Хромато-масс-спектрометрический анализ высокочистого гексафторида серы, обогащенного изотопом ³²S

Abstract

Методом хромато-масс-спектрометрии впервые исследован примесный состав высокочистого гексафторида серы, обогащенного изотопом ³²S. Для разделения примесей использовали адсорбционную капиллярную колонку GS-GasPro 60 м ´ 0.32 мм с модифицированным силикагелем и колонку 25 м × 0.26 мм, d _f = 0.25 мкм с политриметилсилилпропином. Показано, что колонка GS-GasPro позволяет определять примеси веществ с невысокими молекулярными массами: от постоянных газов до пентана. При использовании колонки с политриметилсилилпропином возможно определение примесей с большими молекулярными массами и температурами кипения. Идентификацию примесей проводили сравнением экспериментальных масс-спектров с данными базы NIST. Идентифицировано 26 примесных веществ, из них 18 - впервые по сравнению с известными примесями в SF₆природного изотопного состава. Идентифицированными примесями являются: постоянные газы, диоксид углерода, предельные и непредельные углеводороды С₁-С₈, ароматические и фторсодержашие углеводороды. Количественное определение примесей проводили в режиме селективного ионного детектирования по наиболее интенсивным пикам их масс-спектров. В качестве образцов сравнения использовали аттестованную поверочную смесь на основе высокочистого гелия и градуировочные смеси, приготовленные объемно-манометрическим методом. Диапазон концентраций примесей в использованных смесях составлял 10⁻⁵-10⁻¹ % об. Приводятся результаты анализа реального образца ³²SF₆. Концентрации обнаруженных примесей составляет 9.2∙10⁻³-3∙10⁻⁶ % об. В наибольших концентрациях присутствуют азот и тетрафторид углерода - 9.2∙10⁻³ и 2.8∙10⁻³ % об. Пределы обнаружения примесей составляют 1∙10⁻⁵-5∙10⁻⁸ % об. Правильность определения примесей в ³²SF₆ подтверждали методом варьирования величины пробы. Показано, что систематические погрешности статистически незначимы по сравнению со случайными.

The method of gas chromatography-mass spectrometry was used for the first time to investigate the impurity composition of high-purity sulfur hexafluoride enriched with ³²S isotope. For the separation of impurities an adsorption capillary column GS-GasPro of 60 m ´ 0.32 mm with a modified silica gel and a column of 25 m × 0.26 mm, d _f = 0.25 microns with a poly trimethylsilyl propyne (PTMSP) were used. It was shown that GS-GasPro column allowed separating the impurity substances with low molecular weights - from permanent gases to pentane. When using the poly trimethylsilyl propyne (PTMSP) column, the determination of the impurities with higher molecular weights and boiling points were possible. The identification of impurities was performed by comparing the experimental mass spectra with a NIST data base. 26 impurity substances were identified, of which 18 - for the first time in comparison with the known SF₆ impurities in the natural isotopic composition. The following impurities were defined: permanent gases, carbon dioxide, saturated, unsaturated hydrocarbons C₁-C₈, aromatics, oxygenates and fluorinated hydrocarbons. The quantitative determination of impurities was performed using the selective ion mode detection of the most intense peaks in the mass spectra. As certified reference samples a reference mixture based on the high-purity helium and calibration mixtures were used. The range of impurity concentrations in the mixtures used was 10⁻⁵-10⁻¹ % vol. The results of the ³²SF₆analysis were presented. The concentrations of impurities in them were 9.2∙10⁻³-3∙10⁻⁶ % vol. Carbon tetrafluoride and nitrogen were present in the highest concentrations - 9.2∙10⁻³ and 2.8∙10⁻³ % vol. respectively. The detection limits of impurities were 1∙10⁻⁵-5∙10⁻⁸ % vol. The correctness of the determination of impurities in in ³²SF₆ was confirmed by varying the value of the sample. It was shown that the systematic errors were not statistically significant when compared with the random ones.