[go: up one dir, main page]

RU2227291C2 - Process determining contents of impurities in xenon - Google Patents

Process determining contents of impurities in xenon Download PDF

Info

Publication number
RU2227291C2
RU2227291C2 RU2002111318/28A RU2002111318A RU2227291C2 RU 2227291 C2 RU2227291 C2 RU 2227291C2 RU 2002111318/28 A RU2002111318/28 A RU 2002111318/28A RU 2002111318 A RU2002111318 A RU 2002111318A RU 2227291 C2 RU2227291 C2 RU 2227291C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impurities
xenon
mass spectrometer
sample
mass
Prior art date
Application number
RU2002111318/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002111318A (en
Inventor
В.М. Голик
Б.Г. Джаваев
О.В. Елистратов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority to RU2002111318/28A priority Critical patent/RU2227291C2/en
Publication of RU2002111318A publication Critical patent/RU2002111318A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2227291C2 publication Critical patent/RU2227291C2/en

Links

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: analysis of materials. SUBSTANCE: characteristic feature of process lies in conducting concentration of impurities in region of high vacuum of mass spectrometer after metering valve by way of partial condensation of xenon at temperature of 77 K. In this case impurities present in xenon and displaying higher values of pressure of saturated vapors and lesser as compared with xenon pressure in flow enter freely ion source of mass spectrometer. EFFECT: markedly raised sensitivity and accuracy of mass spectrometric process of measurements. 3 tbl

Description

Изобретение относится к области анализа материалов, а именно к способам определения содержания в ксеноне следующих примесей: азота (N2), кислорода (O2), аргона (Аr), криптона (Кr), окиси углерода (СО), метана (СН4), перфторметана (CF4).The invention relates to the field of analysis of materials, namely to methods for determining the content of the following impurities in xenon: nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), argon (Ar), krypton (Kr), carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), perfluoromethane (CF 4 ).

Известны способы определения примесей в ксеноне хроматографическим методом и прямым (классическим) масс-спектрометрическим методом.Known methods for determining impurities in xenon chromatographic method and direct (classical) mass spectrometric method.

При определении примесей в ксеноне (Хе) с помощью газового хроматографа [2, 3] используют различные типы хроматографических колонок и детекторов. При этом одним из недостатков метода является необходимость использования нескольких типов детекторов для анализа всех вышеперечисленных соединений. Так, например, для анализа криптона и азота используют детектор по теплопроводности, для анализа метана и оксида углерода - пламенно-ионизационный детектор. Для проведения градуировки хроматографа необходимо также использовать большой набор калибровочных смесей (КС) ксенона с известным содержанием примесей. Все это приводит к существенному увеличению временных затрат на проведение анализа.When determining impurities in xenon (Xe) using a gas chromatograph [2, 3], various types of chromatographic columns and detectors are used. Moreover, one of the drawbacks of the method is the need to use several types of detectors to analyze all of the above compounds. For example, a thermal conductivity detector is used to analyze krypton and nitrogen, and a flame-ionization detector is used to analyze methane and carbon monoxide. For the calibration of the chromatograph, it is also necessary to use a large set of calibration mixtures (CS) of xenon with a known impurity content. All this leads to a significant increase in time spent on analysis.

Более производительным методом определения примесей в ксеноне является прямой масс-спектрометрический метод [1], в котором проба ксенона непосредственно через игольчатый дозатор вводится в источник ионов газового масс-спектрометра. В источнике ионов под действием электронного удара происходит фрагментация и ионизация молекул ксенона и примесей.A more efficient method for the determination of impurities in xenon is the direct mass spectrometric method [1], in which a xenon sample is introduced directly through a needle dispenser into the ion source of a gas mass spectrometer. Under the influence of an electron impact, a fragmentation and ionization of xenon molecules and impurities occurs in an ion source.

При определении содержания примесных соединений в ксеноне прямым масс-спектрометрическим методом выполняют следующие действия: напускают анализируемую газовую пробу Хе в вакуумную систему масс-спектрометра до дозирующего клапана; открывают дозирующий клапан и напускают газ в источник ионов масс-спектрометра; регистрируют масс-спектр пробы; по величине выходных сигналов масс-спектра, соответствующих давлениям Хе и примесных соединений в системе напуска, производят расчет молярной доли примесных соединений по следующей формуле:When determining the content of impurity compounds in xenon by a direct mass spectrometric method, the following actions are performed: they inject the analyzed gas sample Xe into the vacuum system of the mass spectrometer to the metering valve; open the metering valve and let gas into the ion source of the mass spectrometer; register the mass spectrum of the sample; the magnitude of the output signals of the mass spectrum corresponding to the pressures Xe and impurity compounds in the inlet system, calculate the molar fraction of impurity compounds according to the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Ji - выходной сигнал, соответствующий содержанию i-й примеси, В;where J i is the output signal corresponding to the content of the i-th impurity, V;

Ki - коэффициент относительной чувствительности для i-й примеси;K i - coefficient of relative sensitivity for the i-th impurity;

К - коэффициент относительной чувствительности Хе;To Xe - coefficient of relative sensitivity Xe;

JXe+ - сумма значений выходных сигналов, соответствующих содержанию изотопов ксенона: 124, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134 и 136 а.е.м., В.J Xe + - the sum of the values of the output signals corresponding to the content of xenon isotopes: 124, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134 and 136 amu, V.

В таблице 1 приведены используемые коэффициенты относительной чувствительности анализируемых соединений и регистрируемые массовые линии масс-спектра.Table 1 shows the used coefficients of relative sensitivity of the analyzed compounds and the recorded mass lines of the mass spectrum.

Главным недостатком известного масс-спектрометрического метода измерений (принятого за прототип) является низкий предел обнаружения примесей, который, выраженный в молярных долях, составляет 0,01% и обусловлен максимально допустимым давлением анализируемой газовой смеси в ионизационной камере масс-спектрометра порядка 1·10-4 мм рт.ст.The main disadvantage of the known mass spectrometric measurement method (adopted as a prototype) is the low detection limit of impurities, which, expressed in molar fractions, is 0.01% and is due to the maximum allowable pressure of the analyzed gas mixture in the ionization chamber of the mass spectrometer of the order of 1 · 10 - 4 mmHg

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и чувствительности масс-спектрометрического метода измерений.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy and sensitivity of the mass spectrometric measurement method.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе определения примесей прямым масс-спектрометрическим методом, заключающимся в прямом вводе анализируемой газовой смеси через игольчатый дозатор в источник ионов масс-спектрометра, проводят криогенное концентрирование примесей в области высокого вакуума масс-спектрометра за дозирующим клапаном. Концентрирование проводится путем частичной конденсации ксенона при температуре 77К (температура жидкого азота). При этом примеси, имеющие более высокие значения давлений насыщенных паров и меньшее в сравнение с ксеноном давление в потоке, свободно проходят в источник ионов масс-спектрометра. Степень концентрирования примесей зависит от потока Хе через дозирующий клапан и составляет в среднем 1000-2000 раз. Давление Хе в источнике ионов масс-спектрометра не зависит от расхода Хе через игольчатый дозатор и определяется значением температуры части напускной системы (концентратора), в которой происходит конденсация Хе. Концентратором является медная трубка, длина охлаждаемой части которой составляет 30-50 см.The problem is solved due to the fact that in the known method for determining impurities by direct mass spectrometric method, which consists in direct input of the analyzed gas mixture through a needle dispenser into the ion source of the mass spectrometer, cryogenic concentration of impurities in the high vacuum region of the mass spectrometer behind the metering valve . Concentration is carried out by partial condensation of xenon at a temperature of 77K (temperature of liquid nitrogen). In this case, impurities having higher saturated vapor pressures and lower pressure in the flow compared to xenon freely pass into the ion source of the mass spectrometer. The degree of concentration of impurities depends on the flow of Xe through the metering valve and averages 1000-2000 times. The Xe pressure in the ion source of the mass spectrometer does not depend on the Xe flow rate through the needle dispenser and is determined by the temperature value of the part of the inlet system (concentrator) in which Xe condensation occurs. The concentrator is a copper tube, the length of the cooled part of which is 30-50 cm.

Реализация данного способа определения примесей в ксеноне стала возможной благодаря двум факторам, обусловленным физическими свойствами ксенона и анализируемых примесей. Во-первых, давление ксенона при температуре 77К составляет ~0,5 Па (~3·10-3 мм рт.ст.) и является "рабочим" давлением в системе напуска газового масс-спектрометра за игольчатым клапаном. Во-вторых, анализируемые примеси имеют в сравнении с ксеноном более низкие температуры кипения (Таб.2) и, следовательно, более высокие значения давления насыщенного пара при данной температуре, что делает их прохождение через концентратор беспрепятственным.The implementation of this method for determining impurities in xenon has become possible due to two factors due to the physical properties of xenon and analyzed impurities. First, the xenon pressure at 77 K is ~ 0.5 Pa (~ 3 · 10 -3 mm Hg) and is the "working" pressure in the gas mass spectrometer inlet system behind the needle valve. Secondly, the analyzed impurities have lower boiling points in comparison with xenon (Table 2) and, therefore, higher saturated vapor pressure at a given temperature, which makes their passage through the concentrator unobstructed.

Определение молярной доли примесей проводят аналогично способу, изложенному в [4], относительным методом с использованием калибровочных смесей (КС) с известным содержанием примесей. При этом осуществляют последовательный напуск через концентратор КС и пробы.Determination of the molar fraction of impurities is carried out similarly to the method described in [4], by the relative method using calibration mixtures (CS) with a known content of impurities. In this case, a sequential inlet is carried out through the concentrator KS and samples.

Молярную долю примесей (С n i ) в пробе ксенона в процентах определяют по формулеThe molar fraction of impurities (C n i ) in a xenon sample in percent is determined by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где С кс i - молярная доля i-й примеси в КС, %;where c cop i - the molar fraction of the i-th impurity in the COP,%;

I n i - величина выходного сигнала измерительной системы масс-спектрометра, пропорциональная доле i-й примеси в пробе Хе, В;I n i - the value of the output signal of the measuring system of the mass spectrometer, proportional to the proportion of the i-th impurity in the sample Xe, B;

I кс i - величина выходного сигнала i-й примеси в КС, В;I cop i - the value of the output signal of the i-th impurity in KS, V;

Рn; Pкс - давления пробы Хе и КС перед дозирующим клапаном, Па.P n ; P cc - sample pressure Xe and KS before the metering valve, Pa.

Для тех примесей, которые не содержатся в КС, расчет молярной доли проводят по формуле с использованием коэффициентов относительной чувствительности (Таб.1):For those impurities that are not contained in the COP, the calculation of the molar fraction is carried out according to the formula using the coefficients of relative sensitivity (Table 1):

Figure 00000003
Figure 00000003

где Ki, Kj - коэффициент относительной чувствительности для i-й и j-й примесей.where K i , K j is the coefficient of relative sensitivity for the i-th and j-th impurities.

При определении содержания примесных соединений в ксеноне масс-спектрометрическим методом с криогенным концентрированием примесей выполняют следующие действия: вводят анализируемую газовую пробу Хе в вакуумную систему масс-спектрометра до дозирующего клапана; открывают дозирующий клапан и напускают газ через концентратор в источник ионов масс-спектрометра; регистрируют масс-спектр пробы и регистрируют давление пробы перед дозирующим клапаном; прокачивают вакуумную систему масс-спектрометра; вводят калибровочную смесь в вакуумную систему масс-спектрометра до дозирующего клапана; регистрируют масс-спектр КС и регистрируют давление КС перед дозирующим клапаном; по величине выходных сигналов масс-спектра, соответствующих содержанию примесных соединений в пробе и калибровочной смеси, проводят расчет молярной доли примесных соединений по формуле 2 или 3.When determining the content of impurity compounds in xenon by a mass spectrometric method with cryogenic concentration of impurities, the following actions are performed: the analyzed gas sample Xe is introduced into the vacuum system of the mass spectrometer to the metering valve; open the metering valve and let gas through the hub into the ion source of the mass spectrometer; register the mass spectrum of the sample and record the pressure of the sample in front of the metering valve; pump the vacuum system of the mass spectrometer; inject the calibration mixture into the vacuum system of the mass spectrometer to the metering valve; register the mass spectrum of the COP and record the pressure of the COP in front of the metering valve; the magnitude of the output signals of the mass spectrum corresponding to the content of impurity compounds in the sample and the calibration mixture, calculate the molar fraction of impurity compounds according to the formula 2 or 3.

Пример. Проводилось определение молярной доли следующих примесей в калибровочных смесях ксенона: N2; O2; Ar; Кr; CF4; СН4. Смеси были приготовлены на основе чистых веществ. Результаты определений, рассчитанные по формулам (2, 3), приведены в таблице 3.Example. The molar fraction of the following impurities in the calibration mixtures of xenon was determined: N 2 ; O 2 ; Ar; Kr; CF 4 ; CH 4 . Mixtures were prepared on the basis of pure substances. The results of the determinations calculated by the formulas (2, 3) are shown in table 3.

Анализ приведенных данных подтверждает, что в заявленном изобретении в сравнении с прототипом обеспечивается большая чувствительность масс-спектрометрического определения примесей: предел обнаружения составляет порядка ~2·10-6%; обеспечивается увеличение точности масс-спектрометрического метода: относительная ошибка единичного определения не превышает 15%.Analysis of the data confirms that in the claimed invention in comparison with the prototype provides a higher sensitivity mass spectrometric determination of impurities: the detection limit is about ~ 2 · 10 -6 %; the accuracy of the mass spectrometric method is increased: the relative error of a single determination does not exceed 15%.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Источники информацииSources of information

1. Ксенон. Технические условия. ГОСТ 10219-77, -М.: ИПК издательство стандартов.1. Xenon. Technical conditions GOST 10219-77, -M .: IPK publishing house of standards.

2. Шеховцов Н.А. Изотопная масс-спектрометрия. -М.: Атомиздат, 1971.2. Shekhovtsov N.A. Isotopic mass spectrometry. -M .: Atomizdat, 1971.

3. Агафонов И.Л., Девятых Г.Г. Масс-спектрометрический анализ газов и паров особой чистоты. -М.: Наука, 1980.3. Agafonov I. L., Ninth G. G. Mass spectrometric analysis of high purity gases and vapors. -M .: Science, 1980.

4. Заявка № 2000124840. Способ определения примесей в гексафториде урана и устройство для его осуществления. Приоритет от 29.09.2000, решение о выдаче патента РФ от 21.01.02.4. Application No. 2000124840. A method for determining impurities in uranium hexafluoride and a device for its implementation. Priority from 09.29.2000, the decision to grant a patent of the Russian Federation from 01.21.02.

Claims (1)

Способ определения содержания примесей в ксеноне, включающий последовательное введение в источник ионов газового масс-спектрометра калибровочной смеси с известным содержанием примесей и пробы с неизвестным содержанием примесей, регистрацию масс-спектров примесей в калибровочной смеси и пробе, сравнение аналитических сигналов примесей и определение молярной доли примесей в пробе ксенона, отличающийся тем, что регистрацию масс-спектров осуществляют после частичной конденсации ксенона при температуре 77К в области высокого вакуума масс-спектрометра за дозирующим клапаном, а примеси, имеющие более низкие температуры кипения, свободно пропускают в источник ионов масс-спектрометра.A method for determining the content of impurities in xenon, comprising sequentially introducing into the ion source of a gas mass spectrometer a calibration mixture with a known content of impurities and a sample with an unknown content of impurities, recording mass spectra of impurities in the calibration mixture and sample, comparing analytical signals of impurities and determining the molar fraction of impurities in a xenon sample, characterized in that the registration of mass spectra is carried out after partial condensation of xenon at a temperature of 77 K in the high vacuum region of a spectrometer for the metering valve, and impurities having lower boiling points freely passed into the ion source of the mass spectrometer.
RU2002111318/28A 2002-04-25 2002-04-25 Process determining contents of impurities in xenon RU2227291C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002111318/28A RU2227291C2 (en) 2002-04-25 2002-04-25 Process determining contents of impurities in xenon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002111318/28A RU2227291C2 (en) 2002-04-25 2002-04-25 Process determining contents of impurities in xenon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002111318A RU2002111318A (en) 2003-12-27
RU2227291C2 true RU2227291C2 (en) 2004-04-20

Family

ID=32465063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002111318/28A RU2227291C2 (en) 2002-04-25 2002-04-25 Process determining contents of impurities in xenon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2227291C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305586C2 (en) * 2004-07-23 2007-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ Device for concentrating of the impurities in uranium hexafluoride

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4584867A (en) * 1983-08-30 1986-04-29 Cerberus Ag Device for selectively determining the components of gas mixtures by means of a gas sensor
RU2018818C1 (en) * 1990-10-09 1994-08-30 Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина Method of determining additives in liquid samples
RU2055361C1 (en) * 1992-06-15 1996-02-27 Яков Ионович Коган Method of determination of impurities in gas and device for its realization
RU2110024C1 (en) * 1996-12-06 1998-04-27 Валерий Алексеевич Шапошников Method of preparation of pure xenon from primary krypton concentrate
RU2154028C1 (en) * 1999-07-23 2000-08-10 Уральский электрохимический комбинат Method of determining content of perfluorocarbon compounds in uranium hexafluoride

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4584867A (en) * 1983-08-30 1986-04-29 Cerberus Ag Device for selectively determining the components of gas mixtures by means of a gas sensor
RU2018818C1 (en) * 1990-10-09 1994-08-30 Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина Method of determining additives in liquid samples
RU2055361C1 (en) * 1992-06-15 1996-02-27 Яков Ионович Коган Method of determination of impurities in gas and device for its realization
RU2110024C1 (en) * 1996-12-06 1998-04-27 Валерий Алексеевич Шапошников Method of preparation of pure xenon from primary krypton concentrate
RU2154028C1 (en) * 1999-07-23 2000-08-10 Уральский электрохимический комбинат Method of determining content of perfluorocarbon compounds in uranium hexafluoride

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ксенон. Технические условия. ГОСТ 10219-77.М. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305586C2 (en) * 2004-07-23 2007-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ Device for concentrating of the impurities in uranium hexafluoride

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Španěl et al. Selected ion flow tube: a technique for quantitative trace gas analysis of air and breath
US3997298A (en) Liquid chromatography-mass spectrometry system and method
Low et al. Measurements of infrared spectra of gas-liquid chromatography fractions using multiple-scan interference spectrometry
Caimi et al. High-precision liquid chromatography-combustion isotope ratio mass spectrometry
US11761887B2 (en) Apparatus and method for quantitative detection of gases
Amy et al. A General Technique for Collecting Gas Chromatographic Fractions for Introduction into the Mass Spectrometer.
Sielemann et al. Quantitative analysis of benzene, toluene, and m‐xylene with the use of a UV–ion mobility spectrometer
CN108072689A (en) A kind of quantitative analysis method for ion mobility spectrometry
CN112114025B (en) In natural gas4He abundance measurement system and measurement method
CN109900773A (en) A method for accurate and rapid analysis of air composition in submarines
RU2187799C2 (en) Procedure determining impurities in uranium hexafluoride and device for its implementation
Grayson et al. Efficiency of molecular separators for interfacing a gas chromatograph with a mass spectrometer
Haisch et al. A sensitive isotope selective nondispersive infrared spectrometer for 13CO2 and 12CO2 concentration measurements in breath samples
Eisele et al. High-pressure chemical ionization flow reactor for real-time mass spectrometric detection of sulfur gases and unsaturated hydrocarbons in air
RU2227291C2 (en) Process determining contents of impurities in xenon
HUANG et al. Determination of alcohol compounds using corona discharge ion mobility spectrometry
Nier et al. Recording mass spectrometer for process analysis
KR100809149B1 (en) Determination of Impurity Concentrations in Nitrogen, Hydrogen and Oxygen by Ion Flow Spectrometry
Schoon et al. A selected ion flow tube study of the reactions of H3O+, NO+ and O2+ with a series of C5, C6 and C8 unsaturated biogenic alcohols
US5440120A (en) Sampling arrangement for thermal gravimetric analyzer
JPH01124746A (en) Analysis of nitrogen-containing compound
Garofolo et al. Rapid quantitative determination of 2, 4, 6‐trinitrotoluene by ion mobility spectrometry
RU2367939C1 (en) Method for performance of quantitative mass-spectrometric analysis of gas mixture composition
CN109839424B (en) A kind of pretreatment method for direct mass spectrometry detection of n-pentane in exhaled breath
RU2154028C1 (en) Method of determining content of perfluorocarbon compounds in uranium hexafluoride

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120426