Introducción

Las áreas superficiales específicas y las distribuciones del volumen de los poros se determinan a menudo mediante técnicas de adsorción de gases. Antes del análisis, debe eliminarse de la muestra cualquier gas adsorbido o fase de vapor (como agua u otros volátiles). Este proceso suele denominarse desgasificación de la muestra.

La desgasificación suele implicar el calentamiento de la muestra o el flujo de un gas inerte a través de la muestra durante la evacuación. En ambos casos, las moléculas que se desorben de la superficie de la muestra se eliminan del tubo de muestra. Tras la desgasificación, el tubo de muestra puede sellarse y retirarse en una de las siguientes condiciones:

• Bajo vacío utilizando el ^TranSealTM, un aparato que se inserta en el tubo de muestra. Está diseñado para cerrarse cuando se retira del puerto de desgasificación y abrirse automáticamente cuando se instala en el puerto de muestra, manteniendo un cierre hermético al vacío. Solicite el boletín de productos n.º 86 para obtener información adicional.
• Relleno, utilizando la frita de sellado o el tapón de goma suministrados en el kit de accesorios de su instrumento, o el TranSeal.

A menudo se utiliza nitrógeno como gas de relleno porque es fácil de conseguir, barato y funciona bastante bien para muchas aplicaciones. Sin embargo, el nitrógeno es inadecuado para materiales como el carbono y las muestras microporosas que contienen poros de menos de 2 nm de diámetro. Este tipo de materiales adsorben nitrógeno a temperatura ambiente. Y, puesto que el gas adsorbido es un tipo de contaminante que se desea eliminar durante la desgasificación, el uso de nitrógeno como gas de relleno anula parcialmente el propósito de la desgasificación. Obviamente, el nitrógeno no es un verdadero gas inerte cuando se trata de materiales microporosos.

Por lo tanto, para los materiales que tienden a adsorber nitrógeno, el helio es una mejor opción como gas de relleno. La adsorción de helio a temperatura ambiente es insignificante, incluso en los poros de alta energía de la mayoría de las muestras microporosas.

Hay algunos materiales muy microporosos en los que el helio (si se utiliza como gas de relleno) es extremadamente difícil de eliminar debido a la difusión. Su eliminación completa requiere un gran cuidado, así como tareas que requieren mucho tiempo. De lo contrario, su presencia puede distorsionar gravemente una isoterma de adsorción.

Para las muestras en las que ni el nitrógeno ni el helio son ideales, una transferencia sellada al vacío es el método más deseable para transferir la muestra al puerto de análisis.

Pesar el tubo de muestra rellenado

Si utiliza helio, recuerde que tiene un peso molecular inferior al del nitrógeno y, por lo tanto, es un gas menos denso. Cuando se coloca en una balanza de laboratorio, un tubo de muestra lleno de helio pesa menos que un tubo de muestra lleno de nitrógeno. Debe tenerse cuidado al pesar tubos que contengan muestras desgasificadas rellenadas con helio.

Normalmente, el peso de la muestra se determina (1) pesando el tubo de muestra vacío, (2) pesando el tubo después de añadir la muestra y (3) calculando la diferencia entre ambos. El tubo debe llenarse con el mismo gas las dos veces que se pesa (con y sin la muestra). De lo contrario, habrá un error en el peso de la muestra debido a la flotabilidad creada por la diferencia de densidad entre los dos gases. El error es insignificante cuando la diferencia de densidad es pequeña, como entre el aire y el nitrógeno. Sin embargo, la diferencia de densidad entre el helio y el nitrógeno puede ser bastante notable. Por ejemplo, si utiliza nitrógeno para pesar el tubo de muestra vacío y helio para pesar el tubo de muestra con muestra, puede obtener un error de hasta 0,02 gramos. A menudo sólo se utilizan 0,2 gramos de muestra cuando se analizan microporos; por lo tanto, un error de 0,02 gramos representa un error del 10% en el peso de la muestra.

Hay dos métodos para evitar este problema.

Método 1:

1. Evacúe el tubo de muestra vacío en uno de los puertos de desgasificación; a continuación, rellene con helio.
2. Tapar rápidamente el tubo de muestra para evitar la pérdida de helio.
3. Pesar el tubo de muestra vacío.
4. Añada la muestra al tubo de muestra; a continuación, desgasifique el tubo.
5. Pesar el tubo que contiene la muestra (rellenado con helio).
6. Restar el peso del tubo vacío (paso 3) del peso del tubo que contiene la muestra (paso 5) para obtener el peso de la muestra.

Nota:

Este método debe utilizarse con muestras analizadas en los analizadores de microporos de la serie ASAP 20xx si se conecta helio a la entrada de relleno.

Método 2:

1. Pesar el tubo de muestra vacío que contiene aire.
2. Añadir la muestra al tubo; a continuación, desgasificar y rellenar con helio.
3. Pesar el tubo que contiene la muestra.
4. Reste el peso del tubo vacío (paso 1) del peso del tubo que contiene la muestra (paso 3) para obtener el peso de la muestra. Recuerde que este peso puede ser incorrecto hasta en 0,02 gramos. Al final del análisis:
5. Vuelva a pesar la muestra y el tubo, ya que el tubo se llena de nitrógeno (gas de análisis) al finalizar el análisis.
6. Restar el peso del tubo vacío (paso 1) del peso de la muestra más el tubo después del análisis.
7. Introduzca el peso corregido de la muestra (paso 6) y genere el informe de análisis.

El peso real de la muestra está ligeramente sobreestimado por este segundo método. Será incorrecto por el peso del nitrógeno adsorbido en la superficie al final del análisis. (Recuerde que el helio se utiliza como gas de relleno debido a la adsorción de nitrógeno a temperatura ambiente). El peso del nitrógeno adsorbido es proporcional al peso de la muestra analizada. Utilizar más muestra no reduce el efecto de este error.

Aunque el primer método de pesaje es más preciso que el segundo, es más difícil de realizar. En algunas aplicaciones, la mejora de la precisión merece la inversión de tiempo adicional. En otras, el tiempo puede ser más importante que la pequeña mejora en la precisión del pesaje. En cualquier caso, nunca reste los pesos de los tubos llenos de nitrógeno de los pesos de las muestras llenas de helio más los tubos, a menos que se esté analizando una cantidad de muestra tal que sea aceptable un error de peso de 0,02 gramos.