Введение к работе
Актуальность темы. Проблема чистоты вещества всегда была актуальной, так как непосредственно связана с получением материалов с особыми свойствами. В разные исторические периоды под категорией «особые» понимались разные свойства, но именно те, на основе которых создавались материалы, обеспечивающие прорыв в научно-техническом прогрессе общества. Без преувеличения можно сказать, что основой современного материаловедения являются вещества с низким содержанием примесей [1*-2*].
Во второй половине XX века произошел скачок в области повышения уровня чистоты веществ. К 70-80 годам были достигнуты значительные успехи в повышении чистоты полупроводниковых материалов, металлов, постоянных газов, летучих хлоридов, гидридов и других соединений. Одновременно произошло становление инструментальных многоэлементных методов анализа с низкими пределами обнаружения [3*]. Однако возрастающие требования современной науки и- техники ставят проблемы дальнейшего расширения круга особо чистых веществ с одновременным снижением содержания в них примесей, получения веществ строго стехиометрического состава, с постоянной структурой, свойствами. Проблема выяснения истинных свойств веществ, являющаяся одной из фундаментальных в естествознании, ставит перед исследователями задачу получения веществ, практически свободных от всяких примесей. С этой точки зрения большой научный интерес представляет получение веществ высокой чистоты, всестороннее исследование их примесного состава и свойств, показывающих потенциальные возможности их практического применения. Другой фундаментальный аспект состоит в возможностях использования высокочистых веществ в качестве эталонов аналитической матрицы и определяемых компонентов в метрологии и аналитической химии.
Исходя из вышеизложенного, тема исследования, направленного на изучение особенностей и закономерностей примесного состава высокочистых простых веществ и летучих неорганических соединении, определению достигнутого уровня их чистоты является актуальной в научном и прикладном отношении.
Данное исследование было выполнено в рамках Постоянно действующей Выставки-коллекции, веществ особой чистоты, функционирующей при Отделении физикохимии и технологии неорганических материалов Академии паук СССР на базе Института химии АН СССР (в настоящее время Института химии высокочистых веществ РАН) с 1974 года (Решение Президиума Академии пачк СССР от 4 апреля 1974 года, №15). В рамках Выставки-коллекции вещееів
ЮС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА ] СПспрвугг
ад **-''
особой чистоты осуществляется сбор образцов наиболее чистых веществ, выпускаемых в стране; анализ этих образцов в ведущих аналитических центрах страны для получения максимально полной и достоверной картины их примесного состава; аттестация примесного состава выставочных образцов.
Целью исследования является создание объективной картины
достигнутого уровня, чистоты простых веществ и летучих
неорганических соединений (хлоридов, фторидов и гидридов) и выяснение особенностей и закономерностей их примесного состава.
Для- достижения поставленной цели потребовали решения-следующие конкретные задачи:
сбор образцов высокочистых простых веществ и летучих неорганических соединений (хлоридов, гидридов, фторидов), получаемых в стране;
накопление данных по примесному составу высокочистых веществ (результаты анализов выставочных образцов, данные нормативно технической документации (ГОСТов, ОСТов, ТУ), каталогов инофирм, научных публикаций), и создание информационно-расчетной системы «Высокочистые вещества и материалы»;
исследование примесного состава высокочистых веществ;
оценка полноты и достоверности данных по примесному составу выставочных образцов высокочистых веществ;
оценка достигнутого уровня чистоты простых веществ и их
летучих неорганических соединений (гидридов, хлоридов,
фторидов);
выявление особенностей и закономерностей примесного состава простых твердых веществ, летучих неорганических гидридов, хлоридов, фторидов и постоянных газов.
Научная новизна.
Проведено исследование примесного состава высокочистых простых веществ (элементов), летучих неорганических гидридов, хлоридов, фторидов. Предложен подход к выбору примесей, с наибольшей долей вероятности определяющих степень чистоты простых веществ и летучих неорганических соединений и подлежащих обязательному аналитическому определению. Показана целесообразность дополнения данных аналитического контроля примесного состава образцов высокочистых веществ функциями распределения примесей по концентрации. Проведена оценка достоверности и полноты результатов анализа выставочных образцов высокочистых веществ.
Выявлены образцы с хорошо исследованным примесным составом и образцы, нуждающиеся в его уточнении.
Установлен достигнутый уровень чистоты простых веществ и летучих неорганических соединений (гидридов, хлоридов, фторидов) и прослежена его динамика в период с 1975 по 2000 год.
Установлены примеси, определяющие уровень чистоты этих классов веществ. Обнаружено, что вклад той или иной примеси (группы примесей) в элементной форме в величину суммарного и\ содержания зависит как от места нахождения вещества-основы так и примесьобразующего элемента в Периодической системе элементов.
Практическая ценность и реализация результатов.
Собрана коллекция образцов (566) высокочистых простых веществ (элементов) и летучих неорганических соединении. Проведено исследование их примесного состава. Па основании полученных данных установлен состав 470 выставочных образцов. В среднем в каждом образце определено содержание 32 примесей. Проведено сопоставление уровня чистоты поступивших на Выставку -коллекцию веществ как между собой, так и с данными каталогов инофирм и данными, опубликованными в периодической печати.
С целью проведения сбора, обработки, систематизации материала в области химии высокочистых веществ создана Информационно-расчетная система «Высокочистые вещества и материалы».
Впервые проведен всесторонний анализ современного уровня чистоты простых веществ и важнейших классов неорганических соединений: летучих хлоридов, гидридов, фторидов; установлен примесный состав этих классов веществ; выявлены группы примесей, определяющие их уровень чистоты; прослежена динамика чистоты этих веществ с 1975 по 2000 гг.
Материалы Выставки-коллекции используются для
информационного обеспечения координационной деятельности и Научных советов РАН по химии высокочистых веществ и аналитической химии и всех заинтересованных организаций и ведущих специалистов, работающих в области химии высокочистых веществ, неорганической химии, металлургии, метрологии и аналитической химии. Постоянно-действующая Выставка-коллекция веществ особой чистоты является координирующим центром всестороннего исследования примесного состава высокочистых веществ. По материалам Выставки-коллекции в 2003 году издана МОНОІрафия «Выставка-коллекция веществ особой чистоты» (Девятых Г.Г.. Карпов Ю.Л., Осипова Л.И., М.: Наука, 2003,236с.)
На защиту выносятся:
- результаты исследования примесного состава высокочистых простых веществ (элементов); летучих неорганических гидридов; хлоридов; фторидов;
подход к классификации и характеристике примесей с точки зрения их влияния на чистоту вещества, технологической значимости и трудности определения;
оценка достоверности и полноты данных по примесному составу выставочных образцов высокочистых веществ;
установление взаимосвязи содержания примесей с положением вещества основы и примесьобразующего элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Апробация работы. Основные результаты работы неоднократно
докладывались на городском семинаре по химии высокочистых
веществ (г. Нижний Новгород, 1994-2003 гг.), на ежегодных заседаниях
Научного совета по химии высокочистых веществ РАН, (г. Москва, г.
Нижний Новгород, 1995-2002 гг.), а также на VII Всесоюзном
совещании «Методы получения и исследования свойств чистых
металлов» (г. Харьков, 1982), на V Всесоюзном совещании «Синтез,
свойства, исследования, технология и применение люминофоров» (г.
Ставрополь, 1985г.), на Всесоюзном совещании «Глубокая очистка и
прецизионный анализ материалов высокой чистоты, применяемых в
электронной технике» (г. Новосибирск, 1985г.), на III Всесоюзном
научно-техническом совещании по хлорной металлургии редких
элементов и титана (г. Москва, 1989г.), наХШ Всесоюзном совещании
«Получение, структура, физические свойства и применение
высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких
металлов» (г. Суздаль, 1990г.), на Обнинском симпозиуме в рамках XV
Менделеевского съезда по общей и прикладной химии
«Радиоэкологические проблемы в ядерной энергетике и при конверсии
производства» (г. Обнинск, 1993г.), на конференции «Математические
методы в технике и технологиях», (г. Новгород. 1999г.), на XVI
Научном совещании «Высокочистые материалы с особыми
физическими свойствами» (г. Суздаль, 1999г.), на XIII
Международной конференции по постоянным магнитам (г. Суздаль, 2000г.), на XVII Научном совещании "Высокочистые материалы с особыми физическими свойствами» (г. Суздаль, 2001г.), на. X конференции по химии высокочистых веществ (г. Н. Новгород, 1995 г.), на XI конференции по химии высокочистых веществ (г.Н. Новгород, 2000 г.), на VII Международном симпозиуме «Чистые
металлы» (г. Харьков, Украина, 2001г.), на IX Международном симпозиуме «Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы» (г. Харьков, Украина, 2003 г.).
С 1978 по 2003 год материалы Выставки-коллекции экспонировались более чем на 20 международных, российских и региональных выставках. («Химия», «Наука», «Новые материалы» и пр.)
Публикации. Основное содержание работы отражено в монографии, 25 статьях в научных журналах и доложено на 14 международных и отечественных научных конференциях; тезисы докладов опубликованы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
