Na jednoduchú, rýchlu a veľmi presnú charakterizáciu poréznych materiálov
Vynikajúce vlastnosti prístroja BELSORP MINI X spoločnosti Microtrac vedú k opakovateľnosti na svetovej úrovni s výrazne skráteným časom merania. MINI X je vybavený až 4 portami na meranie vzoriek a novými funkciami s vysokou priepustnosťou vrátane ovládania viacerých zariadení.
BELSORP MINI X je starostlivo navrhnutý na meranie špecifického povrchu, distribúcie veľkosti pórov a objemu pórov s mimoriadnou presnosťou. Je vybavený špeciálnymi tlakovými snímačmi na každom porte na meranie vzoriek a špeciálnym portom na meranie tlaku nasýtených pár, čo umožňuje úplne nezávislé simultánne merania. Nový merací softvér zvyšuje produktivitu používateľa tým, že zjednodušuje postupy merania pomocou pokynov krok za krokom v softvéri, zobrazuje priebeh merania a výsledky merania posiela e-mailom. V závislosti od priepustnosti vzorky sa ponúkajú modely A s 3 a 4 portmi. Okrem toho nový analytický softvér (BELMASTERTM) umožňuje štrukturálne hodnotenie širšieho rozsahu materiálov ako kedykoľvek predtým.
Špecifický povrch BET od 0,01 m2/g ~ (N2) a distribúcia veľkosti pórov od 0,7 ~ 500 nm (možnosť: 0,35 ~ 500 nm metódou molekulárnej sondy).
Simultánne meranie viacerých vzoriek
Súčasne možno merať až 4 vzorky, čo umožňuje výrazne skrátiť čas merania viacerých vzoriek.
Viacero možností merania
Tento prístroj spája vysoko presné merania s niekoľkými vysoko výkonnými režimami (napr. režim Quick BET, Optimalizácia dávkovania plynu). Možno ho flexibilne používať v závislosti od potrieb zákazníka, pričom integrované pokyny krok za krokom uľahčujú používanie aj neskúseným používateľom.
Jednoduchosť používania: jednoduché nastavenie meracieho softvéru
BELSORP MINI X je plne automatický merací systém, ktorý umožňuje používateľovi jednoducho nastaviť podmienky merania pomocou jednoduchého režimu. Tento režim umožňuje presné merania s minimálnymi informáciami o vzorke (napr. podmienky predúpravy a rozsah merania). Je to užitočné najmä v prípade neznámych materiálov. Podrobné konfigurácie merania môžu skúsení používatelia nastaviť v režime Professional. Tento systém umožňuje každému jednoducho získať presné výsledky merania.
Optimalizácia dávkovania plynu (GDO)
Jednoduchý režim obsahuje možnosť Optimalizácia dávkovania plynu (GDO), ktorá automaticky vypočíta optimálne množstvo dávkovaného plynu na základe predchádzajúcich výsledkov merania. Pomocou tejto funkcie možno spoľahlivo získať nastavené body merania a výrazne skrátiť čas merania.
1. Load an existing isotherm | 2. Display of expected isotherm | 3. Input of measurement range | 4. Automatic optimization of conditions such as gas introduction volume |
Inovatívne meranie voľného priestoru pre najvyššiu presnosť (AFSMTM)
S AFSMTM už nie je potrebná kontrola hladiny kvapalného chladiva (napr. kvapalného dusíka alebo argónu). Namiesto toho sme prijali našu prelomovú metódu nepretržitého merania vo voľnom priestore, patentovanú pokročilú metódu merania vo voľnom priestore (AFSMTM). Táto metóda dosiahla najvyššiu reprodukovateľnosť vďaka použitiu referenčnej bunky (prázdna bunka na vzorky; rovnaký typ bunky na vzorky používaný na meranie) na sledovanie sekundových zmien voľného priestoru. Náš prístroj určuje počiatočný voľný priestor bunky vzorky a referenčnej bunky. Keďže zmena voľného priestoru je v oboch bunkách rovnaká (rovnaké podmienky prostredia), zmenu voľného priestoru možno nepretržite sledovať pomocou zmeny tlaku v referenčnej bunke. Môžu sa zohľadniť výkyvy voľného priestoru spôsobené faktormi prostredia:
1. Room temeprature change | 2. Pref | 3. Psmp | 4. Intial pressure | 5. The sample tube temperature changes due to the change of LN2 level | 6. Liquid nitrogen temperature changes due to oxygen dissolution | 7. AFSM | 8. Sample
Meranie adsorpcie bez použitia plynného hélia (AFSMTM2)
V prvom kroku sa vykoná meranie voľného priestoru pre prázdnu vzorku a prázdnu referenčnú bunku s adsorpčným plynom pri príslušnej adsorpčnej teplote. Potom sa meranie adsorpcie môže dosiahnuť využitím oboch buniek bez použitia plynného hélia. Keďže pri rovnakých podmienkach merania sú zmeny voľného priestoru pre obe bunky rovnaké, výsledky merania sa dajú získať za kratší čas merania. Nie sú potrebné časovo náročné operácie, ako je udržiavanie konštantnej hladiny kvapaliny chladiaceho média medzi meraním prázdneho priestoru a meraním adsorpcie voľného priestoru.
1. Reference cell for measuring fluctuations within free space continously | 2. Reference cell | 3. Sample cell | 4. Liquid level 1 | 5. Liquid level 2
AFSM (He-based method)
AFSM2 (He-free method): Step 1 --> 4 --> 7 --> 8 --> 9
Kompaktný a ľahký
Úplnou optimalizáciou a racionalizáciou materiálov sa nám podarilo znížiť veľkosť a hmotnosť zariadenia.
Voliteľná predbežná úprava vzoriek na meracom porte
Na presné meranie adsorpcie sa vyžaduje predbežná úprava vzoriek. Proces predbežnej úpravy (často nazývaný aktivačný proces) sa zvyčajne vykonáva použitím vákua za tepla, aby sa z povrchu materiálu odstránili molekuly adsorbovaného plynu a/alebo vody bez toho, aby sa ovplyvnila štruktúra vzorky (aby sa zabránilo denaturácii). Microtrac ponúka dve možnosti predbežnej úpravy vzorky. Po prvé, môže sa vykonávať externe pomocou prístroja BELPREP VAC II alebo VAC III, čo sa zvyčajne uprednostňuje na zvýšenie priepustnosti vzorky. Prípadne možno proces aktivácie vykonať priamo na meracom porte zariadenia BELSORP MINI X pomocou ohrievača (pozri zoznam príslušenstva). Pomocou príslušenstva s ohrievačom sa možno vyhnúť prenosu z externého zariadenia na predbežnú úpravu do meracieho portu, čo je dôležitá možnosť v prípade citlivých (napr. hydrofilných) vzoriek.
Analýza dát
Analytický softvér BELMASTER umožňuje používateľom získať širokú škálu výsledkov analýz prostredníctvom operácií, ako je zobrazenie adsorpčných/desorpčných izoteriem, vyhodnotenie špecifických povrchov pomocou metódy BET atď., vyhodnotenie objemu pórov (od ultra-mikropórov až po mezo- a makropóry) pomocou metódy t-plot alebo αS. Ďalej je možné vykonať analýzu mezopórov pomocou metód DH a BJH, analýzu mikropórov pomocou metód HK alebo SF alebo voliteľnú analýzu GCMC / NLDFT. Ešte viac možností analýzy poskytuje náš analytický softvér BELMASTER.
Spoločnosť Microtrac ponúka rôzne príslušenstvo pre celý svoj produktový rad adsorpcie plynov a pár.
Štandardný spotrebný materiál zahŕňa vzorkovacie bunky, plniace tyče, filtre, O-krúžky, uzávery a vážiace plošiny. K dispozícii sú aj rôzne veľkosti vzorkovacích komôr, rýchle tesnenia a ďalší voliteľný spotrebný materiál.
Vodný kúpeľ na meranie teplôt od -10 °C do 70 °C. Je potrebné chladené/vyhrievané obehové čerpadlo.
Predúprava vzorky z 50 °C na 450 °C. Pomocou tejto možnosti je možné vzorky predbežne upraviť priamo na meracom porte. Po procese predbežnej úpravy preto nie je potrebné prenášať vzorkovnciu bunku (napr. v prípade citlivých vzoriek).
Volič plynu umožňuje pripojenie až 4 adsorbentov súčasne (1 x hélium + 4 x adsorbent).
Analyzátory spoločnosti Microtrac na meranie špecifického povrchu BET a distribúcie veľkosti pórov sa používajú v rôznych oblastiach. Patria sem katalyzátory, batérie, vlákna, polymérne materiály, zeolit, palivové články, chemikálie, pigmenty, kozmetika, MOF/PCP, magnetické prášky, separačné membrány, filtre, tonery, cement, keramika, polovodiče a mnohé ďalšie.
Princípy merania objemovej sorpcie sú vysvetlené v našej znalostnej bázi:
| Princíp merania | Objemová metóda + AFSM ™ |
| Adsorpčný plyn | Dusík (N2), argón (Ar), metán (CH4), etán (C2H6), oxid uhličitý (CO2), vodík (H2), n-bután (n-C4H10), izobután (izo-C4H10) a iné nekorozívne plyny |
| Plynové porty | 2 porty (max. 5 portov) |
| Počet meraní (režim vysokej presnosti) | Max. 4 porty súčasne (3 porty v režime vysokej presnosti) |
| Rozsah merania (špecifický povrch) | 0,01 m2/g a viac (N2) (v závislosti od hustoty vzorky) |
| Distribúcia veľkosti pórov (priemer) | 0,7 - 500 nm, možnosť: 0,35 nm metódou molekulárnej sondy |
| Nízkotlaková izoterma | p/p0 = 10^-4 (N2 @77K, Ar @87K) |
| Prevodník tlaku | 133 kPa (1000 Torr) x 6 jednotiek |
| Vákuové meradlo/čerpadlo | Rotačné čerpadlo |
| Trubica na vzorky | Štandardná trubica, približne 1,8 cm3 (voliteľne: 5 cm3) |
| Dewarova nádoba | Objem: 2 l Čas udržiavania: 30 h |
| Ohrievač predúpravy | 50 - 450°C (4 porty) |
| Vodná kúpeľ | -10 - 70 °C (4 porty) |
| Softvér pre analýzu BELMaster™ 7 | Adsorpčná izoterma, špecifický povrch BET typu I (ISO9277), automatická analýza BET, špecifický povrch Langmuir, metóda BJH, DH, CI, INNES |
| Softvér pre analýzu BELMaster™ 7 cont. | t-plot, NLDFT / GCMC (OP BELSim™), MP metóda, Dubinin-Astakhovova metóda, Molekulová sonda, as-plot |
| Rozmery (Š x V x H) | 280 x 650 x 465 mm (bez vákuovej pumpy a PC) |
| Váha (hlavná časť) | 38 kg (bez vákuovej pumpy a PC) |
| Úžitkové vybavenie - plyn | He, N2 (čistota 99,999 % alebo vyššia), 0,1 ± 0,02 MPa, spoj: 1/8" Swagelok výfuk: Výfukový otvor rotačného čerpadla, ø 11 mm |
| Úžitkové vybavenie - elektrický pohon | Jednofázový, AC 100 ~ 240 V (50 / 60 Hz) / 10 A (vrátane R.P.), 50 / 60 Hz |
| Certifikát CE | áno |
| Odporúčaný monitor | Monitory s rozlíšením Full HD |
Softvér kladie najvyšší dôraz na zjednodušenie obsluhy a je vybavený mnohými funkciami na zvýšenie produktivity práce. Keďže prístroje BELSORP ponúkajú mnoho funkcií a možností, je čoraz dôležitejšie zjednodušiť ich používanie. Náš softvér vás krok za krokom povedie pri vykonávaní viacerých postupov, napr. pri vykonávaní meraní, výmene plynovej fľaše, preplachovaní rozdeľovača atď. Táto užívateľsky prívetivá funkcia sprístupňuje prístroj aj neskúseným používateľom. V závislosti od úrovne skúseností používateľa sa ponúkajú dva režimy, a to jednoduchý režim a profesionálny režim. Jednoduchý režim umožňuje jednoduchú obsluhu zadaním informácií o vzorke, výberom podmienok predbežnej úpravy (možno vynechať, ak sa vykonáva externe) a rozsahu merania. Preto je ideálny pre menej skúseného používateľa a/alebo pre meranie neznámych vzoriek. Ak je k dispozícii predchádzajúce meranie s porovnateľným sorpčným správaním, na skrátenie času merania možno použiť funkciu GDO. Profesionálny režim ďalej ponúka podrobné možnosti konfigurácie, napr. nastavenie dávkovania, kritériá rovnováhy, možnosť kontroly tesnosti atď.
Sorpčná izoterma je definovaná ako vzťah medzi adsorbovaným množstvom na adsorbente a rovnovážnym tlakom adsorbovaného plynu - obyčajne súvisí s tlakom nasýtených pár - pri konštantnej teplote. Izoterma sorpcie plynu (napr. dusíka) poskytuje informácie o špecifickom povrchu, distribúcii veľkosti pórov a objeme pórov meraného materiálu. V nasledujúcom grafe sú znázornené niektoré príkladné sorpčné izotermy.
Špecifický povrch (SSA) sa vzťahuje na prístupnú plochu povrchu vzorky a má veľký význam pri adsorpcii, heterogénnej katalýze a reakciách na povrchoch. Špecifický povrch možno vypočítať podľa normy ISO 9277 metódou BET (BET: Brunauer, Emmett a Teller) alebo Langmuirovou metódou. Nasledujúce grafy ukazujú príklady vyhodnotenia špecifického povrchu podľa metódy BET v našom softvéri BELMASTER:
Vyberte správny rozsah tlaku (viacbodový BET) alebo bod merania (jednobodový BET) a plocha povrchu sa vypočíta automaticky. Softvér BELMASTER poskytuje výpočet plochy povrchu BET podľa prílohy C normy ISO 9277 (známy aj ako Rouquerolov graf) odporúčaný pre mikroporézne materiály.
BELSORP MINI X zaujme možnosťou merať vzorky s nízkou plochou povrchu s najvyššou presnosťou bez potreby kryptónového plynu (nie je potrebný žiadny ďalší prevodník tlaku ani kryogénny regulátor teploty). Alternatívne meranie v tzv. rýchlom režime BET umožňuje získať špecifické plochy povrchu BET (napr. trojbodový BET) štyroch vzoriek za približne 15 minút. Ďalej je možné získať rozdelenie veľkosti pórov od 0,7 do 500 nm (voliteľne 0,35 nm).
Nasledujúce merania sa vykonávajú pomocou našej patentovanej metódy nepretržitého merania vo voľnom priestore, a to pokročilého merania vo voľnom priestore (AFSMTM). Táto metóda dosiahla najvyššiu reprodukovateľnosť pomocou referenčnej bunky na sledovanie včasných zmien voľného priestoru zo sekundy na sekundu. Náš prístroj určuje počiatočný voľný priestor vzorkovacie cely a referenčnej cely. Keďže zmena voľného priestoru je v oboch bunkách rovnaká (rovnaké podmienky prostredia), zmenu voľného priestoru možno priebežne sledovať pomocou zmeny tlaku v referenčnej cele.
V tomto prípade sa používa certifikovaný referenčný materiál CRM-170 (neporézny alfa-korund; certifikovaná hodnota špecifického povrchu dusíka BET SSA: 1,05 ± 0,05 m2/g) sa používa na kontrolu presnosti merania pri meraniach s nízkym celkovým povrchom (TSA). Aj keď sa TSA zníži z približne 2 m2 na menej ako 0,4 m2, stanovené hodnoty špecifických povrchov BET SSA zostávajú takmer identické.
| Vzorka | Ads. | Celková plocha v cele [m2] | Množstvo vzorky [g] | SSA-BET [m2/g]*1 | C-konštanta |
| BCR-170_1 | N2 | ~2 m² | ~1.94 | 1.03 | 114 |
| BCR-170_2 | N2 | ~1 m² | ~1.12 | 1.02 | 143 |
| BCR-170_3 | N2 | ~0.7 m² | ~0.75 | 1.03 | 101 |
| BCR-170_4 | N2 | ~0.4 m² | ~0.38 | 1.02 | 50 |
*Koeficient korelácie 0,9995 alebo vyšší
Rýchly režim BET možno použiť na maximalizáciu priepustnosti vzorky pri meraní špecifického povrchu BET. V tomto režime je možné zmerať tri adsorpčné body BET štyroch vzoriek za približne 15 minút (vyžaduje sa hustota vzorky). Ďalej rýchly režim BET ponúka dva typy meraní voľného priestoru: Po prvé, možnosť zadávania voľného priestoru poskytuje najväčšiu príležitosť na úsporu času. Po určení voľného priestoru pre bunku vzorky sa súbor s meraním voľného priestoru (dvd súbor) môže opätovne použiť na budúce rýchle merania BET. Po druhé, voľný priestor možno určiť pomocou aktuálneho merania. Porovnanie získaného povrchu BET z merania s úplnou izotermou (štandardný režim) a z rýchleho režimu BET je uvedené v nasledujúcich grafoch a tabuľke:
| Vzorka | Ads. | Viacbodový BET-SA [m2/g] | Jednotlivý BET-SA [m2/g] | ||
| Štandardný režim | Quick-BET | Štandardný režim | Quick-BET | ||
| 1 | N2 | 189.9 | 190.5 | 188.1 | 190.3 |
| 2 | N2 | 75.7 | 77.4 | 74.7 | 75.7 |
*Viacbodový BET v rozsahu p/p0 0,05 - 0,30, jednobodový BET pri p/p0 0,20
Predpokladá sa, že výsledky merania získané pomocou viacbodového BET v štandardnom režime sú najpresnejšie. Viacbodové, ako aj jednobodové merania plochy povrchu BET v režime Quick-BET poskytujú úplne porovnateľné výsledky v porovnaní so štandardným režimom, hoci čas merania sa výrazne skrátil na približne 15 minút pre tri vzorky (viacbodový BET). Táto funkcia sa odporúča na optimalizáciu priepustnosti vzoriek, napr. pri kontrole kvality.
Analýza distribúcie veľkosti pórov metódou NLDFT a GCMC
Klasické metódy na určenie distribúcie veľkosti pórov (PSD) sú metóda INNES (póry v tvare štrbiny) a metódy BJH, DH, CI (valcové póry), ktoré hodnotia mezopóry na základe teórie kapilárnej kondenzácie. Metódy HK (štrbinové), SF (valcové) a CY (klietkové) sa môžu použiť aj na hodnotenie mikropórov na základe teórie adsorpčného potenciálu. Na hodnotenie objemu pórov sa bežne používajú aj metódy DA a DR. Nové metódy hodnotenia PSD a kapacity, NLDFT a GCMC, sa považujú za presnejšie v širšom rozsahu veľkosti pórov (od mikropórov po mezo- a makropóry), ako sa uvádza v norme ISO15901-2.
| Teória | Interakcia Povrch a plyn | Adsorbát | Použiteľný rozsah veľkosti pórov |
| BJH, CI, DH, INNES metóda |
Kelvinova rovnica (Povrchové napätie a kontaktný uhol) |
Hustota sypkej kvapaliny | 2 nm < Mezopóry a makropóry |
| HK, SF, CY metóda | Lennard-Jonesov potenciál (interakčná a odpudivá sila) |
Hustota sypkej kvapaliny | 0.4 - 2 nm Mikropóry |
| NLDFT, GCMC | Štatistický termodynamický model | 0.35 - 500 nm Celý rozsah pórov |
|
*1 BELSORP MINI X je vybavený snímačmi tlaku 1000 torr; Izoterma začína od ~p/p0 of 1x10-4
*2 Možnosť: 0,35 nm možné metódou molekulárnej sondy
V posledných rokoch sa pozornosť sústredila na metódy hodnotenia štruktúry pórov pomocou počítačových simulačných techník, ako sú metódy NLDFT (Non-localized Density Functional Theory) a GCMC (Grand Canonical Monte Carlo), ktoré predstavujú jednotnú teóriu na charakterizáciu distribúcie pórov od mikropórov až po mezo- a makropóry. Distribúcie veľkosti pórov získané z tej istej adsorpčnej izotermy pomocou klasickej a simulačnej PSD analýzy sa líšia, rovnako ako výsledky získané rôznymi simulačnými metódami, pretože plniaci tlak získaný z každej teórie je iný. Microtrac poskytuje metódy hodnotenia, ktoré pokrývajú široký rozsah veľkostí pórov a adsorbátov na základe adsorpcie N2 (77,4 K), Ar (87,3 K) a CO2 (298 K). Tieto metódy vyhodnocovania využívajú jadrá NLDFT/GCMC modelov štrbinových, valcových a klietkových pórov s povrchovými atómami uhlíka a oxidu kovu, čo vedie k najvhodnejšiemu opisu poréznych materiálov.
Softvér BELMASTER umožňuje jednoduché porovnanie experimentálnych a simulovaných izoteriem, pričom simulovaná izoterma slúži ako základ pre výpočet PSD.
V nasledujúcej časti je uvedený príklad výpočtu rozdelenia veľkosti pórov metódou BJH:
Výhrady k technickému riešeniu a nedostatkom
