Hidrológiai Közlöny 1956 (36. évfolyam)

5-6. szám - Czike Kálmán–Fodorné Csányi Piroska: Deutérium-tartalom meghatározása

394 Hidrológiai Közlöny 36. évf. 1956. 5. sz. Czike K.—Fodorné: Deutérium-tartalom meghatározasa veszély, hogy buborékok tapadnak az úszóra, és a sűrűség mérést meghamisítják. Ezért a buborékokat mérés előtt gondosan el kell távolítani az úszóról. A mérés nagyobb koncentrációkra való kikiterjesztésének lehetősége az. hogy nehezebb úszót készítünk, vagyis nem a desztillállt vizet használjuk standardnak, hanem valamilyen nagyobb deurétiumoxid tartalmú mintát. Minden úszóval x %-tól (x + 10) %-deutérimoxid tartalomig lehet mérni. így kb. 8 úszóra van szükségünk 100%-os deutériumoxid tartalomig. Ezeket az úszókat egymáshoz kell beállítani és állandóan ellenőrizni, hogy az úszó nem változtatta-e meg a sűrűségét, azaz az úszási hőmérsékletét. Kéthárom %-os deutériumoxid esetén még érdemes Beckmann hőmérővel mérni a hőmérsékletet, ezen a koncentráción felül azonban elég, ha tized fokokra osztott precíziós hőmérőt használunk. A Beckmann hőmérőket is egymáshoz be kell állítani. Ez az eljárás igen nehézkes és hosszadalmas, mert a tapasztalat szerint az úszó nemcsak a gondatlan kezelés miatt (lecsiszolódás) változtatja a sűrűségét, hanem hosszabb idő alatt minden külső behatás nélkül is (az üveg öregedése). Az úszós sűrűség mérés pontossága 0—0,1 s% deutériumoxid tartalom között megegyezik a hőmérsékletmérés pontosságával. Nagyobb koncentrációk mérése esetén a módszer abszolút pontossága kisebb, mert a hőmérsékletmérés pontossága mellett szerepet játszik a víz és a deutériumoxid hőtágulási együtthatójának különbözősége és az úszó hőt.águlása is. Fennáll ezenkívül a felhígulás veszélye az atmoszférával való érintkezés során. 0—0,1 s% deutériumoxid tartalom mellett a mérés pontossága . ± 0,4 • 10~

f

i sűrűség egység, 0,1—2 s% deutériumoxid tartalomnál kb. 4,5 • 10 (i sűrűség egység, két s% fölött kb. 3-10 5 sűrűség egység. Fagyáspont-különbség mérése A protiumoxid és a deutériumoxid sűrűségének különbözőségén kívül a másik fizikai tulajdonság, amit mérésre fel lehet használni, a fagyáspontok közötti különbség. Az eddig ismertetett mérési módszereket a piknométeres módszer kivételével kalibrálni kell. és a kalibrálást időnként megismételni. A legtöbb módszernél emellett a nagy deutériumoxid koncentrációk mérése nagy nehézséggel jár, vagy más módon történik. Az irodalomban W. K. La Mer [10] vizsgálta a deutériiimoxid-protiumoxid elegy fagyáspontjának a koncentrációtól való függését. Néhány mérési adatot közöl 1- 39,9% között, igen nagy mérési közökkel. (Összesen négy mérési adatot közöl). Ez a vizsgálat adta azt az ötletet, hogy amennyiben a folyadék-elegy fagyáspontja lineárisan változik az elegy deutériumoxid tartalmával, a fagyáspont mérését fel lehet használni a deutériumoxid meghatározására [11]. A fagyáspont mérésénél lényeges követelmény az, hogy a hibahatáron belül az elegy összetételével lineárisan változzék a fagyáspont, mert különben igen sűrű kalibrációs görbét kell felvenni. Ez a feltétel akkor teljesülhet ha a ILO—D

20 elegy az általunk kívánt hibahatáron belül ideális elegyként viselkedik. Méréseink azt mutatták, hogy a lí

20—D

20 elegy fagyáspontja lineárisan változik az összetétellel (5. ábra). Az eredmények függetlenek a tűihűtés fokától. A mérés abszolút pontossága ±0,13% deutériumoxid, amely kis koncentrációknál nagy relatív hibának felel meg. Ezért a módszert csak nagyobb deutériumoxid koncentrációknál lehet alkalmazni. így pl. 10 s% D

20 tartalomnál a relatív hiba már csak 1,3%. A módszer gyors, kényelmes, és tetszés szerinti számban megismételhető az elegy felolvasztásával és megfagyasztásáva], A hőmérséklet leolvasása Beckmann hőmérőn történt ^ 0,005 C° pontossággal. A mérési eredmények kiszámítása úgy történik, hogy irodalmi adatok alapján a 99,99 deutériumoxid fagyáspontját 3,80 C°-nak vettük (irodalmi középérték) [12]. Aránypár segítségével a protiumoxid és a minta fagyáspont különbségéből a deutériumoxid tartalom kiszámítható. A mérési módszerek pontosságának összehasonlítása. Módszer Elért . Irodalmi pontosság Hőmérséklet-úszós 0,4- 10~

6 0,1 • 10~

6 Csepp-ejtési — 1•I0~

6 Piknométeres 4 • 105 2 .105 Differenciál-piknométeres . . .— 1•10~

6 Fagyáspont mérése 13-10"

5 — Mikro piknométer — 2.10"' 0 20 40 60 S0 100 5. ábra <t>uz. 5. Fig 5. Tömegspektrométeres módszer A deutérium meghatározás egy további gyakran használt módszere a tömegspektrométeres analízis [13]. Ennek a meghatározásnak alapelve : a hidrogén mintából ionokat képeznek és ezeket