Спосіб аналізу газів

Винахід стосується газового аналізу і може бути використаний для встановлення присутності в системі визначеного виду газ у (гелій, азот, кисень, аргон). Відомий спосіб аналізу (авт. св. СРСР №679861,1979, кл. G 01 Ν 27/02) атомарного кисню, а також вільних радикалів СН, СН3, ΝΗ2 з використанням чутливого елементу, виконаного у ви гляді тонкої плівки окису металу. Недоліком такого способу аналізу є необхідність додаткового легування плівки у вакуумі до визначеного оптимального рівня методом термодифузій металів і вимірювання електропровідності у вакуумі, а потім в атмосфері водню. Найближчим за технічним вирішенням є спосіб аналізу газу (авт. св. СРСР №1274451, 1985, кл. G 01 N 27/02, фонд, який не публікується), який включає нагрів чутливого елементу з напівпровідниковим шаром до 80°С, пропускання досліджуваного газу над чутливим елементом 1 вимірювання електропровідності напівпровідникового шару при опроміненні світлом з довжиною хвилі, меншою від краю власного поглинання напівпровідника. З метою збільшення швидкості адсорбції, яка забезпечує достатню чутливість, використано збудження світлом. Температура, при якій співвідношення між швидкістю адсорбції і десорбції дозволяє проводити аналіз, складає 50°С, Недоліком даного способу є, по-перше, можливість аналізу тільки одного виду газу - кисню, і , по-друге, складність способу, пов'язана з необхідністю роботи чутливого елементу при 50°С, що вимагає системи забезпечення стабільного температурного режиму роботи чутливого елементу, великої тривалості проведення вимірів, пов'язаної з необхідністю нагріву чутливого елементу до 50°С, зменшенням точності внаслідок залежності електропровідності чутливого елементу від температури. В основу винаходу покладено завдання створити такий спосіб аналізу газів, який би дозволив розширити число аналізованих газів та був би значно простіший, ніж відомий. Цей технічний результат досягається тим, що в способі аналізу газу, який включає опромінення чутливого елементу, пропускання газу над чутливим елементом і вимірювання електричних параметрів чутливого елементу, згідно винаходу, в якості чутливого елементу використовують монокристалу шарува тою стр уктурою, вибраний з групи А2В2 7 і А3 В6. Чутливий елемент в процесі аналізу збуджують високоенергетичним іонізуючим випромінюванням і за величиною е.р.с. судять про вид аналізованого газу. Вимірювання проводять при кімнатній температурі. Досягнення технічного результату підтверджується тим, що спосіб грунтується на використанні процесу взаємодії атомів і молекул з кристалом шаруватої стр уктури і утворенні гальванічної е.р.с. при збудженні такого кристалу високоенергетичним іонізуючим випромінюванням. При пропусканні газу над чутливим елементом, шаруватим кристалом, атоми (молекули) газу адсорбуються на поверхні і входять у міжшаровий простір кристалу. Входження газів проходять легко, оскільки, відстань між шарами 10-15 Å значно більша від розмірів атомів газу vгаз ≃1+2,5 Å. Впроваджені атоми газу утворюють в кристалі центри гальванічної е.р.с. При опроміненні високоенергетичним випромінюванням енергією більшою, ніж енергія іонізації газу (ЕIНе = =24,58 еВ, ЕIАг = 15.76 еВ, ΕIΝ - 14,54 еВ, ЕIo = =13,62 еВ), наприклад, рентгенівським чи g-випромінюванням, відбувається і онізація газу і енергія (Імпульс) атомів і молекул і онізованого газу передається кристалу. При цьому, внаслідок анізотропії процесів генерації розсіяння і рекомбінації, в міжшаровому просторі кристалу виникають умови, при яких, для виконання законів збереження, носії заряду в кристалі отримують направлений імпульс, що приводить до розділення носіїв в області збудження і , як результат, до виникнення рентгеногальванічної е.р.с. на гранях зразка. Величина рентгеногальванічної е.р.с. залежить від енергії, яку отримує кристал чутливого елементу від і онізованого газу і концентрації атомів і онізованого газу, що дозволяє визначити вид газу. Спосіб аналізу газу реалізований на пристрої, показаному на фіг.1. Пристрій включає в себе чутливий елемент (1) з контактами (2), корпус з об'ємом аналізованого газу (3), вимірювальний прилад типу ВК2-16, В730, ИТН-4 (4) і джерела іонізуючого випромінювання (5), самописець типу ЛКД4-003 (6). На фіг.1 наведена блок-схема пристрою, з допомогою якого здійснюється запропонований спосіб. На фіг.2 показана залежність величини рентгено е.р.с. 45-градусного зрізу кристалу CdJ2 при відкачуванні аналізованого газу з досліджуваного об'єму. Температура вимірювання - кімнатна. Потужність дози рентгенівського збудження 12 Р/с. На фіг.3 наведена залежність характеристичних параметрів, приведених на фіг.2, амплітудного значення і Uмакс (крива 1) і тиску Ро (крива 2) 45°-зрізу кристалу CdJ2, експериментально отриманих для різних газів, як функція діаметру молекул цих газів. На фіг.4 - те ж - Uмакс і Ро - як функція атомного номера газу. На фіг.5 приведена часова залежність рентгено е.р.с. 90°-зразка кристалу СdJ2 при короткочасовому напуску в досліджувану камеру меншої (крива 1), і більшої (крива 2) кількості аргону, а також кисню (крива 3). Спосіб здійснюється наступним чином. На чутливий елемент, виконаний з шаруватої кристалічної структури йодиду кадмію наносять контакти з срібної пасти К 13-б, один з них заземляють, а інший під'єднують до реєструючого пристрою (типу ВК2-16, В7-30) для вимірювання е.р.с, котрий з'єднується з самописцем. Чутливий елемент вміщують в герметичну камеру з нержавіючої сталі з берилієвим вікном. Чутливий елемент збуджують рентгенівським випромінюванням (апарат типу УРС-55) чи іншим і онізуючим випромінюванням. Через наповнювач в камеру подають досліджуваний газ і на самописці (ЛКД4-003) реєструють зміну е.р.с. чутливого елементу. Спосіб здійснюється при кімнатній температурі. Спосіб можна здійснювати в двох варіантах: 1. В герметичну камеру напускають газ, котрий аналізують, і потім, в процесі його відкачування реєструють зміну рентгено е.р.с. чутливого елементу. На кривій зміни рентгено е.р.с. вимірюють параметри і Uмакс чи Рo (фіг.2) і за їх величиною з кривих фіг.3 визначають радіус молекул і склад газу, а також атомний номер 1 склад газу (фіг.4). 2. В камеру, з якої неперервно відкачується газ, а чутливий елемент збуджується рентгенівським випромінюванням, короткочасно напускають порцію газу, який аналізують. При цьому спостерігається рентгено е.р.с, характер поведінки якої наведений на фіг.5. Вимірюючи величину Uмакс, за графіками фіг.3, 4, визначають радіус молекул, атомний номер і склад газу. Вимірюючи величини U k, T1 k, Т2 k визначають кількість аналізованого газу. В процесі досліджень проводились експерименти з використанням в якості чутливих елементів кристалів з групи А2В2 7 (СdВr2, РbJ2) і з групи А3В 6 (InSe, GaSe). Отримані залежності, аналогічні до приведених на фіг.2, 3, 4,5. Перевага вказаного способу полягає в розширенні кількості аналізованих газів і в спрощенні способу. Розширення кількості аналізованих газів випливає з даних, які приведені на фіг.3 і 4, з котрих видно, що параметри кривої рентгено е.р.с. Uмакс і Ро лінійно залежать від радіуса молекул газу і атомного номера газу. Це дозволяє проводити аналіз великої кількості газів, у даному випадку гелію, кисню, азоту, аргону. При цьому спосіб, на відміну від прототипу, і здійснюється при кімнатній температурі, що спрощує вимірювальну схему, скорочує час проведення вимірів і підвищує точність і надійність вимірів. Цей спосіб також придатний для вимірювання вакууму. У випадку використання вказаного способу в радіаційних середовищах не вимагається проводити додаткове збудження.