наиболее часто встречающихся анализов.
Масс-спектрометрический анализ
Масс-спектрометрический анализ основан на разделении сложной газовой смеси на компоненты и распределении их в определенной последовательности по массам с получением спектра масс, формально вполне аналогичного спектру энергий (частот), получаемому в оптическом спектрометре. Анализируемая газовая смесь подается через регулируемое небольшое отверстие в экранированную металлическую камеру (рис. 5.5) и при давлении Ю-5—Ю-4 мм рт. ст. протекает через отверстия в системе электродов, формирующей электронный луч, испускаемый накаленной вольфрамовой нитью. Электроны ионизуют молекулы газа. Образовавшиеся ионы попадают в сильное электростатическое поле (порядка нескольких киловольт), приобретают скорости, соответствующие энергии поля, и вылетают из ионизационной камеры в экранированную изогнутую трубку через щель, вырезающую узкий плоский пучок. Величина ионного тока, создаваемого источником ионов, достигает 10~9— — Ю-8 а. Трубка располагается в однородном магнитном поле (или в комбинированном магнитно-электростатическом поле). Направление поля параллельно коллиматорной щели. Под действием поля ионы отклоняются от прямолинейной траектории соответственно отношению их массы к числу элементарных зарядов (пг/е): тяжелые ионы отклоняются меньше, легкие — больше.
301
Пройдя через магнитное поле, ионные лучи снова выпрямляются, но остаются разделенными веерообразно в виде спектра по величинам масс. Спектр попадает на пластину заземленного коллектора со щелью, через которую может пройти только один элементарный луч какой-либо определенной массы; лучи ионов всех других масс падают на крышку коллектора, и их заряд отводится на землю.
