什么是金属中气体分析?

什么是金属中气体分析?

[拼音]：jinshu zhong qiti fenxi

[外文]：gas analysis in metals

金属中的气体主要是氧、氢、氮，通常以金属化合物、固溶体、气孔或气泡形式存在。气体的含量即使低至10ppm，对许多种金属的力学和物理性能仍有影响。因此超纯金属和半导体材料等中的气体含量甚至要低至 ppb级。气体分析已有50年的历史，约在30年代在精炼钢工艺过程中研究脱氧剂效果时，开始分析金属中气体。最初应用氢还原法测定钢铁中氧，应用真空加热法测定钢中氢等。1945年以后随着真空技术的发展，用真空熔融法测定氧，准确度大为提高。常用的气体分析方法有以下几种。

熔融抽取法

高温熔融抽取法应用最广，可单独或同时测定氧、氢、氮。已应用于分析钢铁、铁合金、有色金属及其合金、贵金属、难熔金属、稀土金属、半导体材料中的气体。金属在真空或惰性气体介质中，在高温条件下抽取气体。金属中的氧化物热稳定性高，加热难以完全分解，须用石墨碳还原成一氧化碳形式抽取，至于氢和氮则分别以氢分子和氮分子的形式抽取。首先加热石墨坩埚，达到2000℃以上，使之脱气。然后降低至 *** 作温度测定空白值，空白值要低并稳定。投入试样抽取气体，必要时加浴料。脱气温度、时间， *** 作温度，浴料种类和用量，试样重量，抽取时间等等，可采用实验法找出最佳条件。真空熔融法准确度高，是气体分析的标准方法，但设备和 *** 作繁杂，分析时间长，真空检漏费事。采用惰性气体载流，则设备简单， *** 作方便，分析速度快。分析的准确度和灵敏度取决于所用装置的结构和测定仪器的精度、 *** 作条件、空白值等。试样须仔细制备，确保表面光洁，无发纹、裂纹、夹杂物、油污等。氢在金属中易于扩散逸出，最好制样后保存在液氮中，并及时分析。此法灵敏度一般可达ppm级、0.1ppm级或更高。

用高温熔融抽取法抽出的气体通过加热的氧化铜或五氧化二碘，使一氧化碳氧化为二氧化碳，氢氧化为水，以便分离和测定。测定气体的方法有：

（1）气相色谱法。将抽取的气体转移到硅胶色谱柱或分子筛色谱柱，用氩作载气，将一氧化碳、氢、氮分离，进入钨丝热导池测量，可同时测定氧、氢、氮的含量。

（2）冷凝微压法。在真空系统内测定除去水汽和二氧化碳气前后的压差，计算氢、氧的含量。

（3）质谱法。将抽取出的气体导入气体分析用的质谱计，测定氧、氢、氮。

（4）库仑法。将二氧化碳导入一定pH的微碱性高氯酸钡电解液中，由于吸收二氧化碳而使pH改变，最后用恒定脉冲电流滴定，使pH复原，从消耗的电量求出含氧量。

（5）电导法。电导池中，氢氧化钠溶液吸收二氧化碳后，电导发生变化，测量电导的改变，求出含氧量。

（6）红外吸收法。将极性分子一氧化碳或二氧化碳导入红外线吸收池内，按红外线吸收量测定含氧量。

（7）非水滴定法。将二氧化碳导入非水溶剂丙酮，用氢氧化钾甲醇溶液滴定，求出氧量。

化学分析法氢还原法

用于粉末样品中氧和氮的测定。样品在高纯氢气流下加热还原，氧与氢反应生成水，可用重量法或卡尔菲休容量法测定。氮与氢反应生成氨，在酸性介质中吸收后用容量法、光度法、库仑法或离子选择性电极测定。

燃烧法

用于金属氢化物或含氢量高的金属。试样在高温下通氧燃烧，氢与氧生成水，再行测定。

凯氏法定氮

将试样溶于酸，氮转化为氨，在碱溶液中用蒸镏法分离氨，吸收于酸溶液中。测定方法同氢还原法。此法 *** 作简单，适用范围广，灵敏度可达10-6左右。

其他方法

此外还有测定氧的硫化法、卤素法、溴碳法、汞齐法、铝法等；测定氮的氧化熔融法、还原碱溶法、卤化法、电解法等等。

物理分析法

试样可不经加热抽取或化学反应，直接用物理分析方法测定，主要有放射化分析法(活化法)，同位素稀释法，火花源质谱法，发射光谱法等。物理法灵敏度较高，但设备昂贵。

固体电解质浓差电池法

此法用于监测熔化了的金属和合金中的氧、氮、氢的含量，能在冶炼过程中直接连续测定。

金属表面的气体分析

分析表面和近表面的气体对研究金属材料是极关重要的。方法有带电粒子束活化分析法和瞬发辐射分析法，利用光子束与电子束的表面分析仪器如化学分析用的电子能谱(ESCA)、紫外光电子能谱(UPS)，俄歇电子能谱(AES)，电子能量损失谱(LEED)和穆斯堡尔谱，二次离子质谱(SIMS)，扫描电镜(SEM)等。