Методы определения газов в металлах без применения вакуума

Галоидные методы определения кислорода. Были предложены и использованы методы определения кислорода, которые основаны на возгонке металлических составляющих сплавов в виде галоидных соединений и вместе с тем на устойчивости окислов в присутствии галоидов.

Метод хлорирования. Газообразный хлор пропускается над лодочкой с пробой металла при повышенной температуре. Металлическая основа при этом взаимодействует с хлором, образуя легколетучий хлорид, который сублимируется и уносится струей газа. Окислы в большинстве случаев не хлорируются, остаются в лодочке, и их количество определяется по весу остатка после опыта.

Основной недостаток этого метода заключается в возможности протекания реакции между окислом и углеродом (неизбежной примесью металла) согласно уравнению

В результате реакции часть кислорода пробы удаляется (в виде СО) и вес остатка не отражает истинного содержания кислорода в пробе. Потери кислорода за счет реакции могут быть учтены путем точного определения потерь углерода.

Хлористоводородный метод. В качестве хлорирующего агента можно использовать струю осушенного газообразного НС1. При этом можно Бромид металла, избыток брома и другие побочные продукты конденсируются из струи газа или поглощаются в скруббере. Затем СО окисляется окисью меди и образующаяся СО₂ поглощается в аскарите и определяется гравиметрически или измерением электропроводности.

В последней работе Кодэлла и Норвитца [27], представленной в 1957 г. на совещании Американского общества по испытаниям материалов (ASTM), рекомендуется применять гравиметрический метод при содержании кислорода выше 0,05% и метод измерения электропроводности при концентрациях ниже 0,02%.

Метод бромирования был использован для определения кислорода в титане, цирконии, хроме, ванадии и сталях. Однако в работе нет сведений о.чувствительности метода, но имеется заключение о том, что он неприменим для сталей, содержащих оксидные включения.

Для анализа кислорода в титане использовались пробы в виде стружки или полос весом 2 г.

Определение кислорода по способу Смилея. Способ, опубликованный в работе [28], подобен методу вакуумной плавки и отличается от него лишь тем, что не требует применения вакуума. Проба погружается в ванну жидкой платины в графитовом тигле. Кислород пробы взаимодействует с углеродом, образуется окись углерода, которая выносится из печи струей аргона при атмосферном давлении. Окись углерода окисляется до двуокиси. Двуокись конденсируется в капиллярной ловушке и измеряется капиллярным манометром. В первой работе были представлены данные для железа, стали, алюминия и тория. Продолжительность определения кислорода обычно составляет 12 мин.

Во втором докладе, прочитанном на конференции ASTM, автор делает заключение, что этот метод применим для большинства металлов, в которых определение кислорода может производиться методом вакуумной плавки.

Спектрографический метод определения кислорода. Имеется несколько работ по использованию спектрографических методов определения кислорода. Наиболее успешно были выполнены работы в государственном колледже шт. Айова Фэсселем и Тэбелингом [30] и Фэсселем и Гордоном [31]. При этом методе проба помещается в кратере графитового электрода; для железа проба использовалась в простом виде, для анализа титана шарик из материала пробы впрессовывался в небольшой платиновый диск. Образец возбуждался в электрической дуге постоянного тока, горящей между угольными электродами в атмосфере аргона. Кислород выделялся из пробы в виде окиси углерода, которая диссоциировала в дуге. В полу-

уменьшить ошибку определения кислорода, получающуюся за счет реакции с углеродом и затрудняющую применение хлорного метода.

Хлористоводородный метод в том виде, в каком он разработан Ридом и Цопатти [25], имел большой успех при определении кислорода в цирконии. Результаты этого способа хорошо согласовывались с данными определения кислорода в цирконии методом вакуумной плавки при использовании платиновой ванны. Вес пробы 1 г.

Метод бромирования. Метод бромирования Коделла и Норвитца [26] принципиально отличается от двух рассмотренных галоидных методов. Проба смешивается с графитовым порошком. Над смесью при 925° пропускается струя инертного газа, насыщенного бромом.

При этом имеет место реакция ценном спектре кислорода отношение интенсивности парных линий 1(0) 7771,9/1(А) 7891,1 определяет содержание кислорода в пробе металла.

На фиг. 10 показана упрощенная схема этой установки. На фиг. 11 графически представлена зависимость содержания кислорода от отношений интенсивности для ряда титановых проб, в которых содержание кислорода определялось методом вакуумной плавки.

Спектральный метод позволяет производить несколько определений в час и применим для анализа кислорода в сталях, титане и редкоземельных элементах.

Метод изотопного разбавления для определения кислорода. Метод изотопного разбавления для определения кислорода [32] анало ичен методу вакуумной плавки с той лишь разницей, что углерод тигля одновременно взаимодействует с кислородом анализируемой пробы и с кислородом стандартной пробы, загружаемой вместе с рабочей пробой. Кислород в стандартной пробе присутствует в виде изотопа О¹⁸, и количество его известно. В результате реакции выделяется окись углерода. Отношение О¹⁸/О¹⁸ в окиси углерода определяется с помощью масс-спектрографа.

Определение водорода методом сжигания. Для определения водорода в металлах без применения вакуума пока известен только один метод — метод сжигания [33]. Проба сжигается в струе кислорода, и содержащийся в ней водород взаимодействует с кислородом, образуя воду, которая поглощается и взвешивается. Этот метод получил наибольшее применение для металлов с высоким содержанием водорода и требует использования проб сравнительно большого веса (5—10 г).