Способ определения водорода в металлах

 

Изобретение относится к аналитической химии, в частности определению водорода в металлах. Способ включает нагревание пробы с выделением водорода и определение его количества. Нагревание пробы проводят в среде кислорода. Выделившийся водород дожигают до воды и определяют его количество кулонометрическим датчиком. При этом нагревание проводят при 400-800^oС. Технический результат: определение содержания водорода в металлах при более низких температурах. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности определению водорода в уране.

Известно, что наличие водорода в металлах отрицательно влияет на их механические свойства. Появляется водородная хрупкость. Поэтому проблема получения чистых по водороду металлов весьма актуальна, особенно в атомной и авиационной промышленности.

В основном все известные аналитические методы определения водорода в металлах предусматривают предварительную высокотемпературную экстракцию с целью отделения исследуемой компоненты с последующим количественным ее определением по теплопроводности, масс-спектрометрическим, спектральным, кулонометрическим или другими методами.

Известен способ определения водорода в металлах (Федоров Т.Г. Спектральный изотопный анализ водорода и определение концентрации водорода в металлах. - М.: Атомиздат, 1980, с. 64-87), заключающийся в нагревании образца исследуемого металла до высоких температур свыше 1100^oС в вакууме.

Недостатком данного способа является высокая температура для разложения водородсодержащих соединений металлов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ определения водорода в металлах методом вакуум-нагрева для определения водорода в металлах (ГОСТ 22720.0-77 - ГОСТ 22720.4-77 Редкие металлы и сплавы на их основе. Методы определения кислорода, водорода, азота и углерода. Издательство стандартов, 1978, с. 26, п. 4.5), заключающийся в разложении всех водородсодержащих соединений металлов в образце, помещенном в графитовый тигель вакуумной печи при температуре свыше 1200^oС, выделившийся при этом в газовую фазу водород поступает в анализатор, где измеряется его давление в известном объеме.

Недостатком известного способа является высокая температура для разложения водородсодержащих соединений металлов и, следовательно, удорожание способа.

Задача изобретения - определение содержания водорода в металлах при более низких температурах (400-800^oС).

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе определения водорода в металлах, включающем нагревание пробы с выделением водорода и определение его количества, согласно формуле изобретения нагревание пробы проводят в среде кислорода, выделившийся водород дожигают до воды и определяют его количество кулонометрическим датчиком, при этом нагревание проводят при 400-800^oС.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как нагревание пробы в среде кислорода обеспечивает интенсивное окисление исследуемых металлов и разложение гидридов металлов, при этом освобождается также окклюдированный и растворенный водород в металлах. Освободившийся растворенный, окклюдированный и гидридный водород дожигают до воды и замеряют интегрированием количества электричества, пошедшего на ее разложение в кулонометрическом датчике.

Предлагаемый способ реализуется на приборе, схематически изображенном на чертеже.

Прибор состоит из кварцевого испарителя 1, дожигателя водорода 2, сосуда Дьюара 3, змеевика 4, кулонометрического датчика 5 и интегратора 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед проведением анализа через весь прибор пропускают инертный газ до установления стабильного показания тока электролиза в датчике 5. Пробу исследуемого металла помещают в кварцевой лодочке в кварцевый испаритель 1, где она омывается кислородом в течение 2 минут для удаления воды, сорбированной поверхностью пробы и кварцевой лодочкой. После продувки испарителя 1 пробу металла нагревают до 400-800^oС в потоке кислорода. Анализируемый образец, окисляясь, превращается в мелкий порошок, при этом гидриды металла разлагаются. Растворенный и окклюдированный водород, а также освободившийся водород при разложении гидридов, потоком кислорода перемещают в дожигатель 2 водорода до воды. Образовавшаяся вода тем же потоком кислорода уносится в размещенный в сосуде Дьюара 3 змеевик 4, где конденсируется, а кислород, свободный от воды, сбрасывается в атмосферу. Затем вместо кислорода подают в систему газ-носитель (инертный газ), змеевик удаляют из сосуда Дьюара и пары воды потоком газа-носителя уносятся в кулонометрический датчик 5, где после поглощения гигроскопическим веществом, вода подвергается электролизу. Количество электричества, пошедшее на электролиз воды, регистрируется интегратором 6. По количеству электричества, пошедшего на электролиз воды, определяют массу водорода в металле.

Пример выполнения способа.

Три грамма металлического урана в виде стружки помещают в испаритель, в течение двух минут через всю систему установки пропускают кислород, который сбрасывается в атмосферу. В течение 10 минут проба нагревается при 700^oС и, окисляясь, разрушается до мелкого порошка закиси-окиси урана. Освободившийся водород потоком кислорода переносится в дожигатель водорода до воды, которая тем же потоком кислорода перемещается в змеевик. По истечении десяти минут сосуд Дьюара снимается со змеевика (конденсатора) и вместо кислорода в систему подается инертный газ, который пары воды переносит в датчик, где вода электролизом разлагается. Интегратор тока регистрирует количество электричества, пошедшего на электролиз воды. Далее рассчитывается содержание водорода в пробе.

С помощью предложенного способа проанализирована серия проб урана с содержанием водорода от 1,6•10^-4 до 4,0•10^-4%. Суммарная погрешность определения водорода составила 0,48•10^-5 - 0,5• 10^-5%.

Таким образом, предложенный способ предварительного окисления исследуемого металла дает возможность проводить анализ водорода в металлах при относительно низких температурах, работать с укрупненными навесками, что обеспечит повышение чувствительности метода определения водорода, снижение погрешности анализа.

Формула изобретения

1. Способ определения водорода в металлах, включающий нагревание пробы с выделением водорода и определение его количества, отличающийся тем, что нагревание пробы проводят в среде кислорода, выделившийся водород дожигают до воды и определяют его количество кулонометрическим датчиком.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагревание проводят при 400-800^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1