제올라이트 및 활성탄과 같은 많은 미세 다공성 물질은 헬륨에 노출된 후 수 시간 동안 복잡한 기공 구조에 헬륨을 가두어 보유합니다. 미세 기공에 갇힌 헬륨은 저압에서 분석을 방해하여 등온선*의 하단에서 "S자형" 곡선을 유발할 수 있습니다. 따라서 미세 기공 분석을 수행할 때는 시료가 헬륨에 노출되지 않도록 따뜻한 공간과 차가운 공간의 부피를 입력하는 것이 좋습니다. 두 가지 기법을 사용하여 따뜻하고 차가운 자유 공간 값을 결정할 수 있습니다.
첫 번째 방법은 부분 가스 제거(증분 주입 없이 하나의 압력 포인트) 후 최종 시료 준비 전에 시료에 대한 짧은 분석을 수행하는 것입니다. 이 분석 중에 여유 공간을 측정합니다. 측정된 자유 공간 값은 보고서에 인쇄되며, 보다 철저한 시료 전처리 후 시료 파일에 입력할 수 있습니다.
두 번째, 더 정밀한 방법은 나중에 분석에 사용할 빈 시료 튜브로 사전 테스트(빈 튜브 분석)를 해야 합니다. 측정된 자유 공간 데이터는 이후 이 샘플 튜브를 사용하여 수행하는 모든 분석에 사용할 수 있습니다. 이 작은 초기 시간 투자로 나중에 상당한 시간을 절약할 수 있습니다. 미세 기공 분석에 사용하려는 각 시료 튜브에 대해 빈 튜브 분석을 수행합니다.
저압 주입 옵션을 사용하여 각 시료 튜브의 여유 공간을 측정하여 분석 가스로 전체 등온선을 얻습니다. 미세 기공 분석의 품질을 개선하려면 다음 권장 사항을 따라야 합니다.
- 예를 들어, 빈 튜브 테스트와 동일한 씰 프릿을 분석에 사용하는 등 일관성 있게 씰 프릿을 사용하세요.
- 저온 여유 공간은 흡착제 및 수조 온도에 따라 달라지므로 사용할 수조 온도(예: 액체 질소, 액체 아르곤 등)별로 테스트를 수행합니다.
- 등온 재킷의 상단은 빈 튜브 테스트와 마찬가지로 시료 분석을 위해 동일한 위치에 있어야 합니다.
- 빈 튜브에서 얻은 여유 공간 부피를 샘플에 의해 변위된 부피로 수정합니다.
* 미세 기공의 헬륨 보유 효과에 대한 자세한 내용은 애플리케이션 노트 105번을 참조하세요.
빈 튜브 분석을 수행하려면 다음이 필요합니다:
- 깨끗한 샘플 튜브
- 씰 프릿
- 등온 재킷
- 기본 시료 질량 1g
빈 튜브 분석은 약 4시간 이내에 완료되어야 합니다. 기기 사용 설명서에 제공된 듀어 충진에 대한 일반적인 권장 사항을 따르는 것이 중요합니다. 듀어를 과도하게 채우면 예측할 수 없는 여유 공간 오류가 발생할 수 있습니다.
- 깨끗한 시료 튜브에 씰 프릿과 등온 재킷을 장착하고 필러 로드*를 사용하지 않습니다. 그런 다음 분석 포트에 있는 시료 튜브를 250°C에서 1시간 동안 가스 제거합니다.
- 샘플 파일을 만들고 다음 매개변수를 지정합니다:
| 준비 | 빠른 대피 대피 시간: 0.1시간. |
| 여유 공간 | 측정 대피용 하부 듀어 대피 시간 0.1시간 |
| Po와 T | 이 값으로부터 분석조 온도를 계산합니다. 측정 간격: 120분. |
| 복용량 | 최대 체적 증분 3 cm3/g 절대 압력 허용 오차 5mmHg 상대 압력 허용 오차 5% 저압 증분 용량 3 cm3/g 평형화 지연: 최소 0시간, 최대 999시간. |
| 평준화 | 보정 간격: 10초 |
| 백필 | 분석 시작 및 종료 시 백필 샘플, 백필용 질소 가스. |
| 압력 표 | 0.95p/포의 단일 포인트입니다. |
* 필러 막대는 압력 측정을 방해하고 미세 기공 데이터의 품질을 제한합니다. 낮은 압력(상대 압력 10-3 미만)에서는 열 증발이 중요한 영향을 미칩니다. 열 투과로 인해 시료의 압력(77K)이 트랜스듀서의 압력(약 300K)보다 현저히 낮아지고 필러 막대가 실제 압력을 제대로 계산하지 못하게 합니다.
3. 생성한 샘플 파일을 사용하여 블랭크 튜브 분석을 수행합니다(2단계). 그림 1은 블랭크 튜브 분석의 예입니다.
액체 질소 또는 액체 아르곤과 같은 극저온 수조를 사용하는 경우 흡착 파라미터와 자유 공간 값을 최적화하는 것이 중요합니다(4단계에 설명되어 있음).
4. 블랭크 튜브 분석용 샘플 파일에서 흡착 특성 탭을 클릭합니다. 질소에 대한 이 예에서는 비이상성 계수를 6.2 * 10-5에서 5.7 * 10-5로 약 10% 줄입니다. 이렇게 하면 그림 2와 같이 등온선이 선형화됩니다. 이 보정은 빈 튜브에서 액체 질소 온도(77K)가 아닌 부분을 보정하는 데 사용됩니다.
- 공백 오차를 더욱 최소화하려면 0.95 P/P0(그림 2)의 부피를 냉간 여유 공간에 추가합니다. 이 예(그림 3)에서 냉간 여유 공간은 측정값인 89.0455cm3/g에서 최적화된 값인 89.712cm3/g으로 증가합니다. 기준 오차는 ± 0.02cm3/g 미만으로 감소합니다.
6. 시료 부피를 보정하려면 시료에 의해 변위된 기체의 양을 빼세요. 계산은 간단하며 여기에는 계산에 대한 간략한 설명이 나와 있습니다. 사용된 각 수조 온도에 대해 적절한 자유 공간 값을 사용하고 모든 온도를 켈빈으로 표시하는 것을 잊지 마세요.
a. 따뜻한 여유 공간을 계산합니다:
참고:
Vws = 시료가 있는 상태에서 계산된 온열 여유 공간(표준 cm3)
Vwm = 빈 튜브에서 측정된 온열 여유 공간(표준 cm3)
ms = 분석할 시료의 질량(그램)
ρs = 대략적인 시료 진밀도(그램/cm3)
Tamb = 주변 온도(켈빈)
Tstd = 표준 온도(273.15 켈빈)
b. 콜드 여유 공간을 계산합니다:
참고:
Vcs = 시료가 있는 상태에서 계산된 냉간 자유 공간(표준 cm3)
Vcm = 빈 튜브에서 측정된 냉간 자유 공간(표준 cm3)
ms = 분석할 시료의 질량(그램)
ρs = 대략적인 시료 진밀도(그램/cm3)
Tbath = 욕조 온도(켈빈)
Tstd = 표준 온도(273.15K)
- 다음 분석을 위한 샘플 파일에서 여유 공간 입력을 선택하고 계산된 값을 입력합니다.
여유 공간 계산 예시
샘플은 밀도 2.0000g/cm3의 활성탄 0.11그램입니다. 실온은 22°C 또는 295.15K이며 분석 튜브는 이전에 질소 배스에서 측정한 적이 있습니다. 측정된 온수 및 냉수 자유 공간은 각각 28.3244 및 89.712 cm3 STP atm-1입니다. 분석은 액체 질소 온도인 77.15 K에서 질소를 사용하여 수행됩니다.
따뜻한 여유 공간은 다음과 같이 계산됩니다:
콜드 여유 공간은 다음과 같이 계산됩니다:
