Способ определения молекулярного кислорода

 

„„737357

ОПИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ Юй3йФйййй иЖВЮ4

Союз Советских

Социалистичаскив

Ресйублик

К АВТОРСКОМУ СВ ВТЮЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ььт. сьид ву * (51) М. Кл. . С 01 В 13/00

G 01 N 27/02 (22} Заявлено 060976 (21) 2404855/23-26 с присоединением заявки Ho— (23) Г1риоритет—

Государстаеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 300580 Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 05.06.80 (53) УДК 543. 272.1 .

t 546.21 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л. М. Завьялова, Э. Е. Гутман и И. A. Мясн (71) Заявитель

Ф

I (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА

1 2

Изобретение относится к способам В "койцентрациойной ячейке при 836 С, газового анализа и может быть исполь- Вступают в реакцию с определямым кисзовано для определения молекулярно- лорацом, го кислорода в аэоте, инертных газах Например, показания прибора не верв диапазоне от 1.10 o6.% до 20 об.% 5 ны уже при содержании (H<) 1е от опрекислорода в раэлиМных областях науки деляемой (О ). и техники (химия, металлургия, элект- Наиболее близким к предлагаемому ровакуумная н полупроводниковая тех- является способ определения молекулярника, машиностроение, биология, атом- ного кислорода в азоте, инертных ганая техника, силикатная промыален- 10 эах путем пропускания исследуемсго ганость, исследования космического про- эа над детектором, выполненньве в виде странства) . пленки полупроводникового элемента, Известен способ определения концен- ""например окиси цинка, и измерения трации молекулярного кислорода в азо- электросопротивления детектора (2). те, инертных газах, основанный на иэ-15 Недостатками этого способа являют" мерении ЭДС высокотемпературной кон- ся большая инерционность работы полуцентрацнонной ячейки иэ твердого элект- проводниковой пленки окиси цинка (бо"; ролита (1). -- -лее 20 мин), а также неточное определеВ установившемся режиме ЭДС являет- „ иие молекулярного кислорода s азоте, ся мерой концентрации кислорода в 20 инертных газах в присутствии следов анализируемом газе.Этот способ дает водорода, концентрация которых МохеТ возможность определить молекулярный ..меняться неопределенньве образом. кислород в диапазоне от 1.10 об.Ъ до

100 об.В кислорода. Например, при изменении содержаНедостаток этого способа заключа- 25 ния водорода от 1.10 об.Ф до 1.10 Ъб.Ъ етсЯ в том,что если в анализиРУемых "пРи постоЯнной (Ов) значение сопРотивгазах присутствуют следы водорода, ления:полупроводниковой пленки иэмеконцентрация определяемого кислорода -. --"-Йяется в 20 раэ. будет определена неточно,так как сле- = "" -:"= Цель"изобретения — устранение укады водорода, попадая на окись циркония30 ванных недостатков, повышение точности

3,- -- 7373 7

ЖМЙ ЮЙЕЙЕЮе кэрр@э -.эеа ФаМ."эйр йФВЭкэаиеЖа4:Ф;.аелиЖМ Жаеакеаее:;кекака . -- и и умкень шэекние инерционности работы полупроводниковой пленки.

Указанная цель достигается тем, .что в известном способе определения молекулярного кислорода в инертных газах и азоте путем пропускания исследуемого газа над детектором, выполненным в ви-. де пленки полупроводникового элемента, например окиси цадика, и йзмерекййя электросопротивления детектора в иссле дуемый газ вводят водород.

Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что водород, понижая работу выхода электрона полупроводникового элемента, например окиси цинка, снижает потенциальный барьер, образующийся на 1э поверхности при адсорбции кислорода, облегчая переход электронов на адсорбированный кислород и тем самым улучшает инерционность работы пленочного детектора. 26

Таким образом, улучшение инерционности обусловлено снижением энергии активации (увеличением скорости) адсорбции и десорбции киолорода, пРоисходящим за счет снижения работы выхода электрона, обусловленного адсорбцией водорода.

Кроме улучшения инерционности, введение водорода н количестве заведомо большем, чем в анализируемом газе, повышает точность работы полупроводниковой пленки при определении кислорода в азоте и инертных газах, так как н противном случае. следы водорода, обычно содержащиеся н технологических

raзах (аэота, водорода) в различных концентрациях (от 10 до 1 об.%) снижают электросопротивление детектора неконтролируемым образом и искажают результаты калибровки.

Введение водорода приводит к некоТорому уменьшению чувствительности (неличины относительного изменения электросопротивления пленочного элемента g R/R при постоянной концентрации кислорода), однако и новая чув- 45 стнительность пленки в присутствии водорода оказывается достаточно высокой для определения низких концентраций кислорода в азоте, инертных газах (1 .10 об.%) . 50

Способ осуществляется следующим образом.

На кварцевую подложку наносят пленку окиси цинка толщиной 1-2 мк. Пленку нагревают до 300 С н азоте, инертных газах,в поток которых постоянно вводят водород. При калибровке пленки азот, инертные газы и добавляемый водород пропускают через нагретый Ni-Cr каталйзатор, очищая их от кислорода.

Калибруют пленку по электролиэеру, 60 заполненному раствором GN щелочи KOH особой чистоты. Задавая определенную концентрацию кислорода," по току на

- электролизере, записывают относ*йтекль-, ное икэменение сопротивления пленки.. 65

Изменяя последовательно концентрацию кислорода и записывая относительное йэменение сопротивления пленки, получают калибровочную кривую пленки (по оси ординат — относительное изменение сопротивления пленки, по оси абсцисс— концентрация кислорода) .

При анализе на кислород газов (азов а, инертных газов), последние пропускают над пленкой, минуя N1 r катализатор, а водород, как и при калибровке, проходит через Ni r катализатор на пленку.

Затем записывают относительное изменение сопротивления пленки и по калибровочной кривой определяют искомую концентрацию кислорода.

На фиг. 1 показано изменение инерционности работы пленки окиси цинка при определении кислорода в азоте с введением водорода; на фиг. 2 — влияние следов водорода (0-1.10 oe>.%) на электросопротивление пленки окиси цинка при постоянной концентрации хислорода н азоте; на фиг. 3 — результаты калибровки полупроводникового элемента при определении кислорода в азоте с различными добавками водорода.

Введение нодорода (см. фиг. 1) улучшает инерционность работы пленочного элемента из окиси цинка с 20 до

2 мин.

Изменение содержания водорода н азоте до 1.10 об.% (при постоянной концентрации кислорода) приводит к резкому изменению эиектросопротинления пленки (см. фиг. 2). что не позволяет определять кислород в азоте по калибровочным кривым, полученным при полном отсутствии .или при низком содержании водорода н азоте (например, 1.10 o6.%). Введение водорода н количестве, заведомо пренышающем возможные следы водорода н анализируемых газах (азоте, ийертных газах), устраняет влияние следов водорода и позволяет, таким образом, наряду с улучшением инерционности, точно определять кислород в укаэанных газах по соответствующей калибровочной кривой.

Проводят калибронку полупронодниковбго элемента (пленки окиси цинка, Т вЂ” 300 С) при определении кислорода в азоте с .различными добавками водорода в билогарифмических координатах (а а —. -, гле Ы и б — электрпправодность до и после впуска кислорода в азот) . Прямые 1, 2, 3, 4 (см. фиг. 3) — соответственно 50, 25, 10, 5 об.% водорода в азоте.

При проведении этих опытов уста новлено, что изменение следов водорода в азоте не влияет на показатели детектора. Кроме того, чем меньше дофавлять водорода, тем выше чувствительностьеПоскольку н технологических газах (азоте, инертйых газах) со-, держание водорода составляет до 1%, S 737357 6 . ;,й

* предпочтительнее добавлять водород к над-"де1екторб, выполненным в виде укаэанным газам в количестве 5%, что пленки полуйроводникового элемента, обеспечивает оптимальную чувствитель- найрнмер окйси арийка, и йэмерейия ность и инерционность, при высокой электросопротивления детектора, .о т. точности измерения, л и ч а ю ш и и с я тем, что, с цеИспольэование предлагаемого спосо- g лью повьаюния точности и уменьшения ба определения молекулярного кнслоро- инерционности работы полупроводникода s азоте и инертных газах с введе- вой пленки, в исследуемый газ вводят нием водорода обеспечивает малую инер- водород. цнонность работы полупроводникового Источники информации, пленочного элемента (например, для to принятые so внимание при экспертизе окиси цинка — 2 мин) и высокую точ- " 1. Голото И. Л., Докучаев Б. П., ность .определения кислорода в азоте и .Колногоров Г. Д. ЧиСтота в проиэвод-, инертных газах в присутствии следов стве полуйроводййковьйс приборов и водорода, концентрация которых. может Интегральных схем, М., Энергия, меняться неопределенным образом. 1975, с. 172.

Формула изобретения - 2. Гутман Э. Е., Мясников И. А.

Состояние и перспективы развития

Способ определения молекулярного аналитического приборостроения до кислорода в инертных газах и азоте 1985 г. Сб. Всесоюзная конференция. путем пропускания исследуемого газа 2() M., 1975, с. 112 (прототип) .

I 4