密度を求めるために設計された装置を使用する代わりに、ガス吸着分析装置で測定した自由空間から密度を計算できないか、という質問がユーザーからよく寄せられます。このテク ノートでは、このような方法の可能性を探り、Micromeritics AccuPyc IIで得られた結果と比較します。
ガス吸着装置は、様々な圧力で吸着されたガスの量を測定します。この情報は、表面積と空隙率の計算に使用されます。サンプルに吸着するガスの量を決定するためには、システムはサンプルチューブ内でサンプルによって占有されていない利用可能な体積を決定する必要があります。一般的なガス吸着装置では、非吸着ガスであるヘリウムを用いて2回の測定を行うことで、この自由体積（自由空間とも呼ばれる）を確定します。周囲自由空間は常温下で測定され、分析自由空間は分析温度で測定されます。
試料の体積は、試料を入れた同じチューブの周囲自由空間から空 のチューブの周囲自由空間を差し引くことで推定できます。密度は、試料の質量を体積で割ることで算出できる。
ヘリウムピクノメーターも同様の方法で作動します。ピクノメーターの校正には、既知の体積を使用します。一般的には、球体や非多孔質セラミックで、形状が明確で、組成が既知で、熱膨張係数が既知のものを使用します。ピクノメーターの校正は、リファレンスチャンバーとボリュームチャンバーの体積を確定するために使用されます。次に試料を試料室に入れ、自由空間測定と同様の工程を経て、試料によって閉塞された試料室の容積を測定する。このプロセスを通常10サイクル繰り返し、被試験材の平均体積を測定する。
方法
このケーススタディでは、3/8インチと1/2インチの空の試料管について周囲自由空間を求めた。アルミナ、カーボンブラック、ステンレス鋼、タングステン、タングステンカーバイドについて分析を行い、周囲自由空間を測定した。試料は清浄度を確保するために適切に脱気され、計量された。表1に、周囲自由空間の値、試料の質量、計算された体積と密度を示す。
AccuPyc IIは、ボイルの法則を使用してサンプルの体積を計算します。リファレンスチャンバーとサンプルチャンバーの温度は、同じアルミニウムブロック内で、両方のチャンバーが同じ温度であるため、必要ありません。サンプルチャンバーは常圧以上に加圧され、分析ガスが細孔に押し込まれ、材料の正確な体積が得られます。平均試料体積を得るために、複数のサイクルが実行される。
サンプルはガス吸着サンプルチューブから取り出された後、AccuPycに入れられ、骨格密度を測定するために20℃で分析された。セル体積は5.7898 cm3、膨張体積は8.3778 cm3であった。表2は、AccuPycで得られた密度値と、自由空間減算法で得られた計算値との比較である。
結果
）の決定から算出したそれぞれの密度値。
概要
AccuPycで測定された密度は、予想値に非常に近かった。自由空間減算法で得られた値は、図1のように顕著に高かった。
密度を測定するために周囲自由空間を使用することは、一般的にこの目的での使用を想定していないため、従来とは異なるアプローチである。ガス吸着分析計の周囲自由空間測定は、大気圧以下で行われ、1回のみ実行されます。AccuPycは、サンプルチャンバーを大気圧以上に加圧し、ガスが表面に開いた孔に確実に入るようにし、このプロセスを複数回繰り返します。ガス吸着によって測定される周囲の自由空間は、ブランクとサンプルの両方が温度によって変動するため、誤差を最小限に抑えるには、空のチューブの自由空間とサンプルが存在する自由空間の両方を同じ周囲温度で取得する必要があります。AccuPyc測定は等温環境で記録されます。AccuPycは、熱伝導率の高い構造材料を使用しており、この設計原理により、正確な変位量測定に必要な安定した温度環境を提供します。
AccuPycは、サンプルがサンプルチャンバー内の利用可能な容積の大部分を占める場合に最適化されます。ガス吸着装置のサンプルチューブは、同等の容積を満たす必要がありますが、これは実用的でも推奨されるものでもありません。試料容積と自由空間容積の比は表3に示されている。これらの値は、表2に表示されているAccuPycで得られたセル体積に対するサンプル体積比よりもはるかに低い値です。
AccuPycは正確な密度結果を得るために設計されており、密度測定に最適化されていないガス吸着装置から得られる減算法よりも好ましい。
参考計算
アンビエント・フリースペースは以下の式で求められる：
どこ P1はサンプル管に注入する前のマニホールド圧力です、 P2はサンプル管への注入後のマニホールド圧力です、 Vmanはマニホールド容積です、 TSTD は標準温度（273.15 K）、そして Tmanはマニホールド温度である。
ボイルの法則
参考文献
- マイクロメリティクス・アルミナ標準物質、ロット SA5214-19001A
- マイクロメリティックス カーボンブラック 参考出品票 ロット D-4
