Einführung

Es wurde eine Entgasungsstudie durchgeführt, um die Wirksamkeit der Durchfluss- gegenüber der Vakuumentgasung zu ermitteln. Ein amorphes Siliziumdioxid-Aluminiumoxid und ein mikroporöser Zeolith wurden mit beiden Techniken hergestellt, und anschließend wurden für beide Materialien Stickstoffisothermen gesammelt. Die resultierenden Isothermen belegen die Gleichwertigkeit von Vakuum- und Durchflussentgasung.

Theorie

Typische Entgasungsoptionen sind Vakuum- oder Fließentgasung. Das Grundkonzept der Entgasung ist recht einfach. Das Probenmaterial wird in eine inerte Umgebung gebracht. Diese inerte Umgebung nutzt das chemische Potenzial und schafft einen günstigen Zustand für ein adsorbiertes Molekül, z. B. Wasser oder Kohlendioxid, damit es vom adsorbierten Zustand in die inerte Umgebung übergeht. Wir können diese Theorie begründen, indem wir von einer endlichen Konzentration adsorbierter Moleküle an der Oberfläche und einer Nullkonzentration in der inerten Umgebung ausgehen. Diese Annahme ermöglicht es uns, das Prinzip von Le Chatelier anzuwenden, das besagt, dass sich das Gleichgewicht verschieben muss. Daher werden die adsorbierten Moleküle ihre Konzentration ändern (desorbieren), um ein neues chemisches Gleichgewicht zu erreichen.

Um die Verlagerung des adsorbierten Moleküls in eine inerte Umgebung zu unterstützen, kann die Temperatur der Oberfläche erhöht werden. Durch die Erhöhung der Temperatur wird die Desorptionsrate erhöht. Daraus ergeben sich zwei wichtige Voraussetzungen für die Entgasung:

1. Inerte Umgebung - Wechsel von der
   adsorbierten Phase zur inerten.
2. Wärme - erhöhen Sie die Rate.

Vakuum- vs. Fließdegasverfahren

In der vorliegenden Studie gehen wir davon aus, dass die Temperatur mit verschiedenen Methoden geregelt werden kann und dass handelsübliche Temperaturregler wiederholbare Leistungen erbringen. Anstatt sich mit der Temperaturregelung zu befassen, wird in diesem Dokument das Thema der Vakuum- bzw. Strömungsentgasung untersucht.

1. Die Vakuumentgasung nutzt die Massenwirkung als einzige Methode zur Verschiebung des chemischen Gleichgewichts. Ein adsorbiertes Molekül hat eine Konzentration C auf der Oberfläche und einen vernachlässigbaren Druck P=0 in der Dampfphase. Der Druck wird nahe Null gehalten, da sich die Probe in einem Vakuum befindet. Die Erwärmung der Probe erhöht die Übertragungsrate von den adsorbierten Molekülen auf die inerte Umgebung.
2. Die fließende Entgasung nutzt ebenfalls die Massenwirkung durch ständige Inertisierung. Die desorbierten Moleküle werden durch den kontinuierlichen Inertgasstrom aus dem System gespült, und der Partialdruck der desorbierten Moleküle in einem Inertstrom nähert sich ähnlich wie bei der Vakuumtechnik dem Wert Null. Die Erwärmung der Probe erhöht ebenfalls die Desorptionsrate. Die Inertgas-Spülmethode hat jedoch noch eine weitere treibende Kraft.

So treffen beispielsweise Stickstoff- oder Heliummoleküle ständig auf die Oberfläche des Materials. Dabei wird der Impuls der auf die Oberfläche treffenden Moleküle auf adsorbierte Moleküle übertragen. Die Inertgasmethode hat den Vorteil, dass zusätzliche Energie zugeführt wird und dadurch die Entgasung schneller erfolgt.

Analyse

Ausgehend von diesen grundlegenden Vorgängen bei der Vakuum- und Fließentgasung können wir davon ausgehen, dass beide Techniken ein vergleichbares Ergebnis liefern. Ein amorphes Siliziumdioxid-Aluminiumoxid und mikroporöser Zeolith (13X) wurde verwendet, um die verschiedenen Entgasungsoptionen zu untersuchen, die den Benutzern von Gasadsorptionsgeräten zur Verfügung stehen.

Um die Leistungsfähigkeit beider Entgasungstechniken zu ermitteln, wurde eine Probe von Siliciumdioxid-Aluminiumoxid mit der in Tabelle 1 angegebenen Matrix aus Instrumenten und Entgasung hergestellt.

Es wurden Daten zur Stickstoffisotherme gesammelt, und die Ergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt. Diese einfache Studie
belegt die Gleichwertigkeit von Durchfluss- und Vakuumentgasungsoptionen für nicht mikroporöse Materialien.

Die Studie wurde dann erweitert, um die Verwendung von Durchfluss- und Vakuumentgasung zu untersuchen und den Nutzen einer sekundären Entgasung am Anschluss zu demonstrieren, um eine ultrareine Probe vor der Adsorptionsanalyse herzustellen.

Der mikroporöse Zeolith wurde ausgewählt, weil diese Materialien in der Lage sind, kleine Mengen an Streugas zu adsorbieren. Die Ergebnisse dieser Studie sind in Abbildung 2 dargestellt.

Die Isothermen, die mit Stickstoff und 13X ermittelt wurden, zeigen zwei klare Trends:

1. Die Durchflussentgasung oder die Vakuumentgasung in Kombination mit der On-port-Entgasung liefert die hochwertigste Isotherme.
2. Die Vakuumentgasung liefert nicht das gleiche hochwertige Ergebnis wie die Vakuumentgasung mit anschließender On-port-Entgasung.

Schlussfolgerung

Sowohl die Durchfluss- als auch die Vakuumentgasung bieten eine saubere Oberfläche für die Adsorption. Diese Schlussfolgerung ergibt sich aus dem Vergleich der Stickstoffisothermen, die auf einem amorphen Siliziumdioxid und dem 13X-Zeolith erhalten wurden. Die Entgasung am Anschluss sorgte für eine extrem saubere Probe ohne Streugas, schwach sorbierte Moleküle oder Moleküle, die diffusionsbeschränkt sind und sich nur schwer von der Oberfläche entfernen lassen. Durch die On-port-Entgasung wurde auch die Möglichkeit einer Verunreinigung durch den Transport der Probe von der Entgasung zur Analysestation ausgeschlossen.

Externe Probenvorbereitungseinheiten sind bei Micromeritics erhältlich:

FlowPrep 060 - Das FlowPrep wendet sowohl Wärme als auch einen Inertgasstrom auf die Probe an, um adsorbierte Verunreinigungen von der Oberfläche und aus den Poren zu entfernen. Mit sechs Entgasungsstationen können Sie bei diesem Probenvorbereitungsgerät die Temperatur, das Gas und die Durchflussrate wählen, die für Ihr Probenmaterial und Ihre Anwendung am besten geeignet sind. Nadelventile ermöglichen es dem Benutzer, das strömende Gas langsam einzuleiten, um eine Fluidisierung der Proben zu verhindern.

VacPrep 061 - Das VacPrep bietet zwei Methoden zur Entfernung adsorbierter Verunreinigungen. Zusätzlich zur Gasdurchströmung bietet dieses Probenvorbereitungsgerät ein Vakuum zur Probenvorbereitung durch Erhitzen und Evakuieren. Der VacPrep bietet dem Benutzer die Wahl zwischen Vakuum und Gasfluss an jeder der sechs Entgasungsstationen. Über Nadelventile kann der Benutzer das strömende Gas oder das Vakuum langsam einleiten, um eine Fluidisierung der Proben zu verhindern.

SmartPrep 065 - Beim SmartPrep wird ein Gasstrom bei erhöhter Temperatur über die Probe geleitet, um adsorbierte Verunreinigungen zu entfernen. Temperatur, Rampenraten und Einwirkzeiten werden an den sechs Entgasungsstationen individuell über einen Computer gesteuert. Dieses Probenvorbereitungsgerät verfügt über zwei serielle Schnittstellen, eine für den Anschluss an den Computer und die andere für den Anschluss an ein zusätzliches SmartPrep. Es sind bis zu fünf Rampen und Sickerphasen möglich. Alle Entgasungsinformationen werden zur späteren Verwendung in die Probendatei integriert.