Аппаратура
Аппаратура
Существуют различные конструкции аппаратов для определения газов методом вакуумной плавки. Все они могут быть схематично представлены в такой последовательности:
Общим для всех конструкций аппаратов является вакуумная печь с графитовым тиглем, в котором плавится проба металла. Размеры печей и методы нагрева бывают разнообразные, но в большинстве используемых в настоящее время печей обеспечивается температура около 2400°. Выделяющиеся газы удаляются из печи с помощью ртутно-диффузионного насоса, а затем определяется их общее количество и состав. Имеется много способов анализа газов после их выделения из пробы. Рассмотрим некоторые из них.
Анализаторы, работающие при атмосферном давлении. Газы сжимаются до атмосферного давления и затем анализируются в обычных газоанализаторах или микроанализаторах типа Орса. Эти газоанализаторы требуют достаточного количества газов для анализа, что в свою очередь вызывает необходимость применения навесок больших размеров.
Масс-спектрографический метод. Выделяющиеся газы собираются в газосборный баллон, а затем поступают для анализа в масс-спектрограф.
Вакуум-манометрический метод. Сущность метода заключается в том, что выделяющиеся в вакууме газы подвергаются ряду реакций, в результате которых становится возможным раздельное определение их количества. Этот метод применяется в лаборатории автора. Основные элементы аппаратуры для определения газов методом вакуумной плавки разработали Иордан и Экман в 1926 г. [1] и Обергоффер и Шенк в 1927 г. [2]. Иордан и Экман впервые использовали индукционный нагрев графитового тигля, являющийся отличительной особенностью современных установок. Автором разработан также метод анализа газов после их выделения из пробы. На фиг. 1, 2 и 3 показано оборудование, используемое в лаборатории автора для анализа газов. На фиг. 1 показана лаборатория, в которой смонтировано 4 установки для определения газов методом вакуумной плавки и одна для определения водорода в титане и цирконии. На фиг. 2 показаны детали отдельной установки, на фиг. 3 представлена схема аппаратуры для вакуумной плавки и определения газов.
Слева расположена печь, в которую загружаются образцы. Выделяющиеся газы откачиваются из печи двухступенчатым ртутным диффузионным насосом, который передает их в главную выхлопную линию системы откачки и дегазации или же в линию для анализа, отмеченную на схеме пунктиром. В аналитической линии СО, Н2 и N2 вначале собираются с помощью насоса Теплера в откалиброванном газосборнике, в котором измеряется давление газовой смеси и ее объем. Произведение этих величин (pV) определяет общее число грамм-молей собранных газов согласно уравнению, где р — давление, V — объем, N — число молей газа. Произведение pV измеряется в мл • мм, так как давление выражается в мм рт. ст., а объем — в мл. Следует отметить, что единица измерения мл • мм численно равна единице л • мк.
После определения произведения pV (количества газа) газовая смесь (СО + N2 + Н2) прогоняется несколько раз через окислитель, в качестве которого служит нагретая окись меди. При этом СО и Н2 окисляются до СО2 и Н2О без изменения объема согласно реакциям.
После окисления смесь газов (СО2 + N2 + Н2О) пропускается через осушительную колонку с Mg (С1О4)2, где происходит поглощение паров воды, а затем поступает в ловушку, охлаждаемую жидким азотом, в которой конденсируется СО2. Оставшийся азот собирается в газовой бюретке, в которой производится измерение количества этого газа (pV). Обычно после этого азот остается в капиллярной пипетке; сосуд Дюара с жидким азотом снимается с ловушки для вымораживания СО2, двуокись углерода свободно испаряется и перегоняется насосом в газовую бюретку, где затем определяется суммарное количество газов СО2 и N2. Таким образом, в результате этих измерений производятся три определения:
Инструкция по эксплуатации этой аппаратуры была опубликована в работе [3], поэтому здесь повторяться не будет. Как видно из фиг. 3,
В установке используются только ртутные затворы. Основное преимущество ртутных затворов заключается в том, что при их использовании исключается подсос воздуха, который неизбежен при работе с кранами.