專利名稱：一種測量磷酸二氘鉀單晶氘化率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磷酸二氘鉀(K(DXH1-X)2PO4，簡稱DKDP)單晶體的氘化率的簡易測量方法。
背景技術(shù)：
高氘化率的四方相磷酸二氫鉀晶體是目前激光技術(shù)上應(yīng)用很廣的一種電光調(diào)制晶體。DKDP晶體的電光和非線性光學(xué)性能和它的氘化率成正比例關(guān)系，因此準(zhǔn)確測量四方相DKDP晶體的氘化率在DKDP晶體作為光學(xué)調(diào)制器、光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換器和其它光學(xué)器件中起著決定性的作用。
眾所周知，DKDP晶體的氘化率通常比其生長溶液中的氘化率要低，因此不能簡單地通過測量生長溶液中的氘化率來等同于DKDP單晶的氘化率，而是要直接測量DKDP晶體的氘化率才比較準(zhǔn)確。另外DKDP晶體漫長的生長周期使得DKDP晶體的氘化率并不是很均勻地分布著，因此要精確地測量DKDP晶體中每一點的氘化率。
關(guān)于DKDP晶體中氘化率的分析，國內(nèi)外文獻雖有報導(dǎo)但材料很少。于淑琴等在《人工晶體學(xué)報》1986年第15卷第2期上報導(dǎo)用干涉法和分光光度法測定過晶體中的氘含量，但用這些方法分析研究，條件要求比較高，必須有恒溫恒濕的設(shè)備以及一套熱分解和冷凍收集水的裝置，還得有專門的測試儀器，同時還要用純的重水作標(biāo)準(zhǔn)樣品。Ohshima Tetsuya等人在J.Moi.Spectrosc1989年第136卷第2期上報導(dǎo)含氫原子的分子頻率和晶格振動取決于其所含原子的重量，因此氘原子取代氫原子光譜吸收峰將出現(xiàn)紅移，可根據(jù)紅移量來測定DKDP晶體的氘化率。但這種方法非常繁瑣，而且測試晶體樣品要有兩個相互平行的光滑晶面。于淑琴等在《人工晶體學(xué)報》1986年第15卷第2期上報導(dǎo)用重量法來測定DKDP晶體的氘化率，但是我們這種方法來測定DKDP晶體的氘化率，發(fā)現(xiàn)用馬福爐來加熱白金坩鍋中4克重的DKDP塊狀晶體至400℃，恒溫半個小時，很難確定晶體分解是否完全，而且加熱分解后殘樣KPO3由于很容易吸潮而導(dǎo)致重量很難在電子天平上稱至恒重，而且導(dǎo)致所測的氘化率不準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提出一種新的DKDP晶體氘化率的測定方法，通過分析磷酸二氘鉀熱分解的反應(yīng)式，熱分解反應(yīng)生成水的氘化度與樣品的氘化度相同，利用熱分解生成水與生成的偏磷酸鉀之間的化學(xué)計量關(guān)系，可得出DKDP晶體的氘化率。我們利用熱重分析儀來精確測定少量DKDP晶體加熱分解后的失重，根據(jù)重量法的化學(xué)計量關(guān)系，推算出DKDP晶體的氘化率。
磷酸二氘鉀加熱到一定的溫度可完全分解成偏磷酸鉀和(DXH1-X)2O，其反應(yīng)式為，生成的(DXH1-X)2O中氘和氫的比與K(DXH1-X)2PO4中氘和氫的比是相同的，而且生成(DXH1-X)2O的克分子數(shù)與生成的KPO3的克分子數(shù)相等，因此可推出DKDP晶體氘化率的計算公式如下X(%)=(x1-x×58.648-8.948)×100]]>式中x是熱重分析儀測得的失重率。
我們用德國NETZSCH公司的STA449C熱重分析儀來測DKDP熱分解后的失重率。實驗所用的為一對帶蓋的白金坩鍋，加蓋防止DKDP在加熱過程加濺失，蓋上開一小孔以便排出水汽，我們設(shè)置升溫程序為起始溫度為30℃以5℃/min的速率緩慢加熱至260℃后恒溫1小時后，以5℃/min的速率緩慢加熱至450℃后恒溫1小時。首先我們先用一對空的白金坩堝在熱重分析儀上做一條基線，以便抵消白金坩堝的浮力效應(yīng)。然后在一個白金坩堝中加入10-50mg的DKDP晶體樣品，樣品應(yīng)保持新鮮的表面，防止晶體表面的氘原子被空氣中所含的氫原子所取代以致影響測試準(zhǔn)確率，按設(shè)定的升溫程序加熱樣品可得到一條熱重曲線，其中在恒溫區(qū)的熱重曲線為一條與X軸平行的直線，從曲線上得到的樣品的失重率代入上面的公式中便可測得DKDP晶體樣品的氘化率。
在測定DKDP晶體的氘化率前，我們用慢速生長的高純KDP晶體對熱重分析儀進行零點校正。因為KDP晶體的氘化率為零，而且KDP晶體與DKDP晶體相同，在400℃左右受熱分解為KPO3和H2O，所以上面的公式同樣適用于計計算KDP晶體的氘化率。重復(fù)測量三個樣品得到平均氘化率為5.66％，平均偏差為0.3％。因此我們所用的這臺熱重分析儀的零點飄移為5.66％，用這臺儀器測得的DKDP晶體的氘化率應(yīng)扣除零點飄移，提高測量精度。
我們用日本Rigaku公司生產(chǎn)D/max-2500粉末衍射儀對KDP和DKDP晶體樣品在熱重分析儀上按照設(shè)定的升溫程序加熱后得到的固體渣料進行分析，證實渣料成分為KPO3，并沒有其它雜質(zhì)，因此樣品在熱重分析儀中完全分解。
本發(fā)明用簡單的重量法解決了一個現(xiàn)代工業(yè)分析問題，這對于DKDP晶體的氘化率的確定有一定的實用意義。方法比較簡便、準(zhǔn)確、經(jīng)濟且便于推廣使用。經(jīng)分析大量樣品的實踐證明用熱重分析儀來測定DKDP晶體的氘化率是行之有效的，分析結(jié)果是令人滿意的。用熱重分析儀來測定DKDP晶體的氘化率顯示出幾大優(yōu)點其一，重量法測定DKDP晶體的氘化率是有損檢測，用熱重分析儀所需的DKDP晶體樣品量少，只需幾十毫克，可以節(jié)省價格昂貴的DKDP晶體物料，可用于測定小口徑的晶體；其二，由于所加樣品重量微小，體積小，用熱重分析儀測得的氘化率是一個點值，而不是一個統(tǒng)計平均值，而且物料少可以保證其完全分解，不濺料；其三，熱重分析儀的天平精度高，可精確到0.0001毫克，而且是動態(tài)天平，可在整個升溫加熱過程中進行實時測量，這樣可以減少加熱渣料KPO3吸潮而影響到測量精度；其四，用熱重分析儀測量DKDP晶體的氘化率重復(fù)性，平均偏差小。
具體實施例方式
實施例將一對帶蓋的白金坩堝放在NETZSCH STA449C熱重分析儀上，關(guān)閉罩子稱至恒重后清零。在靠前的白金坩堝中放入DKDP晶體樣品，關(guān)閉罩子稱至恒重后，讀數(shù)為23.9672mg，然后進行測量參數(shù)(測量類型、操作者、樣品編號、名稱、樣品質(zhì)量、升溫程序、溫度校正、靈敏度校正等)設(shè)定，升溫程序為起始溫度為30℃以5℃/min的速率緩慢加熱至260℃后恒溫1小時后，以5℃/min的速率緩慢加熱至450℃后恒溫1小時。點擊“初始化工作條件”，先進行實驗溫度程序初始化，再點擊“開始”進行實驗測量。通過測量窗口可觀看到實驗測量過程中的實時曲線，若想知道已設(shè)定的其它實驗參數(shù)可點擊“查看/測量參數(shù)”來查看。測量結(jié)束后，得到一條經(jīng)過基線修正過的熱重曲線，從曲線中得出失重率為14.501％，代入公式計算，扣除零點飄移得出氘化率為94.15％，重復(fù)測試另外三個樣品，得到平均氘化率為94.24％，平均偏差為0.4％。
權(quán)利要求
1.一種測量磷酸二氘鉀單晶氘化率的方法，先用一對空的白金坩堝在NETZSCHSTA449C熱重分析儀上做一條基線；再設(shè)定升溫程序為起始溫度為30℃以5℃/min的速率緩慢加熱至260℃后恒溫1小時后，以50℃/min的速率緩慢加熱至450℃后恒溫1小時；在一個白金坩堝中加入10-50mg的DKDP晶體樣品，樣品保持新鮮的表面，按設(shè)定的升溫程序加熱樣品得到一條熱重曲線，從曲線上得到的樣品的失重率代入公式X(%)=(x1-x×58.648-8.948)×100]]>中測得DKDP晶體樣品的氘化率。
全文摘要
一種測量磷酸二氘鉀單晶氘化率的方法，涉及磷酸二氘鉀(K(D
文檔編號G01N5/00GK1727869SQ20041005489
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者李國輝, 蘇根博, 莊欣欣, 李征東, 賀友平 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所