Способ определения содержания водорода в газах

 

Изобретение может использоваться при прецизионном измерении изотопного состава химических элементов, экспериментальных исследованиях и изучении физико-химических условий образования геологических объектов. Цель изобретения - определение химически связанного водорода в газах. Способ заключается в том, что исследуемый газ смешивают с кислородом в отношении от 1:20 до 1:10. Смесь вводят в источник ионов масс-спектрометра, ионизируют и проводят контроль изотопного содержания <SP POS="POST">17</SP>0 и <SP POS="POST">18</SP>0. Сравнивая с истинным изотопным составом кислорода, судят о содержании водорода в исследуемом газе. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4216451/24-21 (22) 25.03.87 (46) 07.08.89. Бюл. Ь 29 (71) Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР (7 2) Л, П. HQcHK И, Н . Провоторов, В.Л, Носик и M.È. Золотых (53) 621.384(088.8) (56) Шатенштейн А.И., Яковлева Е.А. и др. Изотопный состав воды.-M.:

Изд-во АН СССР, 1957, с. 220.

Шеховцов Н,А, Магнитные массспектрометры. -М,: Атомиздат, 1971, с. 231. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ВОДОРОДА В ГАЗАХ

Изобретение относится к способам определения содержания водорода в газах и может применяться при прецизионном измерении изотопного состава химических элементов, экспериментальных исследованиях и изучении физикохимических условий образования геологических объектов.

Целью изобретения является определение содержания химически связанного водорода (входящего в химические соединения газов БО +SO Н, СО +СО Н, N +N Н и др,) путем установления связи содержаний водорода н .Р "О, d шО.

На фиг, 1 представлена схема массспектрометрической установки для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — зависимость с " от количес та ва N, на фиг. 3 — зависимость

„.Я0„„1499202 А1 (51)4 G 01 N 27/62; Н 01 J 49/26

2 (57) Изобретение может использоваться при прецизионном измерении изотопного состава химических элементов, экспериментальных исследованиях и изучении физико-химических условий образования геологических объектов.

Цель изобретения — определение химически связанного водорода в газах.

Способ заключается в том, что исследуемый газ смешивают с кислородом в отношении от 1:20 до 1:10. Смесь вводят в источник ионов, масс-спектрометра, ионизируют и проводят контроль изотопного содержания 70 и О. в

Сравнивая с истинным изотопным составом кислорода, судят о содержании во- а дорода в исследуемом газе, 3 ил, от количества вводимого в О, газа Мииб

80,, 4ь

Масс-спектрометр 1 с разрешающей . Я ) способностью от 300 pо 40000 снабжен Я трехканальной напускной системой 2 и двухщелевым приемником ионов, В ар трехканальной напускной системе кана- © лы 3 и 4 предназначены для введения газа О, а канал 5 — исследуемого газа SO или СО, или N . Каналы напускной системы соединяются с масс-спектрометром через натекатели

6-8. В качестве эталонного газа выбран кислород вследствие малой рас- Зь

17 пространенности изотопа О п160 („=2000), что обеспечивает вып 1" 0 сокую чувствительность метода к водороду и, следовательно, точность иэме}499202 рения содержания водорода в газахпримесях и малого содержания связанного водорода в кислороде па сравнению с 01, СО», $01 и другими газами (фиг. 2).

Способ осуществляют следующим образом.

ta иnp «0

«O. < ГбО, }0P0Xo) о (1 0 о, (1 1

- и 0 "0+n "0 Í n "Î "0 и 1СО1 ) (.«О, )

ffa0 «О и и «01

1000Хо)о .

Величины Ф "О и d v O определяются 30 янного тока -при регистрации соответчерез напряжения на усилителях посто- ствующих пиков как

7 0 «0+V 01Н V О "О

v ° о, vvvo, 7 evp «0

7 f40 )1

1000Х о

V "О "О+ЧРO Н,. V О "О ч о, 1000Х о .

Ч«0»

01), (7 0 1) 1 0*,1,о

n ti

01Н 100уо 7 0 О и 50 !

ОООХо б и при (Ч

«}ОООХ, .Откуда V

V»0 Н1

Эталонный газ 0 (чистый) вводится в каналы 3 и 4 напускной системы, и записывается иэотопный сдвиг кислорода, т.е. "прямая" или нулевая лик@я, которая при строго одинаковых параметрах каналов 3 и 4 напускной системы равна нулю:

В масс-спектрометр вводится такое количество кислорода, которое на мас-55 е 32 («О ), вызывает напряжение

V 0» "-10,0 В.и оно приравнивается к

100Х, а Ч 01Н,.или Ч 01Н g к ХХ, от и"О"О и"О"О ! и p 1 и p

Затем в третий канал 5 напускной системы вводится исследуемый газ, например ЗО . Смеоь газов 301+0 1 вводится в масс-спектрометр для измерения изотопного состава 0, 0. При наличии в газе SO< соединений SO H происходит перераспределение водорода между SO< и 01. Соединение кислорода с водородом (01Н) накладывается на изотопный пик 0 "О, в результате чего вызывается смещение величин

/ 10, d" О в сторону обогащения тяжелым изотопом:

Ч и О Н.100Ж ц

Ч 01

Ч чь01Н1 ) 00X

Ч 01

Пример. Определение количества связанного водорода в газе S01.

В каналы 3 и 4 напускной системы масс-спектрометра вводится строго одинаковое количество газа О, которое вызывает напряжение в регистри- . рующей системе масс-спектрометра

7 0 110 В, и записываются о" 0 и

d 0, значения которых должны быть равны О. Затем в канал 5 вводится

5 149 двуокись серы, содержание которой составляет 1ОХ от О, т.е. Ч l В.

Такое содержание серы обусловлено выбором линейного участка изменения .1

/1оо и 22 чО от количества вводимого в О газа .Sos (фиг. 3). По величине изменения Р"О, равной 250Х, определяется количество водорода, присоедиdll 21О нившегося к О В как V О Ы 1000Хо

-„ъ<70 faP

d 0 V ь ое 2502

lOOO2a 2000 10002е х 1 3 мВ что составляет . 1000 мВ гооо

О, 13Х от $0а.

Vl4 О

Отношение выводится из

V1c 0õ л,с .=2000, которое устанавливается исходя из реальных показателей масс-спектрометра.

Наряду с образованием 20 01Н происходит образование и. О Н, ко14 личество водорода в этих соединениях определяется аналогично, т.е.

v о н - ч" о "о1000Х 1000Х45 ч Оя

400 . Величина 22 200 при этих измерениях равна +100Xp, а отношение

V O

qS

В- д- = 400. Следовательно, Ч ОеН и

Vi0 00 — 2,5 мВ, что состав100Хо 10000 мВ

1000Хо 400 ляет 0 25Х от SO .

При допущении равновероятного распределения водорода между So и Oq2 в. $0 также содержится водород, который можно вычислить из соотношения.

VOf ЧНВОА, „,„ М $0

vso< х чн,,so, VSOg ° 1000 мВ"3 8 мВ

vo ЧН $0 * 1оооо В

0,4 мВ, что составляет 0,04Х от SO, Таким образом, в SO ч содержит1 ся 0,42Х водорода.

Уровень распределения водорода между молекулами. можно определить путем калибровки по эталонным образцам;

Для проверки правильности определения связанного водорода в газах по предлагаемому способу в стеклянную ампулу с чистым рением после длительной откачки ее на высокий вакуум

9202 6 (!О тор) с,высокотемпературным прогревом (600-700 С) вводится тот же гаэ SO z и то же количество газа

5 (VS0y1000 мВ), что и в примере, т.е. 10Х от количества О . Затем ампула запаивается и на нее подается высоковольтное импульсное напряжение в течение 10 мин. Далее ампула помещается в масс-спектрометр. Результаты исследований показывают, что при полном разложении $00Н на $ 0 и Н по величине пика водорода (5 мВ) и количеству вводимого в ампулу газа (1000 мВ) определяется процентное содержание водорода в SO, которое равно 0,5Х, что согласуется с результатами измерений в примере.

Предлагаемый способ позволяет бо20 лее точно определить физико-химические условия образования исследуемых минералов по закономерностям фракционирования изотопов, так как наличие в исследуемых газах связанного водо-

25 рода приводит к искажению закономерностей фракционирования изотопов, получить более точную информацию об окислительно-восстановительных реакциях в экспериментах и при изучении месторождений, так как позволяет контролировать перемещение водорода в минералах и газах, а также более эффективно определить геохимнческие барьеры, на которых происходит отло35 жение драгоценных металлов (золотаВ серебра, платины и др.) и других полезных ископаемых.

Формула изобретения

Способ определения содержания водорода в газах, включающий ионизацию газа и последующий масс-спектрометрический анализ, о т л и ч а ю—

45 шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем определения химически связанного водорода, перед ионизацией исследуемый газ смешивают с кислородом с

5р предварительно измеренным изотопным составом в соотношении 1:20-1:10 измеряют концентрации изотопон кислорода О и О в смеси, по..величиа не изменения которых относительно

55 чистого кислорода судят о содержании водорода в исследуемом газе.

1499202

S0 (Вг.Z

Составитель В. Кащеев

Редактор И, Горная Техред M.Моргентал Корректор С, Шекмар

Заказ 7819 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101