Способ выделения кислорода из минералов для изотопного анализа

 

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА I ИЗ МИНЕРАЛОВ ДЛЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА :путем фторирования образца дифторидом ксенона в реакторе, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности изотопного анали-; за кислорода и увеличения производительности способа, операции загрузки: и герметизации производят в атмосфере сухого гексафторида серы.

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДМ СТЕЕННЫй НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3429351/23-26 (22) 13.05.82 . (46) 30.04.84. Бюл. 9 16 (72).Ю.А. Борщевский, Х.Б.Амосова и С.Л.Борисова (71) Институт литосферы AH СССР . (53) 543.055(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3214655/26, кл. G 01 N1/28,,1980.

2. Авторское свидетельство СССР

В 223446, кл. G 01 N 31/00, 1967., SU„89462 A (54)(57) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЗ МИНКРАЛОВ ДЛЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА

;путем фторирования образца дифтори,дом ксенона в реакторе, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности изотопного анели" за кислорода и увеличения производительности способа, операции загрузки и герметизации производят в атмосфере сухого гексафторида серы.

62

2 повышением его производительности, неизбежно ведет как к значительному техническому усложнению условки, вклю» чая увеличение ее габаритов, как и к значительному увеличению энергозатрат.

Цель изобретения — повышение точности изотопного анализа киспорода и увеличение производительности способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выделения кислорода иэ минералов путем фторировання образца дифторидом ксенона в реакторе загрузку и герметизацию производят в атмосфере сухого гексафторида серы.

Загрузку навески минерала и фторидов ксенона в реактор-автоклав и его герметизацию производят в спе- циально оборудованном перчаточном боксе типа ШВ-1-0С, в котором смон-. тирован рабочий стол из органического стекла с устройством, позволяющим фиксировать положение реактора-автоклава, все это упрощает процесс загрузки и герметизации.

Для исключения попадания атмосфер ного кислорода и атмосферной влаги в реактор-автоклав во время его загрузки бокс заполняют сухим гексафторидом серы.

Применение SF< в качестве защитной среды исключает попадание в реакционный объем изотопно"тяжелого атмосферного кислорода (4" 0 /S OW =

18

+23,5X) и изотопно-легкой атмосферной влаги (У 60з„/SNOM = -20,07.).

В табл. 1, приведены результаты экспериментальных изотопных исследований по установлению влияния примесей азота, аргона, ксенона и гексафторида серы на точность изотопного анализа кислорода, выделенного нз

45,эталонных Ilpo6 природного кварца путем их фторирования дифторидом .ксенона в реакционных объемах, загрузка и герметизация которых осуществлялась

5О сравнения приведены также изотопнокислородные. данные, полученные при использовании способа-прототипа).

Результаты измерений изотопного состава кислорода природного квар55 ца, представленные в табл. 1, сви детельствуют о значительном влиянии газообразных примесей на точность изотопного анализа кислорода.

10894

Изобретение относится к способам выделения элементов иэ минералов для изотопного анализа с целью реше- . ния геологических задач научного и прикладного характера. 5

Известен способ выделения кислорода для изотопного анализа путем фторирования исходного продукта фторидами ксенона и эвтектической смесью гидрофторидов щелочных ме- 10 таллов 313.

Данный способ характеризуется недостаточно высокой точностью изотопного анализа кислорода, вслед ствие неизбежного попадания в реакционный объем атмосферной влаги.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выделения кислорода из минералов, который основан на использовании фторидов ксенона в качестве фторнрующнх агентов и реализуется в реакционном объеме, образованном цилиндрическим ннкелевьм реактором 25 и запирающим снльфонным вентилем, которые составляют единый узел, являющийся частью специальной высоковакуумной установки.

Реактор является сменным элементом, который герметично присоединяют к стационарно укрепленному на. вакуумной установке запирающему вентилю |.23.

Однаконэвестный способ облада \ 35 ет недостаточно высокой точностью изотопного анализа кислорода, что обусловлено неизбежным попаданием в реакционный объем атмосферной влаги, содержащей изотопно-легкий кис- 4 лород, что приводит к искажению измеряемего изотопного состава кис.лорода, а, следовательно, снижает восцроизводимость и точность изотопно. кислодных данных.

Причем удаление атмосферной влаги, адсорбированной,внутренней поверхностью реактора, достигается только при нагревании реактора. до, . в атмосфере указанн газов,. (110 С однако при этой температуре фториды ксенона начинают сублимировать и вместе с влагой откачиваются из реактора, что приводит к полной потере фторидов ксенона.

Недостатком известного способа является также то, что единственный, путь, связанный с увеличением колйчества реакторов, например, до пяти, 1089462 блица

Т а

d"О ВSNOW

Защитный газ

Точность анализа, Ж

+0,4 » 0,4

Й0,5

+7,4

Азот

+7,5

Аргон

Ксенон

+8,2

Гексафторид серы

+8,0

+0,05

Способпрототип

+8,15 + 0,3

Значение d 80 даны в шкале SNOW (шкала стандартной средней океанической воды) о 80 кв/SNOW =

= +8,0%.

При использовании в качестве защитной среды ксенона и гексафторида серы, имеющих более высокие по сравнению с азотом температуры сжнжения, их отделяют от кислорода путем вымораживания жидким азотом, в то время как от азота и аргона, характеризующихся более низкими

» температурами сжижения, таким спо собом избавиться не удается, за счет чего в молекулярном кислороде, выделенном из кварца, содержится

40-45% примеси азота или аргона.

Температуры сжнжения указанных газов, следующие:

Защитный Температура сжнжения газ при атмосферном давлении, С

Не -268

Ne -243

2 -195,7

Ar -185,8

-183

Хе -112

SF

6 -56

Как показали проведенные исследования, наличие примесей азота и

) аргона в газе-образце приводит к . неустойчивости ионной фокусировки .50 вследствие нестабильности объемного заряда и рассеяния ионов на атомах и молекулах Обусловленная этим неидентичность условий процесса измерения для стандарта и образца явля55 ется причиной возникновения мнимых изотопных эффектов, искажающыс изотопные. характеристики анализируемых природных образцов. При этой отклонение измеряемой величины от истинной превышает систематическую ошибку измерений при использовании способа-прототипа (беэ применения защитной среды).

В результате проведенных исследований установлено, что основным требованием, предъявляемым к защитноиу газу, является определенная температура сжижения, которая должна быть существенно выше Т -196 С, чтобы обеспечивалась его 100%-ная конденсация при вымораживании жидким азотом. Существенность этого требования обусловлена спецификой газового прецизионного масс-спектрометрического изотопного анализа кислорода, при котором главным фактором, обеспечивающим высокую точность анализа является максимальная идентичность условий натекания газа в ионный источник попеременно, из канала газа-стандарта и газа-образца, и зало- гом прецизионности, в первую очередь, является стабильность конфигураций электростатических полей, фокусирующих ионные лучи» Иэ блягород ных газов этому требованию соответ- ствует только Хе. Однако остаточное давление паров Хе при Т -196 С о обусловливает его незначительное присутствие в анализируемом молекулярном кислороде, что в конечном итоге отражается на точности изотопного анализа кислорода. В данном случае (табл. 1) наблюдается мнимое обогащение образца тяжелым изотопом кислорода О . Ксенон (ш/е 124, 126, 128, 129, 130, 132, 134, 136),. характеризуясь, более низким потенциалом ионизации по сравнению с кислородом, претерпевает в ионном источнике многократную ионизацию, в результате чего в спектре масс появля ются составляющие Хе+, Хе, Хе +, Хе с ш/е = 33,34 и др., которые, интерферируя с одной из основных рабочих масс кислорода (m/е = 34), соответствующей менее распространенному изотопу О „ способствуют увеличению интенсивности массовой линии ш/е = 34, что приводит к искажению изотопного отношения кислорода

P = 34/32.

Таким образом экспериментальныи путеи установлены следующие критерии выбора оптимальной защитной газовой

1089462 среды: температура конденсации применяемого газа должна быть значительно выие Т -196 С; остаточный массспектр защитного газа не должен содержать массовых линий в диапазоне ш/е 32-34.

Согласно этим критерияи гексафто- . рид серы является единственным газообразньи соединением, использование которого в качестве. защитной среды позволяет решить задачу повыпения точности изотопного анализа кислорода, поскольку температура.его конденсации составляет Т -56 С, а

1О

Таблица 2

Способ

Анализируемый материал

СаЗ ОЗ волластонит

8 .02 (кварц) Саыо4 шеелит

+0,03-0,04

+0,005-0,01

Прототип

Предлагаемый

10,04-0,05

+0,03-0,05 0,005-0 01

+0,01-0,02

Применение изобретения позволяет

ЗО одновременно производить загрузку в боксе 50-60 реакторов-автоклавов, а затем их одновременный равномерный и автоматически регулируемый прогрев с помощью современных мур фельных печей, что в полной мере реализует все достоинства ксенонфторидного способа и повышает точность изотопных анализов кислорода, интенсифицирует процесс фторирования

40 и увеличивает эффективность использования установки, увеличивает производительность способа.

Составитель А.Шер

ТехредВ.Далекорей Корректор О.Билак

Редактор Л.Филь

Заказ 2924/40 Тираж 823 Подписное

BHAHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва1 Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Пример. В перчаточнои боксе, наполненном гексафторидом серы, помещают 0,0t r Si0> и 0,1 г ХеР2 в каждый иэ 50-60 реакторов-автоклавов, герметизируют их иедны1я прокладками-заглушками.. После прогрева реакторов-автоклавов в муфельных печах при 350 С в течение 30 иин их поочередно присоединяют к прокалывающему устройству для вскрытия и извлечения газообразных продуктов фторирования, которые разделяют и анализируют по известному способу. масс-спектр (3Fg, ЗЦ, ЗР, ЗР, 3F+, m/е = 51-129) не содержит линий, способных усложнить регистрацию изотопных отношений кислорода (ш/е

= 32, 33, 34).

Наряду с этим гексафторид серы характеризуется рядом физико-химических свойств, которые делают его максимально пригодным для использования в качестве защитной среды при реализации ксенон-фторидного способа.

Сравнительные данные по, точности изотопного анализа кислорода в процентахприведены в табл. 2.