способ приготовления стандартных газовых смесей

Формула изобретения

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, включающий весовое дозирование и последующее смешение газообразного исходного вещества и разбавляющего газа, отличающийся тем, что исходное вещество интеркалируют между слоями предварительно профторированного графита, отбирают пробу образовавшегося интеркалиброванного соединения, взвешивают ее, нагревают до температуры фазового перехода и выделенную дозу исходного газообразного вещества смешивают с разбавляющим газом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газовому анализу и может использоваться при создании стандартных калибровочных смесей газообразных веществ для проверки и настройки разнообразной газоаналитической аппаратуры, в частности, предназначенной для контроля загрязнений окружающей среды.

Известен способ приготовления стандартных газовых смесей путем смешивания газообразного исходного вещества с разбавляющим газом на основании данных измерения из парциальных давлений и предположении идеальности газов [1].

Известен способ приготовления стандартных газовых смесей путем весового дозирования газообразного исходного вещества и газа разбавителя последующим их смещением [2].

Недостатки способа связаны с большими погрешностями взвешивания крайне малых количеств газообразного исходного вещества на фоне значительного веса сосудов, вмещающих эти газы.

Целью изобретения - упрощение процедуры приготовления смеси при одновременном повышении точности дозирования, а также обеспечение экологической безопасности способа создания газовых смесей.

Это достигается тем, что в способе приготовления стандартных газовых смесей, включающих весовое дозирование и последующее смешение газообразного исходного вещества и разбавляющего газа, сначала фторируют графит фтором, галоидными соединениями фтора, фторидами инертных газов или растворами указанных фторидов во фтористом водороде, затем взвешенное количество исходного вещества предварительно интеркалируют между слоями фторированного графита, отбирают пробу интеркалированного соединения, взвешивают, ее нагревают пробу до температуры фазового перехода и выделенную из матрицы дозу исходного газа смешивают с взвешенным объемом разбавляющего газа.

Отличиями предлагаемого способа являются новые приемы и порядок действий, а именно интеркалирование фторграфитовой матрицы исходным веществом, отбор пробы путем взвешивания, нагревание пробы до температуры фазового перехода интеркалированного соединения и смешение выделенной из матрицы дозы исходного газа с взвешенным объемом разбавляющего газа.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что фторированный графит представляет собой высокоинертное соединение с регулярной структурой решетки, свойственной обычному графиту. Весь фтор в продукте ковалентно связан с углеродом по типу инертных фторуглеродов.

Количество интеркалируемого исходного соединения в матрицу фторированного графита может достигать десятков массовых процентов, что существенно упрощает последующее дозирование продукта и повышает точность дозирования, так как отношение массы интеркалированного соединения к массе содержащего его "сосуда" теперь уже сравнимо.

Особенностью интеркалированных соединений фторированного графита является то, что при температуре в области 100-300^оС (в зависимости от физико-химических свойств внедренного соединения) наступает фазовый переход, сопровождающийся полным выделением интеркалированного в матрицу соединения в газовую фазу и протекающий без изменения состава фторграфитовой основы соединения.

Высокая инертность фторированного графита позволяет интеркалировать в него и сохранять в течение нескольких лет различные реакционно-активные газы, такие как оксиды азота, озон, меркаптаны и т.п. Последнее представляет несомненные удобства: однажды приготавливая продукт, затем можно оперативно готовить наружные смеси, не прибегая каждый раз к трудоемким процедурам приготовления исходных реакционных газов. Такой способ хранения исходных газов является экологически безопасным при транспортировке.

П р и м е р 1 (типичный). К 1 г природного графита с зольностью 0,2% и размером 40-200 мкм добавляется 30 г смеси трифторида хлора с фтористым водородом содержащей 5% фтористого водорода и охлажденной во фторопластовом реакторе до температуры -150^оС. Реактор герметично закрывается и выдерживается при 20^оС в течение 5 сут. Затем реактор вскрывается и избыток жидкой фазы удаляется путем выдерживания открытого реактора на воздухе при 20^оС. Полученный в реакторе сухой твердый продукт добавляется к 60 г диазотетраоксида, охлажденного во втором фторопластовом реакторе до температуры - 30^оС. Реактор герметично закрывается и выдерживается при 20^оС в течение 1 сут. Затем реактор вскрывается и выдерживается в токе сухого азота при 20^оС в течение 3 сут. Полученный таким образом твердый продукт содержит 43% С, 33% F, 5% Cl, 19% N₂O₄. Этот продукт представляет собой интеркалированное соединение во фторированный графит N₂O₄, состав которого по данным химического анализа описывается формулой С₂F 0,1, Cl 0,1 N₂O_4. Масса полученного образца 2,32 г. Продукт устойчив к действию влаги. При его нагревании до 100^оС происходит фазовый переход, сопровождающийся полным выделением интеркалированного фторграфитовой основы продукта. Навеска 0,005 10^-6 г полученного интеркалированного соединения состава С₂F 0,1, Cl 0,1 N₂O₄ помещалась на весы дериватографа "МОМ". Уменьшение веса навески при нагреве до 100^оС при фазовом переходе составило 0,000804 10^-6 г. Анализ выделенных газовых продуктов на хроматографе "Цвет-164" с электронзахватным детектором показал, что из матрицы выделяется только диоксид азота. Выделенный азота смешивается со взвешенным объемом разбавляющего газа.

П ри м е р 2 (аналогичный примеру 1). К 1 г фторированного, как описано в примере 1, графита во фторопластовом реакторе добавляют 30 мл ацетона. Смесь выдерживают при 20^оС в течение 1 сут. Затем твердая фаза отфильтровывается на фильтре и промывается 100 мл тетрахлорида углерода порциями по 20 мл в течение 5 ч. Полученный твердый продукт сушится на воздухе при 20^оС в течение 1 сут. По данным химического анализа твердый продукт содержит 41% С, 31% F и 28% Cl. Масса полученного продукта 1,02 г. Состав продукта отвечает формуле C₂F 0,1, Cl 0,1 CCl₄. При его нагревании в области 250^оС наблюдается фазовый переход, сопровождающийся выделением интеркалированного тетрахлорида углерода в газовую фазу. Анализ выделенных газовых продуктов на хроматографе "Цвет-164" показал, что из матрицы выделяется только тетрахлорид углерода.

П р и м е р 3 (типичный). 1 г природного графита с зольностью 0,2% в никелевой лодочке помещают в трубчатый никелевый реактор при 20^оС пропускают смесь фтора и фтористого водорода в соотношении 2:1 (по объему) со скоростью 5 л/ч в течение 2 ч. Полученный фторированный графит затем обрабатывают диазоттетраоксидом, как описано в примере 1. В результате получают твердый продукт, который содержит 63% С, 25% F и 12% N₂O₄. Состав продукта описывается формулой C₄F 0,1, N₂O₄.

При нагревании продукта в области 100^оС наблюдается фазовый переход, сопровождающийся полным выделением интеркалированного диазоттетраоксида. Навеска 0,5 г полученного продукта помещалась на весы дериватографа "МОМ". Уменьшение массы навески при нагреве до 100^оС при фазовом переходе составляет 0,06036 г. Анализ выделившихся газовых продуктов на хроматографе 4 "Цвет-164" показывает, что из матрицы выделяется только диоксид азота. Для создания заданных смесей выделенный диоксид азота смешивается со взвешенным объемом разбавляющего газа.

Таким образом, заявляемый способ является экологически безопасным при эксплуатации и позволяет существенно упростить процедуру приготовления смесей газов за счет упрощения процедуры весового дозирования исходного газа; обеспечить точность дозирования исходных газообразных соединений на уровне 10^-6 г при точности взвешивания газообразных соединений в баллонах 10^-3 г и меньшей; обеспечивает значительные удобства приготовления смесей реакционных газов; позволяет готовить калибровочные смеси газов в необорудованных помещениях и в полевых условиях.