De nombreux matériaux microporeux, tels que les zéolithes et les charbons actifs, piègent et retiennent l'hélium dans leurs structures poreuses complexes pendant de nombreuses heures après avoir été exposés à l'hélium. L'hélium piégé dans les micropores peut interférer avec l'analyse à basse pression, provoquant une courbe en forme de "S" à l'extrémité inférieure de l'isotherme*. Pour cette raison, il est recommandé d'entrer les volumes d'espace libre chaud et froid lors des analyses de micropores, afin d'éviter l'exposition de l'échantillon à l'hélium. Deux techniques peuvent être utilisées pour déterminer les valeurs de l'espace libre chaud et froid.
La première méthode consiste à effectuer une brève analyse de l'échantillon après un dégazage partiel (un point de pression sans dosage incrémentiel), mais avant la préparation finale de l'échantillon. Mesurez l'espace libre au cours de cette analyse. Les valeurs mesurées de l'espace libre seront imprimées sur le rapport et pourront ensuite être introduites dans le fichier d'échantillon après une préparation plus approfondie de l'échantillon.
La seconde méthode, plus précise, nécessite un test préalable avec des tubes d'échantillonnage vides (analyse des tubes vierges) qui seront utilisés ultérieurement pour les analyses. Les données mesurées sur l'espace libre peuvent être utilisées par la suite pour chaque analyse effectuée à l'aide de ces tubes échantillons. Ce petit investissement initial permettra de gagner un temps considérable par la suite. Effectuez une analyse de tubes vides sur chaque tube d'échantillon que vous avez l'intention d'utiliser pour l'analyse des micropores.
Mesurer l'espace libre de chaque tube d'échantillonnage, en utilisant l'option de dosage à basse pression pour obtenir une isotherme complète avec le gaz d'analyse. Les recommandations suivantes doivent être suivies pour améliorer la qualité de vos analyses de micropore.
- Soyez cohérent dans l'utilisation des frittes de scellement ; par exemple, utilisez les mêmes frittes de scellement pour l'analyse que pour le test du tube vide.
- L'espace libre froid dépend de l'adsorbant et de la température du bain ; effectuer un essai pour chaque température de bain (par exemple, azote liquide, argon liquide ou autres) à utiliser.
- Le haut de la veste isotherme doit être dans la même position pour l'analyse de l'échantillon que pour le test du tube vide.
- Corriger les volumes d'espace libre obtenus à partir du tube vierge pour tenir compte du volume déplacé par l'échantillon.
* Se référer à la note d'application n° 105 pour des informations supplémentaires sur les effets de la rétention d'hélium dans les micropores.
Vous aurez besoin des éléments suivants pour effectuer l'analyse d'un tube vierge :
- Un tube d'échantillonnage propre
- Une fritte d'étanchéité
- Une veste isotherme
- Masse de l'échantillon par défaut de 1 gramme
L'analyse du tube vierge devrait être achevée en quatre heures environ. Il est important de suivre les recommandations normales pour le remplissage du dewar, telles qu'elles figurent dans le manuel de l'opérateur de l'instrument. Ne pas trop remplir le dewar, ce qui entraînerait des erreurs imprévisibles dans l'espace libre.
- Installez un tube d'échantillonnage propre avec une fritte d'étanchéité et une enveloppe isotherme ; n'utilisez pas de tige de remplissage*. Dégazer ensuite le tube à échantillon sur le port d'analyse pendant une heure à 250 °C.
- Créez un fichier d'échantillons et spécifiez les paramètres suivants :
| Préparation | Evacuation rapide Temps d'évacuation : 0,1 heure. |
| Espace libre | Mesure Abaisser le dewar pour l'évacuation Temps d'évacuation de 0,1 heure |
| Po et T | Mesurer P0 à intervalles réguliers pendant l'analyse. Calculer la température du bain d'analyse à partir de ces valeurs. Intervalle de mesure : 120 minutes. |
| Dosage | Incrément de volume maximum 3 cm3/g Tolérance de pression absolue 5 mmHg Tolérance de pression relative 5% Dose incrémentale de basse pression 3 cm3/g Délai d'équilibrage : Minimum 0 h, Maximum 999 h. |
| Équilibrage | Intervalle d'équilibrage : 10 secondes |
| Remblai | Remplissage de l'échantillon au début et à la fin de l'analyse ; azote pour le gaz de remplissage . |
| Tableau des pressions | Un seul point de 0,95 p/po. |
* Une tige de remplissage interfère avec les mesures de pression et limite la qualité des données sur les micropores. Aux basses pressions (inférieures à 10-3 de pression relative), la transpiration thermique devient un effet important. La transpiration thermique fait que la pression au niveau de l'échantillon (77 K) est nettement inférieure à la pression au niveau du transducteur (environ 300 K) ; la tige de remplissage empêche de calculer correctement la pression réelle.
3. Effectuez une analyse à blanc en utilisant le fichier d'échantillons que vous avez créé (étape 2). La figure 1 est un exemple d'analyse d'un tube vierge.
Si vous utilisez un bain cryogénique tel que l'azote liquide ou l'argon liquide, il est important d'optimiser les paramètres d'adsorption et les valeurs de l'espace libre (décrits à l'étape 4).
4. Dans le fichier d'échantillon pour l'analyse du tube vierge, cliquer sur l'onglet Adsorptive Properties. Dans cet exemple pour l'azote, réduire le facteur de non-idéalité d'environ 10 % de 6,2 * 10-5 à 5,7 * 10-5. Cela linéarise l'isotherme comme le montre la figure 2. Cette correction est utilisée pour compenser la partie du tube vide qui n'est pas à la température de l'azote liquide (77 K).
- Pour minimiser davantage l'erreur de blanc, ajoutez le volume à 0,95 P/P0 (figure 2) à l'espace libre froid. Dans cet exemple (figure 3), l'espace libre froid passe de la valeur mesurée de 89,0455 cm3/g à la valeur optimisée de 89,712 cm3/g. L'erreur de base est réduite à moins de ± 0,02 cm3/g.
6. Pour corriger le volume de l'échantillon, il faut soustraire la quantité de gaz déplacée par l'échantillon. Les calculs sont simples et sont donnés ici avec une brève explication de leur dérivation. N'oubliez pas d'utiliser les valeurs d'espace libre appropriées pour chaque température de bain utilisée et d'indiquer toutes les températures en Kelvin.
a. Calculer l'espace libre chaud :
où :
Vws = espace libre chaud calculé en présence de l'échantillon (cm3 standard)
Vwm = espace libre chaud mesuré pour le tube vide (cm3 standard)
ms = masse de l'échantillon à analyser (grammes)
ρs = densité réelle approximative de l'échantillon (grammes/cm3)
Tamb = température ambiante (Kelvin)
Tstd = température standard (273,15 Kelvin)
b. Calculer l'espace libre froid :
où :
Vcs = espace libre froid calculé en présence de l'échantillon (cm3 standard)
Vcm = espace libre froid mesuré pour le tube vide (cm3 standard)
ms = masse de l'échantillon à analyser (grammes)
ρs = densité réelle approximative de l'échantillon (grammes/cm3)
Tbath = température du bain (Kelvin)
Tstd = température standard (273,15 K)
- Dans le fichier échantillon de votre prochaine analyse, sélectionnez Enter Free Space et saisissez les valeurs calculées.
Exemple de calcul de l'espace libre
L'échantillon est constitué de 0,11 gramme de charbon actif d'une densité de 2,0000 g/cm3. La température ambiante est de 22 °C ou 295,15 K. Le tube d'analyse a été mesuré précédemment dans un bain d'azote. Les espaces libres chaud et froid mesurés sont respectivement de 28,3244 et 89,712 cm3 STP atm-1. L'analyse sera effectuée avec de l'azote à la température de l'azote liquide, 77,15 K.
L'espace libre chaud est calculé comme suit
L'espace libre froid est calculé comme suit
