Viele mikroporöse Materialien (wie Kohlenstoffe, Zeolithe und Molekularsiebe) halten Helium in ihren Porenstrukturen zurück, nachdem sie Helium ausgesetzt wurden. Das Helium dringt tief in die Poren ein und braucht lange Zeit, um aus dem Material zu diffundieren.
Es wurde eine Studie durchgeführt, in der Analysen auf einem mikroporösen Kohlenstofftuch durchgeführt wurden, das eine typische Heliumretention aufweist. Die isothermen Beispiele in diesem Anwendungshinweis zeigen, wie sich die Verwendung unterschiedlicher Laufbedingungen auswirkt, um den Helium-Retentionseffekt zu eliminieren oder zu minimieren.
Bei den Analysen wurden die folgenden Bedingungen zugrunde gelegt:
- Die Proben wurden vor der Analyse fünf Stunden lang bei 250 °C entgast.
- Stickstoff adsorptiv bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff
- Ähnliche Laufbedingungen für alle Analysen
- Niederdruck-Dosierung (MicroDose) von 6 cm3/g STP
Die abgebildeten Muster sind:
- JACARB1.SMP - Analysiert mit Eintritt in den freien Raum (keine Exposition gegenüber Helium vor der Analyse)
- JACARB2.SMP - Freiraum gemessen mit Helium; evakuiert ohne Absenken des Dewars nach Freiraum
- JACARB3.SMP - Freiraum gemessen mit Helium; evakuiert für 30 Minuten mit abgesenktem Dewar nach Freiraum
- JACARB4.SMP - Freiraum gemessen mit Helium; evakuiert für fünf Stunden mit Dewar nach Freiraum abgesenkt
Die Isotherme dieser Abbildung wurde nach der Entgasung der Probe und unter Verwendung eines eingegebenen freien Raums ermittelt. Daher wurde die Probe vor der Analyse nicht mit Helium beaufschlagt. Wie man sieht, haben sich die ersten 6 cm3/g MicroDose bei einem Druck im Bereich von 10-7 P/Po ausgeglichen. Da vor der Analyse keine Heliumexposition stattfand, verlief die Analyse normal und lieferte ausgezeichnete Niederdruckdaten.
Diese Isotherme ist das Ergebnis einer Analyse, bei der der freie Raum gemessen wurde. Die Probe wurde nach der Freiraummessung evakuiert, der Dewar wurde jedoch nicht abgesenkt. Es ist festzustellen, dass das aus der Probe diffundierende Helium den Druck erhöht, bei dem die ersten drei Punkte im Gleichgewicht sind. Bei den nächsten sechs Punkten wurde das aus der Probe diffundierende Helium immer weniger. Nach etwa 12 Punkten schlossen sich die Punkte wieder der eigentlichen Isotherme an und wurden nicht mehr durch Resthelium beeinflusst.
Diese Isotherme wurde erfasst, nachdem die Probe während der Freiraummessung Helium ausgesetzt war. Die Probe wurde 30 Minuten lang evakuiert und dann wurde der Dewar abgesenkt. Wie man sieht, reichte die 30-minütige Evakuierungszeit nicht aus, um das Helium vollständig aus der Probenstruktur zu entfernen. Die erste MicroDose betrug wiederum 6 cm3/g, aber der erste Punkt equilibrierte im Bereich von 10-6 P/Po, einem höheren Druck als die erste equilibrierte Dosis bei der JACARB1-Analyse.
Diese Isotherme wurde erhalten, nachdem die Probe mit einem gemessenen Freiraum analysiert worden war. Diesmal wurde der Dewar jedoch nach der Freiraummessung und einer Evakuierung von fünf Stunden abgesenkt. Die erste MicroDose von 6 cm3/g pendelte sich ebenso wie die Probe in Abbildung 1 (nicht heliumexponiert) im 10-7-Bereich ein. Diese Isotherme ist noch leicht durch eine geringe Diffusion von Helium aus der Probe beeinflusst. Nach nur etwa sechs Punkten wurde der durch das Helium verursachte Partialdruck unbedeutend, und die ausgeglichenen Punkte bildeten wieder die normale Isotherme.
In dieser Abbildung sind alle Isothermen zum Vergleich überlagert. Es wird deutlich, dass die Isothermen, die nach der Einwirkung von Helium auf die Probe ermittelt wurden, durch den geringen Partialdruck, der durch das aus der Probe diffundierende Helium im Niederdruckbereich entsteht, beeinträchtigt werden. Diese Beeinträchtigung kann durch die Verwendung der Funktion "Entered Free Space" (Eintritt in den freien Raum) der ASAP-Software vollständig beseitigt werden, um jegliche Exposition der Probe gegenüber Helium zu vermeiden. Es ist auch zu erkennen, dass mit zunehmender Dauer der Evakuierung nach der Heliumexposition die in der Probe verbleibende Heliummenge abnimmt. Aber selbst nach fünfstündiger Evakuierung bei Raumtemperatur gibt es immer noch eine leichte Beeinträchtigung durch das Helium. Die niedrigsten Druckpunkte liegen im Bereich von 0,1 mmHg, so dass nur ein geringer Druckbeitrag von Helium erforderlich ist, um die Gleichgewichtsdrücke negativ zu beeinflussen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beste Methode, um den negativen Auswirkungen der Heliumdiffusion entgegenzuwirken, darin besteht, die Exposition mikroporöser Proben gegenüber Helium zu vermeiden. Die Verwendung der Option Freier Raum* der ASAP-Software führt zu schnelleren Analysezeiten, da keine Zeit für die Evakuierung des Heliums nach der Freiraummessung verloren geht. Diese Funktion ist außerdem einfach zu bedienen, bequem und äußerst effektiv.
* Siehe Anwendungshinweis Nr. 104 für Informationen zur Minimierung von Heliumeffekten bei der Durchführung von Analysen an mikroporösen Materialien.
