ヘリウムは理想的な挙動を示すため、ピクノメトリーで最も使用されるガスであるが、ヘリウムを他のガスで代用できる場合もある。ヘリウムは表面から閉じた孔に浸透する能力があり、一部の有機物やマイクロポーラスカーボンと相互作用する。窒素は2番目に一般的なガスだが、これも特定の物質と相互作用する。六フッ化硫黄やメタンのような大きな分子は、密度を計算する際に、非常に小さな孔の体積を体積結果に含めるために使用することができる。

骨格密度の測定は、試料の質量を骨格体積で割ることで得られます。10^cm3AccuPycで骨格体積を求める式は次式で与えられます：

ここで、_Vfは充填容積、_Veは膨張容積であり、これらは校正中に測定される。これらの値は、選択されたガスに固有であり、このガス、温度、充填圧力の組み合わせを使用している間は一定です。AccuPycは、サンプルチャンバーを指定の圧力まで加圧します。ガスが平衡化し、_P2が決定されます。サンプルチャンバーと膨張チャンバーの間にある膨張バルブが開き、サンプルチャンバーにあるガスが膨張チャンバーに流れ込み、圧力が低下します。ガスが平衡化すると、_P2が決定されます。

_P1の測定中に気体が材料と相互作用すると、圧力測定値が低下し、サンプル量がマイナスになることがあります。この相互作用は通常、吸着または浸透のいずれかです。

_P1または_P2データを収集する前に、圧力が平衡に達する必要があります。デフォルトの平衡化速度は0.005 psig/minで、最初はすべてのサンプルに使用されました。サンプルがデフォルトの速度で平衡化できない場合は、モニターされた圧力変化に基づいて速度が選択されました。平衡化速度が得られない理由としては、拡散、材料と相互作用するガス、材料のアウトガス、液体による蒸気圧などが考えられます。

7種類の素材を分析するために7種類のガスが使われた。使用されたガスは、ヘリウム、窒素、アルゴン、二酸化炭素、乾燥空気、六フッ化硫黄、メタンである。これらのガスを用いて分析されたサンプルは、金属球、アルミナ、バッテリーセパレーター、カーボンブラック、5A、イブプロフェン、水であった。

金属球

金属球は非多孔性の炭化タングステン合金で、ピクノメーターのファイリングと膨張量の校正に使用される。異なるガスを用いた分析結果を表1に示す。唯一の顕著な違いは、二酸化炭素の分析時間が長かったことである。

アルミナ

アルミナ触媒担体の結果を表2に示す。二酸化炭素と六フッ化硫黄で測定した結果、体積はマイナスとなった。測定体積が負の場合、密度は計算されない。そのような分析結果は、表中では「該当なし」で示されている。負の体積の測定についてはさらに下で説明する。残りのガスの密度結果はヘリウムより高く、おそらく試料との相互作用によるものであろう。

バッテリーセパレーター

セルガードH1612 16 µm三層微多孔膜の結果を表3に示す。二酸化炭素、六フッ化硫黄、メタンが材料と相互作用し、より高い密度値を引き起こしたようである。

カーボンブラック

二酸化炭素、六フッ化硫黄、メタンが試料と相互作用したようだ。

5A

5Aモレキュラーシーブの結果を表5に示す。ヘリウムと六フッ化硫黄だけが正常に作動し、他のガスは負の体積を測定した。小さなヘリウム分子は材料の小さな孔にアクセスでき、妥当な結果が得られたが、非常に高い六フッ化硫黄の結果は、測定された体積が負とまではいかないものの、非常に小さいという分析上の問題を示していた。

イブプロフェン

ジェネリック・ブランドのイブプロフェンの結果を表6に示す。結果はどのガスでも同様であった。

水

0.1µmまでろ過した脱イオン水の結果を表7に示す。結果はどのガスでも同様であった。

負のボリュームの獲得

10^cm3のAccuPycは、最初にサンプルチャンバーを加圧し、圧力平衡に達した後、ガスを膨張チャンバー内に膨張させます。不活性ガスを使用する場合、初期圧力（_P1）の読み取り値は、入力された充填圧力に非常に近くなります。膨張バルブが開き、2つのチャンバー間でガスが平衡化し、圧力が低下します。最終圧力（_P2）の読み取り値は、平衡化後に収集されます。

気体が材料と相互作用すると、圧力が平衡化する前に気体が材料にゆっくりと吸着するため、_P1の圧力測定値は予想より低くなります。膨張バルブが開くと、ガスは2つのチャンバー間で平衡化します。第二のチャンバーによって加えられた体積の増加により、圧力が低下します。吸着していたガスが脱離し始める。これにより、_P2が予想より高くなる。圧力測定値のこれら2つの予期せぬ値により、容積が負になる。

5Aのヘリウムと窒素の圧力測定値を比較して、圧力値の違いを示すことができる。充填圧力は19.5 psigを使用しました。ヘリウムの_P1測定値は19.756 psig、窒素は18.906 psigです。については、ヘリウムは10.350 psig、窒素は15.367 psigであった。ヘリウムで得られた体積は2.5245 cm³、窒素は-24.6783^cm3。

この効果が吸着によるものであることを証明するため、高圧容積分析装置（HPVA）を用いて、5Aサンプルの窒素分析を室温で行った。測定された等温線をプロット1に示す。前述の条件下で窒素が吸着・脱離することは明らかである。

結論

選択したガスが目的の細孔に入ることができ、材料と相互作用しなければ、ガスの選択は重要ではないようだ。このことは、金属球、イブプロフェン、水のサンプルに様々なガスを使用して得られたデータに基づいて証明されている。これは大半の材料には当てはまらないため、使用するガスを決定する際には注意が必要である。