Способ измерения парциального давления кислорода
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) (gD 4 Н 01 J 49/26, G Ol N 27/62
>CD.«<,„
ОПИСАНИЕ H305PETEHHFII >, К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Мад@-, (21) 4097163/24-21 (22) 26.05,86 (46) 07.04.88. Бюл. Ф 13 (71) МГУ им. M.Â. Ломоносова (72) И. Д. Сорокин, О. М. Вовк, Е ° Б. Рудный и Л. Н. Сидоров (53) 621,384(088.8) (56) Чуфалов Г. И,, Мень А. И., Балакирев В. Ф,, Журавлева М. Г., Щепеткин А. А. Термодинамика процессов восстановления окислов металлов. - М., Металлургия, 1970.
Sidorov L. N., Sorokin Т. D., Nikitin М. I,, Skokan E. V., Effusion Method for Determination
of the Election Affinity and Heat
of Formation of Negative Lons.
Int. I. Mass-spectrom Ion Phys, 1981, v. 39, р. 311-325.
Piacente V., J. Matousek. Massspectrometric determination of
sodium partial pressures over the
system Na O 2SiO Silikaty XVII, 1973, 9 4 р, 269-279. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА (57) Изобретение может быть использовано при определении парциальных давлений кислорода в высокотемпературных процессах, в частности МГДгенераторах, химии плазмы, при плавлении металлов. Способ измерения парциального давления кислорода состоит в следующем. В исследуемую систему вводят добавку веществ, дающих в насыщенном паре системы отрицательные кислородсодержащие ионы, нагревают исследуемую систему в эффузионной камере, измеряют ионы на масс-спектрометре и рассчитывают парциальное давление кислорода по ионно-молекулярному равновесию. Вещества, дающие отрицательные кислородсодержащие ионы: Na SO4, К 80 (БО, SO, SO4), K CrO4 Na CrO (CrO CrO4 )
ИаРО (РО, РО ). Способ высокочувствителен (до 10 атм) и не требует определения константы чувствительности аппаратуры. 2 табл.
1387072
Изобретение относится к измерению парциального давления газов н смесях, конкретно к измерению парциального давления кислорода н насьп,,енных парах 5 сложного состава, и может быть использовано при определении парциальных давлений кислорода в высокотемпературных процессах, в частности
МГД-генераторах, химии плазмы, при плавлении металлов, а также в аналитических целях, Целью изобретения является повышение чувствительности.
Способ заключается н том, что н 15 исследуемую систему вводят добавку веществ, дающих н насыщенном паре системы отрицательные кислородсодержащие ионь1, нагревают исследуемую систему в эффуэионной камере, измеряют ионы на масс-спектрометре и проводят расчет парциального давления кислорода по ионно-молекулярному равновесию.
Вещества, дающие отрицательные кислородсодержащие ионы: Na $04, К $0+($0 SO» $0+) К Cr04
Na CrO (Cr0,, CrO ), NaP0„(PO,, PO,) °
Пример. В систему Na O SiO, (50 мол. . Na О), не дающую н насы-. 30 щенном паре отрицательных кислородсодержащих ионов, вводят добавку хромата калия. Проводят два опыта с разным количеством добавки: н первом эксперименте на 150 мг Na 0 SiO, 35 взято 10 мг K CrO, что составляет
2,05 мол,X но втором случае на
130 мг Na O SiO — 1,5 мг К Сг04, что составляет 0,36 мол.X Вещества тщательно перетирают н агатовой ступке, смесь помещают н эффуэионную камеру, нагревают до 1200-1344 К °
В насыщенном паре появляются ионы, CrO Cr0 которые регистрируют массспектрометром. Через отношение эа"
45 регистрирон анных ионных токов рассчитывают отношения давления ионов
Р(СгО>) I(Cr0 >) N(CrO>)
P (Сr04) I(СГ04) M(сr04 )
50 гпе P — парциапьное давление ионов;
1 — измеряемый ионный ток;
M - молекулярный вес ионов.
По ионн >-молекулярному равновесию
Сr0, + 1/2 О = Cr0< рассчп зываюI парциальное даял ние к т< пор. 1я
P Ст04 1
P (СГО ) Кр
I(Cr0+) М Сг04) 1
} I(C10 )N(CrO )Kô
Константа равновесия (К ) рассчир тынается из термодинамических данных участников равновесия по известным формулам или измеряется н опытах с известным парциальным давлением кислорода.
Верхний предел количества добавки определяется ее влиянием на активности компонентов системы и составляет 4 мол. . Нижний предел определяется чувствительностью аппаратуры и составляет около 0,1 мол.X.
Парциальное давление кислорода в системе Na O . SiOg (50 мол.X Na>0) представлено в табл. 1.
В табл. 2 приведены примеры ве» ществ, которые могут быть использованы в качестве добавки для определения парциального давления кислорода, В последней колонке рассчитано минимальное парциальное давление кислорода Р„„„, котброе может быть из" мерено предлагаемым способом.
Максимальное парциальное давление, которое может быть определено предлагаемым способом, определяется кнудсеновским пределом испарения и равно 10 атм. Таким образом, предлагаемый способ измерения парциального давления кислорода по сравнению с известным позволяет значительно увеличить чувствительность измеряемых парциальных давлений кислорода (до
10 атм), а также исключить вклад давления остаточных газов н измеряемые величины и не требует определения константы чувствительности аппаратуры.
Формула изобретения
Способ измерения парциального давления кислорода в насыщенных парах сложного состава эффуэионным методом, включающим нагренание исследуемой системы в эффуэионной камере, масс-спектрометрическое измерение ионных токов компонентов пара с последующим расчетом парциального давления кислорода, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительнос.ти, в исслецуемую снс1387072
Таблица ) Темпе- Р(0 )х 1(СгО )1 ратура, 1п --- — =-I -1nP(o ) х10а, ат Т(СгО,,) j
Количество
К,CrO мол.7
1200
8,54
0,73
2,05
6,73
7,96
1255
1344
7,51
0,63
0,36
1200
8,01
5,7
1255
1344
7,55
Таблица 2
Формула для парциального давления кислорода
Ионы в насыщенном паре
Температур ный
Вещество
Рмнн е атм интервал, К
1 Р($0,)
Р(О ) (Р($o ) к f
4.10
$0 $0
1200-)400
Me $O, )Р($04) 1 11
Р(Р ) = ----= (Р($0-,) К„!
2 10
$$o $$oo
1300-1500
Me < $0
P (PO,) 1
Р(О )=
Р(РО ) К, 1 10
РО2 РОЭ
1200-1300
МеРО>
)Р(КгО ) 1 1
Р )=(— — — = »- --1„ (P(CrO>) К .
СгО, СгО
1200-1500
Me zCrO
). 10
П р и м е ч а н и е. Me — Na, К, Pb, Cs. тему вводят добавку веществ, дающих при нагревании н насыщенном паре системы отрицательные кислородсодержащие ионы, измеряют их и проводят расчет парциального давления кислорода по ионно-молекулярному равновесию.
18,73
16,57
14,22
18,88
16,67
14,30
