Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №1 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Магний хорошо геттирует только при осаждении в разряде, поэтому пылить его следует медленно, не спеша. Появление характерного зелёного свечения указывает на достаточную скорость распыления.
Прогревая поочерёдно электроды, добиваются того, чтобы при нагреве катода докрасна светился только инертный газ (ртуть). Белесое свечение, которое не удаётся устранить, может быть связанно с тем, что титановый анод, нагретый разрядом нештатной мощности, выделяет водород обратно.
Это явление не опасное. Если при снижении тока разряда до рабочего восстанавливается голубовато-зелёное свечение паров ртути, значит дело в водороде. После минутного охлаждения водород вновь поглощается титаном.
Не следует перегревать капилляр. Жёлтое свечение натрия в разряде указывает на начинающееся размягчение стекла. В этом случае следует убирать молекулярные примеси в более мягком режиме.
Относительно простое изготовление и последующая работа трубок с инертным газом и ртутью описана выше. Сложнее обстоит дело, если нужно получить свечение кадмия. Его пары имеют достаточную упругость лишь при температуре выше двухсот градусов и в трубке не должно быть даже самого малого участка, разогретого ниже этой температуры. Поэтому трубку приходится делать как можно более компактной и помещать в воздушную баню с соответствующей температурой или во внешний, тщательно вакуумированый баллон… Повышенная температура стекла благоприятствует выделению из него газов и затрудняет их обратную адсорбцию. Поэтому саму трубку следует делать из тугоплавкого стекла, тщательно дегазировать при откачке с длительным прогревом до 400°— 450°. Титановый геттер следует применять большей массы и позаботится о том, чтобы он не насытился водородом при изготовлении лампы. Более подходящим следует считать геттер из циркония. Пары кадмия должны сильно разрушать геттерное зеркало из всех щёлочноземельных металлов, поэтому не следует применять их в такой трубке (в ртутных трубках их также не следует применять, за исключением магния).
И ртуть, и кадмий, как и другие примеси с более низким, чем у буферного газа потенциалом ионизации, сильно подвержены влиянию электрофореза, который может вывести трубку из строя. Металл при этом перекачивается к катоду и трубка перестаёт работать. Поэтому такие трубки надо делать симметричной конструкции с одинаковыми электродами в каждом баллончике. На спектральных натриевых лампах фирмы «Филлипс» имеются специальные тумблеры для переключения полярности электродов.
Те же трудности, что и в случае кадмия, подстерегают изготовителя трубок с парами щёлочных металлов. Высокая реакционная способность их паров приводит к потемнению стекла и резко ограничивает срок службы. Наиболее просто делать трубки с цезием. Натрий создаёт ещё преодолимые трудности, а литий разрушает горячее стекло мгновенно. Указанные трудности можно преодолеть, покрывая стекло капилляра изнутри веществом, которое не реагирует с парами щелочных металлов. Стронг в своей книге рекомендует покрывать стекло проплавленной бурой. Есть специальные рецепты стёкол с пониженным содержанием окиси кремния. Они стойки к парам натрия и более тяжёлых щелочных металлов. Перспективным может оказаться покрытие стекла окисью алюминия, однако неизвестно, как это сделать. Если бы удалось нанести испарением алюминий и окислить его, то полученная плёнка, имея коэффициент расширения, близкий к таковому у «молибденового» стекла, могла бы послужить действенной защитой от паров натрия и более тяжёлых металлов. Защитить стекло от паров лития мог бы его фторид, однако его большой КТР ставит под вопрос даже принципиальную возможность такого покрытия. Для Li следует искать другие способы получения спектра, например, в лампах с металлическим капилляром, облицованным, если нужно, LiF. Не исключено, что изготовив разрядный капилляр из LiF в диафрагменной лампе, удастся получить его спектр за счёт испарения стенок капилляра. Но режим работы такой лампы придётся стабилизировать очень тщательно.
Для трубок, работающих с молекулярными газами — водородом, парами серы и тому подобными веществами следует учитывать высокую реакционную способность не инертных газов. При этом начинают играть роль явления адсорбции, химические реакции на электродах, полимеризации. Со стеклом неметаллы реагируют слабо и эти реакции можно не учитывать. Трубки с молекулярными газами разделим на две группы: водородные и все остальные. Водородные мы опишем подробно, а относительно прочих — ограничимся общими замечаниями, тем более, что подходы, рассмотренные по отношению к водороду, можно будет распространить, с некими ограничениями, и на них.
Глава 24. Трубки с атомарным водородом.
Атомарный водород является веществом с наиболее простым и понятным спектром. Он широко применяется в учебных и исследовательских лабораториях, а также для демонстрационных целей. Каждая уважающая себя школа (кроме «демократической», в которой подонки-учителя с помощью книжечек «от Сороса» из ребёнка стараются сделать обезьяну) должна иметь такие трубки в своей физической лаборатории. Те трубки, которые делают (или делали) для школ, имеют, к сожалению, никуда не годную конструкцию, малый срок службы и сильный непрерывный фон из молекулярных линий. С трудом в их спектре можно отыскать линию НЬ, а остальные не видны вообще (даже на фотографии). Плохо эти трубки работали потому, что их конструкторы подошли к работе без знания происходящих в этих трубках процессов. Трубки с водородом для школьных лабораторий являются простой копией трубок с инертными газами.
Получение хорошего атомарного спектра требует знания процессов, происходящих в трубке при её работе.
В условиях газового разряда водород может давать как молекулярный (квази непрерывный), так и атомарный спектры.
Лампы с непрерывным спектром широко применяются для абсорбционного анализа. Называются они «ДВС» и бывают мощностью до 250 вт (с водяным охлаждением).
Разумеется, в газовом разряде этих ламп непрерывно идёт атомизация водорода, но разрядный капилляр в таких лампах сделан из металла. И на его чистой поверхности атомарный водород вновь рекомбинирует до молекул. Металлы группы железа и вольфрама являются прекрасными катализаторами рекомбинации водорода, поэтому, стараясь получить атомарный спектр, их следует всячески избегать.
Для получения хорошего атомарного спектра следует иметь атомарный водород в возможно более чистом виде. Учитывая тот факт, что всегда будет идти рекомбинация, надо подавить, по возможности, этот процесс и обеспечить достаточно интенсивное возбуждение атомов водорода.
Первым и необходимым условием для этого будет применение разрядного капилляра с поверхностью, на которой не происходит интенсивной рекомбинации. Его можно сделать из кварца или из стекла, покрытых плёнкой сорбированной воды. Такая плёнка удерживается на стекле при нагреве до ста-ста пятидесяти градусов и резко замедляет рекомбинацию водорода (видимо из-за плохой его адсорбции на такой поверхности).
Далее: Необходимо уменьшить рекомбинацию атомов водорода в объёме газа и затруднить их диффузию к стенкам капилляра. Эти задачи достигаются добавкой в трубку буферного газа —
