Einführung

Spezifische Oberflächen und Porenvolumenverteilungen werden häufig mit Gasadsorptionstechniken bestimmt. Vor der Analyse sollten alle adsorbierten Gase oder Dampfphasen (wie Wasser oder andere flüchtige Stoffe) aus der Probe entfernt werden. Dieser Vorgang wird oft als Entgasung der Probe bezeichnet.

Bei der Entgasung wird die Probe in der Regel entweder erhitzt oder es wird ein Inertgas über die Probe geleitet. In beiden Fällen werden Moleküle, die von der Oberfläche der Probe desorbiert werden, aus dem Probenröhrchen entfernt. Nach der Entgasung kann das Probenröhrchen versiegelt und unter einer der folgenden Bedingungen entnommen werden:

• Unter Vakuum mit Hilfe des ^TranSealTM, einer Vorrichtung, die in das Probenröhrchen eingeführt wird. Es ist so konstruiert, dass es sich schließt, wenn es aus der Entgasungsöffnung entfernt wird, und sich automatisch öffnet, wenn es in die Probenöffnung eingesetzt wird, so dass eine vakuumdichte Abdichtung gewährleistet ist. Fordern Sie das Produkt-Bulletin Nr. 86 für weitere Informationen an.
• Mit der Dichtungsfritte oder dem Gummistopfen aus dem Instrumentenzubehörsatz oder dem TranSeal gefüllt.

Stickstoff wird häufig als Füllgas verwendet, da er leicht verfügbar und kostengünstig ist und für viele Anwendungen gut geeignet ist. Stickstoff ist jedoch ungeeignet für Materialien wie Kohlenstoff und mikroporöse Proben mit Poren von weniger als 2 nm Durchmesser. Diese Materialien adsorbieren Stickstoff bei Raumtemperatur. Da adsorbiertes Gas eine der Verunreinigungen ist, die bei der Entgasung entfernt werden sollen, macht die Verwendung von Stickstoff als Füllgas den Zweck der Entgasung teilweise zunichte. Offensichtlich ist Stickstoff kein echtes Inertgas, wenn es um mikroporöse Materialien geht.

Bei Materialien, die dazu neigen, Stickstoff zu adsorbieren, ist daher Helium als Füllgas die bessere Wahl. Die Adsorption von Helium ist bei Raumtemperatur vernachlässigbar, selbst in den Hochenergieporen der meisten mikroporösen Proben.

Es gibt einige hochgradig mikroporöse Materialien, bei denen Helium (wenn es als Füllgas verwendet wird) aufgrund von Diffusion extrem schwer zu entfernen ist. Die vollständige Entfernung erfordert große Sorgfalt und zeitaufwändige Aufgaben. Andernfalls kann sein Vorhandensein eine Adsorptionsisotherme stark verzerren.

Für Proben, für die weder Stickstoff noch Helium ideal sind, ist ein vakuumversiegelter Transfer die wünschenswerteste Methode für den Transfer der Probe zum Analyseanschluss.

Wiegen des gefüllten Probenröhrchens

Bei der Verwendung von Helium ist zu beachten, dass es ein geringeres Molekulargewicht als Stickstoff hat und daher eine geringere Gasdichte aufweist. Auf einer Laborwaage wiegt ein mit Helium gefülltes Probenröhrchen weniger als ein mit Stickstoff gefülltes Probenröhrchen. Vorsicht ist geboten, wenn Sie Röhrchen mit entgasten und mit Helium gefüllten Proben wiegen.

Normalerweise wird das Probengewicht bestimmt, indem (1) das leere Probenröhrchen gewogen wird, (2) das Röhrchen nach Zugabe der Probe gewogen wird und (3) die Differenz zwischen den beiden Werten berechnet wird. Das Röhrchen muss bei beiden Wägungen (mit und ohne Probe) mit demselben Gas gefüllt sein. Ist dies nicht der Fall, so wird das Gewicht der Probe aufgrund des Auftriebs, der durch den Dichteunterschied zwischen den beiden Gasen entsteht, verfälscht. Der Fehler ist vernachlässigbar, wenn der Dichteunterschied gering ist, wie etwa zwischen Luft und Stickstoff. Der Dichteunterschied zwischen Helium und Stickstoff kann jedoch recht deutlich sein. Wenn Sie beispielsweise Stickstoff zum Wiegen des leeren Probenröhrchens und Helium zum Wiegen des Probenröhrchens mit der Probe verwenden, können Sie einen Fehler von bis zu 0,02 Gramm erhalten. Bei der Analyse von Mikroporen werden oft nur 0,2 Gramm der Probe verwendet; ein Fehler von 0,02 Gramm entspricht daher einem Fehler von 10 % des Probengewichts.

Es gibt zwei Methoden, um dieses Problem zu vermeiden.

Methode 1:

1. Evakuieren Sie das leere Probenröhrchen an einem der Entgasungsanschlüsse; füllen Sie es dann wieder mit Helium.
2. Verschließen Sie das Probenröhrchen schnell, um Heliumverluste zu vermeiden.
3. Wiegen Sie das leere Probenröhrchen.
4. Geben Sie die Probe in das Probenröhrchen und entgasen Sie das Röhrchen.
5. Wiegen Sie das Röhrchen mit der (mit Helium gefüllten) Probe.
6. Ziehen Sie das Gewicht des leeren Röhrchens (Schritt 3) vom Gewicht des Röhrchens mit der Probe (Schritt 5) ab, um das Gewicht der Probe zu erhalten.

Anmerkung:

Diese Methode muss mit Proben verwendet werden, die mit Mikroporenanalysatoren der Serie ASAP 20xx analysiert werden, wenn Helium an den Backfill-Einlass angeschlossen ist.

Methode 2:

1. Wiegen Sie das leere Probenröhrchen mit Luft.
2. Geben Sie die Probe in das Röhrchen, entgasen Sie es und füllen Sie es mit Helium auf.
3. Wiegen Sie das Probenröhrchen mit der Probe.
4. Ziehen Sie das Gewicht des leeren Röhrchens (Schritt 1) vom Gewicht des Röhrchens mit der Probe (Schritt 3) ab, um das Gewicht der Probe zu erhalten. Denken Sie daran, dass dieses Gewicht um bis zu 0,02 Gramm falsch sein kann. Am Ende der Analyse:
5. Wiegen Sie die Probe und das Röhrchen erneut, da das Röhrchen am Ende der Analyse mit Stickstoff (Analysegas) gefüllt wird.
6. Ziehen Sie das Gewicht des leeren Röhrchens (Schritt 1) vom Gewicht der Probe plus Röhrchen nach der Analyse ab.
7. Geben Sie das korrigierte Probengewicht ein (Schritt 6) und erstellen Sie den Analysebericht.

Das tatsächliche Probengewicht wird durch diese zweite Methode leicht überschätzt. Es wird durch das Gewicht des Stickstoffs, der am Ende der Analyse an der Oberfläche adsorbiert wird, verfälscht. (Bedenken Sie, dass Helium als Füllgas verwendet wird, weil der Stickstoff bei Raumtemperatur adsorbiert wird). Das Gewicht des adsorbierten Stickstoffs ist proportional zum Gewicht der analysierten Probe. Die Verwendung von mehr Proben verringert die Auswirkungen dieses Fehlers nicht.

Die erste Wiegemethode ist zwar genauer als die zweite, aber auch schwieriger durchzuführen. Bei einigen Anwendungen ist die Verbesserung der Genauigkeit die zusätzliche Zeitinvestition wert. In anderen Fällen kann der Zeitaufwand wichtiger sein als die geringe Verbesserung der Wägegenauigkeit. Unabhängig davon sollten Sie niemals die Gewichte der mit Stickstoff gefüllten Röhrchen von den Gewichten der mit Helium gefüllten Proben plus Röhrchen abziehen, es sei denn, die zu analysierende Probenmenge ist so groß, dass ein Gewichtsfehler von 0,02 Gramm akzeptabel ist.