RU2548949C1 - Preparation of gas mix for analysis and processing of materials at variable pressure - Google Patents
Preparation of gas mix for analysis and processing of materials at variable pressure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548949C1 RU2548949C1 RU2013152527/28A RU2013152527A RU2548949C1 RU 2548949 C1 RU2548949 C1 RU 2548949C1 RU 2013152527/28 A RU2013152527/28 A RU 2013152527/28A RU 2013152527 A RU2013152527 A RU 2013152527A RU 2548949 C1 RU2548949 C1 RU 2548949C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- pressure
- partial pressure
- gas
- mixture
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области управления и регулирования на определенном уровне парциального давления кислорода в замкнутом объеме и может быть использовано при термическом анализе фазовых превращений и процессов диссоциации простых и сложных оксидов методами термогравиметрии, термодилатометрии, дифференциально-термического анализа в зависимости от изменения парциального давления кислорода в равновесной газовой атмосфере.The invention relates to the field of control and regulation at a certain level of the partial pressure of oxygen in a closed volume and can be used in the thermal analysis of phase transformations and dissociation of simple and complex oxides by methods of thermogravimetry, thermodilatometry, differential thermal analysis depending on changes in the partial pressure of oxygen in equilibrium gas atmosphere.
Проведение исследований с использованием приборов, использующих методы термогравиметрии, термодилатометрии, дифференциально-термического анализа и выполненных в герметичном исполнении, позволяет проводить опыты не только в среде воздуха, но и в окислительных, восстановительных и нейтральных атмосферах. Для осуществления таких экспериментов необходимо получать газовую атмосферу, совместимую с исследовательским прибором, не взаимодействующую с образцами (кроме кислородного обмена) и позволяющую легко создавать, контролировать и регулировать парциальное давление кислорода.Conducting research using instruments using methods of thermogravimetry, thermodilatometry, differential thermal analysis and performed in a sealed design, allows experiments not only in air, but also in oxidizing, reducing and neutral atmospheres. To carry out such experiments, it is necessary to obtain a gas atmosphere that is compatible with the research device, does not interact with samples (except for oxygen exchange) and allows you to easily create, control and regulate the partial pressure of oxygen.
Известен способ получения газовых смесей с различным парциальным давлением кислорода для термогравиметрических исследований кислородной нестехиометрии и процессов диссоциации сложных оксидных материалов путем использования смеси газов CO2/H2 (низкие давления кислорода) или CO2/O2 (высокие давления кислорода), при этом определение равновесного давления кислорода при использовании смеси CO2/O2 производят манометрическим методом, а определение равновесного давления кислорода при использовании смеси CO2/H2 производят на основании расчетов газовых реакций в смеси CO2/H2O/ CO/H2/O2 (Kitayama, Thermogravimetric Study of the Ln2O3-Co-Co2O3 System, Journal of solid state chemistry 137, 256 (1998)).There is a method of producing gas mixtures with different partial oxygen pressures for thermogravimetric studies of oxygen non-stoichiometry and dissociation of complex oxide materials by using a mixture of gases CO 2 / H 2 (low oxygen pressures) or CO 2 / O 2 (high oxygen pressures), while determining equilibrium oxygen pressure using a mixture of CO 2 / O 2 produced manometric method, and the determination of the equilibrium pressure of oxygen with a mixture of CO 2 / H 2 based on the calculation in gas reactions in a mixture of CO 2 / H 2 O / CO / H 2 / O 2 (Kitayama, Thermogravimetric Study of the Ln 2 O 3 -Co-Co 2 O 3 System, Journal of solid state chemistry 137, 256 (1998) )
Недостатками способа являются низкая точность определения равновесного давления кислорода во всем интервале давлений, обусловленная опосредованным определением равновесного давления кислорода в смеси CO2/H2, изменением равновесного давления кислорода в смеси CO2/H2 при изменении температуры опыта и возможными побочными эффектами в результате взаимодействия исследуемого образца с компонентами газовой атмосферы, а также большой расход газа из-за проточной атмосферы.The disadvantages of the method are the low accuracy of determining the equilibrium oxygen pressure in the entire pressure range, due to the indirect determination of the equilibrium oxygen pressure in the CO 2 / H 2 mixture, a change in the equilibrium oxygen pressure in the CO 2 / H 2 mixture with a change in the experimental temperature and possible side effects as a result of the interaction the test sample with the components of the gas atmosphere, as well as a large gas flow rate due to the flowing atmosphere.
Известен способ создания газовой смеси с переменным контролируемым содержанием кислорода для электрохимических измерений, осуществляемый в установке в циркуляционном или проточном режиме, принятый в качестве прототипа, включающий совместную подачу аргона и кислорода в систему и контроль содержания кислорода в газовой смеси путем измерения парциального давления кислорода электрохимическим анализатором с твердым электролитом из стабилизированного ZrO2, при этом электродом сравнения является атмосферный воздух, а плавное изменение парциального давления кислорода в системе обеспечивается буферной емкостью. Способ позволяет получать и использовать газовые смеси, в которых интервал парциального давления кислорода составляет 0>lgPo2>-5 (атм) (Сколис Ю.Я., Ковба М.Л., Храмцова Л.А. Электрохимическое исследование кислородной нестехиометрии соединений в системе Sr-Cu-O, Журнал физической химии, 1991, №4, с.1070-1075).A known method of creating a gas mixture with a variable controlled oxygen content for electrochemical measurements, carried out in the installation in a circulating or flow mode, adopted as a prototype, including the joint supply of argon and oxygen to the system and monitoring the oxygen content in the gas mixture by measuring the partial pressure of oxygen by an electrochemical analyzer with a solid electrolyte from stabilized ZrO 2 , while the reference electrode is atmospheric air, and a smooth change in oxygen pressure in the system is provided by the buffer capacity. The method allows to obtain and use gas mixtures in which the oxygen partial pressure interval is 0> logPo 2 > -5 (atm) (Skolis Yu.Ya., Kovba M.L., Khramtsova L.A. Electrochemical study of oxygen non-stoichiometry of compounds in the system Sr-Cu-O, Journal of Physical Chemistry, 1991, No. 4, pp. 1070-1075).
Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:
- плохая воспроизводимость создания газовых смесей с низким парциальным давлением кислорода, обусловленная малой точностью поддержания пропорций компонентов газовой смеси;- poor reproducibility of creating gas mixtures with a low partial pressure of oxygen, due to the low accuracy of maintaining the proportions of the components of the gas mixture;
- невозможность автоматического регулирования парциального давления кислорода при его изменении в результате взаимодействия с образцом при длительном опыте;- the inability to automatically control the partial pressure of oxygen when it changes as a result of interaction with the sample during prolonged experience;
- отсутствие непрерывного контроля уровня парциального давления кислорода в смеси.- lack of continuous monitoring of the level of partial pressure of oxygen in the mixture.
Техническим результатом предлагаемого способа является возможность получения газовой смеси на основе инертного газа с заданным постоянным, точно контролируемым и регулируемым в широком диапазоне содержанием кислорода, непрерывно подаваемого в прибор термического анализа для проведения исследований твердофазных образцов, и корректировки парциального давления кислорода при общем давлении, обеспечивающим устойчивую работу прибора.The technical result of the proposed method is the possibility of obtaining a gas mixture based on an inert gas with a predetermined constant, precisely controlled and adjustable in a wide range of oxygen content, continuously supplied to the thermal analysis device for conducting studies of solid-phase samples, and adjusting the partial pressure of oxygen at a total pressure that provides stable the operation of the device.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования газовой смеси для анализа и обработки материалов при переменном давлении, включающем подачу инертного газа и кислорода в систему, измерение парциального давления кислорода и циркуляцию смеси, согласно изобретению сначала в систему подают инертный газ, затем измеряют в нем парциальное давление кислорода, сравнивают измеренное парциальное давление кислорода с заданным и осуществляют регулирование величины парциального давления кислорода в смеси кислородным насосом путем изменения силы тока, подаваемой на кислородный насос так, чтобы в системе поддерживалось заданное постоянное давление кислорода в диапазоне -0.67>lgPo2>-24 (атм). При этом в качестве инертного газа используют по меньшей мере один из газов, выбранных из группы, содержащей аргон, азот.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of forming a gas mixture for analysis and processing of materials at variable pressure, including the supply of inert gas and oxygen to the system, the measurement of the partial pressure of oxygen and the circulation of the mixture, according to the invention, the inert gas is first supplied to the system, then measured in partial oxygen pressure, the measured partial oxygen pressure is compared with the set one and the partial pressure of oxygen in the mixture is controlled by oxygen asosome by changing the current supplied to the oxygen pump so that the system maintains a predetermined constant oxygen pressure in the range of -0.67> logPo 2 > -24 (atm). At the same time, at least one of the gases selected from the group consisting of argon and nitrogen is used as an inert gas.
Последовательность подачи в систему инертного газа и кислорода, количество которого регулируют в зависимости от сравнения измеренного в инертном газе парциального давления кислорода и заданного, позволяет точно контролировать и регулировать в широком диапазоне содержание кислорода в системе.The sequence of supplying an inert gas and oxygen to the system, the amount of which is regulated depending on the comparison of the partial pressure of oxygen measured in the inert gas and the set one, allows precise control and regulation of the oxygen content in the system over a wide range.
Регулирование парциального давления кислорода в газовой смеси осуществляется кислородным насосом и кислородным датчиком, соединенным с регулятором давления кислорода, который автоматически создает и поддерживает заданное значение парциального давления кислорода в газовой смеси.The partial pressure of oxygen in the gas mixture is regulated by an oxygen pump and an oxygen sensor connected to an oxygen pressure regulator, which automatically creates and maintains a set value of the partial pressure of oxygen in the gas mixture.
Использование в качестве инертного газа аргона или азота позволяет создать устойчивую и безопасную газовую смесь, не подверженную химическим изменениям в течение длительного времени даже при изменениях температуры эксперимента. Предлагаемый способ позволяет получить газовые смеси с постоянным парциальным давлением кислорода в диапазоне -0.67>lgPo2>-24 (атм) с возможностью выбора конкретного значения, индивидуального для каждого опыта.The use of argon or nitrogen as an inert gas makes it possible to create a stable and safe gas mixture that is not subject to chemical changes for a long time even with changes in the temperature of the experiment. The proposed method allows to obtain gas mixtures with a constant partial pressure of oxygen in the range of -0.67> logPo 2 > -24 (atm) with the ability to select a specific value, individual for each experiment.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: в систему подают инертный газ (аргон или азот), циркуляционным насосом обеспечивают непрерывное движение газа и измеряют кислородным датчиком парциальное давление кислорода в системе, затем сравнивают его с необходимым значением давления кислорода в смеси и регулируют величину парциального давления кислорода твердоэлектролитным кислородным насосом, работа которого основана на принципе кулонометрического титрования. Поскольку твердый электролит на основе ZrO2 проводит электрический ток только посредством ионов кислорода, количество поступаемого из атмосферы в смесь (или удаляемого из смеси) кислорода будет составлять Δno=I·τ/2F, где Δno - количество кислорода (г/атом), I - сила тока (амперы), τ - время титрования (секунды), F - постоянная Фарадея. При этом силу тока и время его прохождения возможно изменять в широких пределах, что позволяет создавать постоянное давление кислорода в газовой смеси (индивидуальное для каждого исследования) очень точно и с регулируемой производительностью. Для измерения общего давления газовой смеси в системе используется манометр-вакууметр.The proposed method is carried out as follows: an inert gas (argon or nitrogen) is supplied to the system, a continuous gas movement is provided by a circulation pump and the partial pressure of oxygen in the system is measured with an oxygen sensor, then it is compared with the necessary value of the oxygen pressure in the mixture and the partial pressure of oxygen is determined by solid electrolyte oxygen pump, the operation of which is based on the principle of coulometric titration. Since a solid electrolyte based on ZrO 2 conducts electric current only through oxygen ions, the amount of oxygen supplied from the atmosphere to the mixture (or removed from the mixture) will be Δn o = I · τ / 2F, where Δn o is the amount of oxygen (g / atom) , I is the current strength (amperes), τ is the titration time (seconds), F is the Faraday constant. At the same time, the current strength and time of its passage can be changed over a wide range, which allows you to create a constant oxygen pressure in the gas mixture (individual for each study) very accurately and with adjustable performance. To measure the total pressure of the gas mixture in the system, a manometer-vacuum gauge is used.
Заявленный способ испытан в лабораторных условиях для приготовления газовой смеси, используемой для дифференциально-термического анализа образца MnO2 на приборе синхронного термического анализа STA 449 F3 (NETZSCH). При этом наблюдались изменения термических свойств образца по кривым ДСК (дифференциальная сканирующая калориметрия) и ТГ (термогравиметрия).The claimed method was tested in laboratory conditions for the preparation of a gas mixture used for differential thermal analysis of a MnO 2 sample on a synchronous thermal analysis device STA 449 F3 (NETZSCH). In this case, changes in the thermal properties of the sample were observed along the DSC (differential scanning calorimetry) and TG (thermogravimetry) curves.
В качестве кислородного насоса и кислородного датчика использованы керамические пробирки из кислородионного твердого электролита на основе ZrO2 с нанесенными платиновыми электродами на наружную и внутреннюю поверхности концов пробирок, внутренние пространства пробирок соединены с воздухом. Кислородный насос и кислородный датчик смонтированы в реакторе, помещенном в трубчатую печь сопротивления, и конструктивно разнесены, но их рабочие концы находятся в непосредственной близости друг от друга в изотермической зоне одной печи для уменьшения инерционности регулирования. Циркуляцию газовой смеси осуществляли последовательно через изобарическую приставку к прибору, прибор термического анализа и циркуляционный насос. Автоматическое регулирование величины парциального давления кислорода в газовой смеси производили с помощью регулятора давления кислорода «Zirconia М». Общее давление газовой смеси контролировали манометром-вакууметром, по показаниям которого можно проследить общее давление в системе, поддержание которого необходимо для корректного режима работы прибора дифференциально-термического анализа.Ceramic tubes made of oxygen solid electrolyte based on ZrO 2 with deposited platinum electrodes on the outer and inner surfaces of the ends of the tubes were used as an oxygen pump and an oxygen sensor, the inner spaces of the tubes are connected to air. An oxygen pump and an oxygen sensor are mounted in a reactor placed in a tubular resistance furnace, and structurally spaced, but their working ends are in close proximity to each other in the isothermal zone of one furnace to reduce the inertia of regulation. The gas mixture was circulated sequentially through an isobaric prefix to the device, a thermal analysis device, and a circulation pump. Automatic control of the partial pressure of oxygen in the gas mixture was performed using the oxygen pressure regulator "Zirconia M". The total pressure of the gas mixture was controlled by a manometer-vacuum gauge, according to the testimony of which it is possible to trace the total pressure in the system, the maintenance of which is necessary for the correct operation of the differential thermal analysis device.
Испытания проводили в замкнутой системе на примере изучения изменения термических свойств керамических образцов соединения MnO2 под воздействием газовых атмосфер, содержащих различные индивидуальные для каждой смеси, постоянные давления кислорода в интервале -0.67>lgPo2>-24 (атм). В этих условиях установлены зависимости термических свойств соединения MnO2 (изменение массы и температуры начала фазового превращения MnO2→Mn2O3) от изменения давления кислорода в полученных газовых смесях. Зависимости термических свойств соединения MnO2 от изменения давления кислорода в газовых смесях в различных диапазонах приведены на фигуре 1 и 2.The tests were carried out in a closed system using the example of studying the change in the thermal properties of ceramic samples of the MnO 2 compound under the influence of gas atmospheres containing different individual oxygen pressures in the range of -0.67> logPo 2 > -24 (atm). Under these conditions, the dependences of the thermal properties of the MnO 2 compound (changes in the mass and temperature of the beginning of the phase transformation of MnO 2 → Mn 2 O 3 ) on the change in the oxygen pressure in the obtained gas mixtures were established. The dependences of the thermal properties of the MnO 2 compound on changes in the oxygen pressure in gas mixtures in various ranges are shown in FIGS. 1 and 2.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013152527/28A RU2548949C1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Preparation of gas mix for analysis and processing of materials at variable pressure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013152527/28A RU2548949C1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Preparation of gas mix for analysis and processing of materials at variable pressure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2548949C1 true RU2548949C1 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=53289540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013152527/28A RU2548949C1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Preparation of gas mix for analysis and processing of materials at variable pressure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2548949C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2092827C1 (en) * | 1995-12-29 | 1997-10-10 | Государственное предприятие Техноцентр "Лазерная диагностика и чистые технологии" Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники | Device for measuring of partial pressure of oxygen and process of its manufacture |
| RU2156969C1 (en) * | 1999-02-02 | 2000-09-27 | Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения | Device measuring concentration of oxygen in liquids and gases |
| US20060118167A1 (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-08 | Xy, Inc. | Pressure regulated continuously variable volume container for fluid delivery |
-
2013
- 2013-11-26 RU RU2013152527/28A patent/RU2548949C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2092827C1 (en) * | 1995-12-29 | 1997-10-10 | Государственное предприятие Техноцентр "Лазерная диагностика и чистые технологии" Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники | Device for measuring of partial pressure of oxygen and process of its manufacture |
| RU2156969C1 (en) * | 1999-02-02 | 2000-09-27 | Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения | Device measuring concentration of oxygen in liquids and gases |
| US20060118167A1 (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-08 | Xy, Inc. | Pressure regulated continuously variable volume container for fluid delivery |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Сколис Ю.Я., Ковба М.Л., Храмцова Л.А. "Электрохимическое исследование кислородной нестехиометрии соединений в системе Sr-Cu-O", Журнал физической химии, 1991, N4, с.1070-1075. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104792901B (en) | A kind of method for quantitative measuring of lithium-ion battery electrolytes solvent | |
| Corcuera et al. | State-of-charge monitoring and electrolyte rebalancing methods for the vanadium redox flow battery | |
| Caneiro et al. | Measurement and regulation of oxygen content in selected gases using solid electrolyte cells. IV. Accurate preparation of CO2-CO and H2O-H2 mixtures | |
| Bell et al. | In situ determination of total dissolved inorganic carbon by underwater membrane introduction mass spectrometry | |
| CN109765139B (en) | Method for testing mixing uniformity of lithium battery positive electrode material | |
| Fenimore et al. | The Reaction of Hydrogen Atoms with Carbon Dioxide at 1200–1350° K | |
| RU133936U1 (en) | DEVICE FOR GRADING AND INSPECTION OF DISSOLVED OXYGEN ANALYZERS | |
| Serret et al. | Characterization of ceramic materials for electrochemical hydrogen sensors | |
| CN103048219B (en) | Analytical method of iodine-containing hydriodic acid concentration | |
| RU2548949C1 (en) | Preparation of gas mix for analysis and processing of materials at variable pressure | |
| CN104792663A (en) | Constant-pressure sealed type device for measuring oxygen exchange coefficient and oxygen diffusion coefficient | |
| CN104792664B (en) | Determine the slidingtype device of oxygen exchange coefficient and diffusion coefficient | |
| HU191839B (en) | Method and device for measuring continuously the solute alumina content of cryolite melts with alumina content during operation | |
| Fehér et al. | The application of hydrodynamic voltammetry in chemical analysis | |
| Bao et al. | Electromotive force of the high-temperature concentration cell using Al-doped CaZrO3 as the electrolyte | |
| Saikawa et al. | Determination of the critical temperature and density of hexafluoroethane | |
| RU51228U1 (en) | OXYGEN GAS ANALYZER SENSOR | |
| Kurita et al. | Measuring apparatus for hydrogen permeation using oxide proton conductor | |
| RU88452U1 (en) | Isobaric prefix to the synchronic thermal analyzer | |
| RU63534U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING OXYGEN CONCENTRATION | |
| RU2552598C1 (en) | Device for reproduction and transmission of mass concentration units of oxygen and hydrogen in liquid media | |
| RU2363945C2 (en) | Gas analyser calibration device | |
| RU2661074C1 (en) | Gas analytical equipment calibration mixtures manufacturing method using the solid state electrolysis cell | |
| RU148393U1 (en) | DEVICE FOR REPRODUCTION AND TRANSFER OF UNITS OF MASS CONCENTRATION OF OXYGEN AND HYDROGEN IN LIQUID MEDIA | |
| Wunderli et al. | Metrological Aspects of Activity Measurements in Mixed Electrolytes by Ion‐Selective Electrodes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191127 |