Pro jednoduchou, rychlou a vysoce přesnou charakterizaci porézních materiálů
Vynikající vlastnosti přístroje BELSORP MINI X společnosti Microtrac vedou k opakovatelnosti na světové úrovni a k výraznému zkrácení doby měření. MINI X je vybaven až 4 porty pro měření vzorků a novými funkcemi s vysokou propustností včetně ovládání více zařízení.
BELSORP MINI X je pečlivě navržen tak, aby měřil specifický povrch, distribuci velikosti pórů a objem pórů s mimořádnou přesností. Je vybaven speciálními tlakovými senzory na každém portu pro měření vzorku a vyhrazeným portem pro tlak nasycených par, což umožňuje zcela nezávislá simultánní měření. Nový měřicí software zvyšuje produktivitu uživatele tím, že zjednodušuje postupy měření pomocí pokynů krok za krokem v softwaru, zobrazuje průběh měření a odesílá výsledky měření e-mailem. V závislosti na průchodnosti vzorku jsou nabízeny modely A se 3 a 4 porty. Nový analytický software (BELMASTERTM) navíc umožňuje strukturní hodnocení širšího spektra materiálů než dosud.
Specifický povrch BET od 0,01 m2/g ~ (N2) a distribuce velikosti pórů od 0,7 ~ 500 nm (možnost: 0,35 ~ 500 nm metodou molekulární sondy).
Současné měření více vzorků
Současně lze měřit až 4 vzorky, což umožňuje výrazně zkrátit dobu měření více vzorků.
Více možností měření
Tento přístroj spojuje vysoce přesná měření s několika vysoce výkonnými režimy (např. režim Quick BET, Optimalizace dávkování plynu). Lze jej flexibilně používat v závislosti na potřebách zákazníka, zatímco integrované pokyny krok za krokem usnadňují používání i nezkušeným uživatelům.
Snadné použití: Jednoduché nastavení měřicího softwaru
BELSORP MINI X je plně automatický měřicí systém, který umožňuje uživateli snadno nastavit podmínky měření pomocí jednoduchého režimu. Tento režim umožňuje přesné měření s minimem informací o vzorku (např. podmínky předúpravy a rozsah měření). To je užitečné zejména u neznámých materiálů. Podrobné konfigurace měření mohou zkušení uživatelé nastavit v režimu Professional. Tento systém umožňuje každému snadno získat přesné výsledky měření.
Optimalizace dávkování plynu (GDO)
Jednoduchý režim zahrnuje možnost Optimalizace dávkování plynu (GDO), která automaticky vypočítá optimální množství dávkovaného plynu na základě výsledků předchozích měření. Pomocí této funkce lze spolehlivě získat požadované hodnoty měření a výrazně zkrátit dobu měření.
1. Load an existing isotherm | 2. Display of expected isotherm | 3. Input of measurement range | 4. Automatic optimization of conditions such as gas introduction volume |
Inovativní měření ve volném prostoru pro nejvyšší přesnost (AFSMTM)
S AFSMTM, již není nutná kontrola hladiny kapalného chladiva (např. kapalného dusíku nebo argonu). Místo toho jsme použili naši průkopnickou metodu kontinuálního měření ve volném prostoru, patentovanou metodu pokročilého měření ve volném prostoru (AFSMTM). Tato metoda dosáhla nejvyšší reprodukovatelnosti díky použití referenční cely (prázdná cela pro vzorek; stejný typ cely pro vzorek používaný k měření), která sleduje sekundové změny volného prostoru. Náš přístroj určuje počáteční volný prostor buňky vzorku a referenční buňky. Protože změna volného prostoru je v obou buňkách stejná (stejné podmínky prostředí), lze změnu volného prostoru průběžně sledovat pomocí změny tlaku v referenční buňce. Lze zohlednit kolísání volného prostoru způsobené faktory prostředí:
1. Room temeprature change | 2. Pref | 3. Psmp | 4. Intial pressure | 5. The sample tube temperature changes due to the change of LN2 level | 6. Liquid nitrogen temperature changes due to oxygen dissolution | 7. AFSM | 8. Sample
Měření adsorpce bez použití plynného helia (AFSMTM2)
V prvním kroku se provede měření volného prostoru pro prázdnou vzorkovací celu a prázdnou referenční celu s adsorpčním plynem při příslušné adsorpční teplotě. Poté lze adsorpční měření provést s využitím obou buněk bez použití plynného helia. Jelikož jsou změny volného prostoru pro obě buňky stejné, lze za stejných podmínek měření získat výsledky měření za kratší dobu. Není třeba provádět časově náročné operace, jako je udržování konstantní hladiny kapaliny chladicího média mezi měřením slepého vzorku a měřením adsorpce volného prostoru.
1. Reference cell for measuring fluctuations within free space continously | 2. Reference cell | 3. Sample cell | 4. Liquid level 1 | 5. Liquid level 2
AFSM (He-based method)
AFSM2 (He-free method): Step 1 --> 4 --> 7 --> 8 --> 9
Kompaktní a lehký
Úplnou optimalizací a racionalizací materiálů se nám podařilo snížit velikost a hmotnost zařízení.
Volitelná předběžná úprava vzorků na měřicím portu
Pro přesné měření adsorpce je nutná předběžná úprava vzorků. Předúprava (často nazývaná aktivační proces) se obvykle provádí působením vakua za tepla, aby se z povrchu materiálu odstranily molekuly adsorbovaného plynu a/nebo vody, aniž by se ovlivnila struktura vzorku (zabránilo se denaturaci). Microtrac nabízí dvě možnosti předběžné úpravy vzorku. Zaprvé ji lze provádět externě pomocí zařízení BELPREP VAC II nebo VAC III, což se obvykle upřednostňuje pro zvýšení průchodnosti vzorku. Alternativně lze aktivaci provést přímo na měřicím portu BELSORP MINI X pomocí ohřívače (viz seznam příslušenství). Pomocí příslušenství ohřívače se lze vyhnout přenosu z externího zařízení pro předběžnou úpravu do měřicího portu, což je důležitá možnost pro citlivé (např. hydrofilní) vzorky.
Analýza dat
Analytický software BELMASTER umožňuje uživatelům získat širokou škálu výsledků analýz pomocí operací, jako je zobrazení adsorpčních/desorpčních izoterem, vyhodnocení specifických povrchů pomocí metody BET atd., vyhodnocení objemů pórů (od ultra-mikropórů po mezo- a makropóry) pomocí metody t-plot nebo αS. Dále je možné provádět analýzu mezopórů pomocí metod DH a BJH, analýzu mikropórů pomocí metod HK nebo SF nebo volitelně analýzu GCMC / NLDFT. Ještě více možností analýzy nabízí náš analytický software BELMASTER.
Společnost Microtrac nabízí různé příslušenství pro celou řadu produktů pro adsorpci plynů a par.
Standardní spotřební materiál zahrnuje vzorkovací cely, plnicí tyčinky, filtry, O-kroužky, uzávěry a vážicí plošiny. K dispozici jsou také různé velikosti vzorkovacích cel, rychlotěsnění a další volitelný spotřební materiál.
Vodní lázeň pro měření teplot od -10 °C do 70 °C. Je zapotřebí chlazené/vyhřívané oběhové čerpadlo.
Předúprava vzorku z 50 °C na 450 °C. Díky této možnosti lze vzorky předupravit přímo na měřicím portu. Po procesu předúpravy tedy není nutné přenášet vzorkovací celu (např. u citlivých vzorků).
Volič plynu umožňuje připojení až 4 adsorpčních plynů současně (1 x helium + 4 x adsorpční).
Analyzátory společnosti Microtrac pro měření specifického povrchu BET a distribuce velikosti pórů se používají v různých oblastech. Patří mezi ně katalyzátory, baterie, vlákna, polymerní materiály, zeolity, palivové články, chemikálie, pigmenty, kosmetika, MOF/PCP, magnetické prášky, separační membrány, filtry, tonery, cement, keramika, polovodiče a mnoho dalších.
Principy měření objemové sorpce jsou vysvětleny v naší znalostní databázi:
| Princip měření | Objemová metoda + AFSM ™ |
| Adsorpční plyn | Dusík (N2), argon (Ar), metan (CH4), etan (C2H6), oxid uhličitý (CO2), vodík (H2), n-butan (n-C4H10), izobutan (izo-C4H10) a další nekorozivní plyny. |
| Plynové porty | 2 porty (max. 5 portů) |
| Počet měření (režim vysoké přesnosti) | Max. 4 porty současně (3 porty v režimu vysoké přesnosti) |
| Rozsah měření (povrch) | 0,01 m2/g a více (N2) (v závislosti na hustotě vzorku) |
| Rozdělení velikosti pórů (průměr) | 0,7 - 500 nm, možnost: 0,35 nm metodou molekulární sondy. |
| Nízkotlaká izoterma | p/p0 = 10^-4 (N2 @77K, Ar @87K) |
| Převodník tlaku | 133 kPa (1000 Torr) x 6 jednotek |
| Vakuový měřič / pumpa | Rotační čerpadlo |
| Trubice na vzorky | Standardní trubice, cca 1,8 cm3 (volitelně: 5 cm3) |
| Dewarova nádoba | Objem: 2 l Doba udržení: 30 h |
| Ohřívač předúpravy | 50 - 450°C (4 porty) |
| Vodní lázeň | -10 - 70 °C (4 porty) |
| Software pro analýzu BELMaster™ 7 | Adsorpční izoterma, specifický povrch BET typu I (ISO9277), automatická analýza BET, specifický povrch Langmuir, metoda BJH, DH, CI, INNES. |
| Software pro analýzu BELMaster™ 7 cont. | t-plot, NLDFT / GCMC (OP BELSim™), MP metoda, Dubinin-Astakhovova metoda, Molekulární sonda, as-plot |
| Rozměry (Š x V x H) | 280 x 650 x 465 mm (bez vakuové pumpy a počítače) |
| Váha (hlavní část) | 38 kg (bez vakuové pumpy a PC) |
| Užitné vybavení - plyn | He, N2 (čistota 99,999 % nebo vyšší), 0,1 ± 0,02 MPa, spoj: 1/8" Swagelok výfuk: Výfukový otvor rotační pumpy, ø 11 mm |
| Užitné vybavení - elektrický pohon | Jednofázový, AC 100~240 V (50 / 60 Hz) / 10 A (včetně R.P.), 50 / 60 Hz |
| Certifikát CE | ano |
| Doporučený monitor | Monitory s rozlišením Full HD |
Software klade nejvyšší důraz na zjednodušení obsluhy a je vybaven mnoha funkcemi pro zvýšení produktivity práce. Protože přístroje BELSORP nabízejí mnoho funkcí a možností, je stále důležitější zjednodušit jejich používání. Náš software vás povede krok za krokem při provádění několika postupů, např. provádění měření, výměna plynové lahve, proplachování rozdělovače atd. Tato uživatelsky přívětivá funkce zpřístupňuje přístroj i nezkušeným uživatelům. V závislosti na úrovni uživatelských zkušeností jsou nabízeny dva režimy, a to jednoduchý režim a profesionální režim. Jednoduchý režim umožňuje snadnou obsluhu zadáním informací o vzorku, výběrem podmínek předběžné úpravy (lze vynechat, pokud se provádí externě) a rozsahu měření. Proto je ideální pro méně zkušené uživatele a/nebo pro měření neznámých vzorků. Pokud je k dispozici předchozí měření se srovnatelným sorpčním chováním, lze použít funkci GDO a zkrátit tak dobu měření. Profesionální režim dále nabízí podrobné možnosti konfigurace, např. nastavení dávkování, kritéria rovnováhy, možnost kontroly těsnosti atd.
Sorpční izoterma je definována jako vztah mezi adsorbovaným množstvím na adsorbentu a rovnovážným tlakem adsorbovaného plynu - obvykle vztaženým k tlaku nasycených par - při konstantní teplotě. Izoterma sorpce plynu (např. dusíku) poskytuje informace o specifickém povrchu, distribuci velikosti pórů a objemu pórů měřeného materiálu. V následujícím grafu jsou uvedeny některé příkladné sorpční izotermy.
Specifický povrch (SSA) označuje přístupnou plochu povrchu vzorku a má velký význam při adsorpci, heterogenní katalýze a reakcích na povrchu. Specifický povrch lze vypočítat podle normy ISO 9277 metodou BET (BET: Brunauer, Emmett a Teller) nebo Langmuirovou metodou. Následující grafy ukazují příklady vyhodnocení měrného povrchu podle metody BET v našem softwaru BELMASTER:
Zvolte správný rozsah tlaku (vícebodový BET) nebo bod měření (jednobodový BET) a plocha povrchu se vypočítá automaticky. Software BELMASTER poskytuje výpočet plochy povrchu BET podle normy ISO 9277, příloha C (známý také jako Rouquerolův graf) doporučený pro mikroporézní materiály.
BELSORP MINI X zaujme možností měřit vzorky s malou plochou povrchu s nejvyšší přesností bez nutnosti použití kryptonového plynu (není nutný žádný další snímač tlaku nebo kryogenní regulátor teploty). Případně měření v tzv. rychlém režimu BET umožňuje získat specifické plochy povrchu BET (např. tříbodový BET) čtyř vzorků za přibližně 15 minut. Dále lze získat rozdělení velikosti pórů od 0,7 do 500 nm (volitelně 0,35 nm).
Následující měření se provádějí pomocí naší patentované metody kontinuálního měření ve volném prostoru, a to pokročilého měření ve volném prostoru (AFSMTM). Tato metoda dosáhla nejvyšší reprodukovatelnosti díky použití referenční cely, která sleduje včasné změny volného prostoru od sekundy k sekundě. Náš přístroj určuje počáteční volný prostor vzorkovací cely a referenční cely. Protože změna volného prostoru je v obou buňkách stejná (stejné podmínky prostředí), lze změnu volného prostoru průběžně sledovat pomocí změny tlaku v referenční cele.
Zde se používá certifikovaný referenční materiál CRM-170 (neporézní alfa-korund; certifikovaná hodnota specifického povrchu dusíku BET SSA: 1,05 ± 0,05 m2/g) se používá ke kontrole přesnosti měření při měření nízké celkové plochy povrchu (TSA). Přestože se TSA sníží z přibližně 2 m2 na méně než 0,4 m2, stanovené specifické plochy povrchu BET SSA zůstávají téměř totožné.
| Vzorek | Ads. | Celková plocha v cele [m2] | Množství vzorku [g] | SSA-BET [m2/g]*1 | C-konstanta |
| BCR-170_1 | N2 | ~2 m² | ~1.94 | 1.03 | 114 |
| BCR-170_2 | N2 | ~1 m² | ~1.12 | 1.02 | 143 |
| BCR-170_3 | N2 | ~0.7 m² | ~0.75 | 1.03 | 101 |
| BCR-170_4 | N2 | ~0.4 m² | ~0.38 | 1.02 | 50 |
*Korelační koeficient 0,9995 nebo vyšší
Rychlý režim BET lze použít k maximalizaci průchodnosti vzorku pro měření specifického povrchu BET. V tomto režimu je možné změřit tři adsorpční body BET čtyř vzorků za přibližně 15 minut (nutná hustota vzorku). Rychlý režim BET dále nabízí dva typy měření volného prostoru: Za prvé, možnost zadání volného prostoru poskytuje největší příležitost k úspoře času. Jakmile je pro buňku vzorku určen volný prostor, lze soubor s měřením volného prostoru (dvd soubor) znovu použít pro budoucí rychlá měření BET. Za druhé, volný prostor lze určit pomocí skutečného měření. Srovnání získaného povrchu BET z úplného izotermického měření (standardní režim) a rychlého režimu BET je uvedeno v následujících grafech a tabulce:
| Vzorek | Ads. | Vícebodový BET-SA [m2/g] | Jednotlivý BET-SA [m2/g] | ||
| Standardní režim | Quick-BET | Standardní režim | Quick-BET | ||
| 1 | N2 | 189.9 | 190.5 | 188.1 | 190.3 |
| 2 | N2 | 75.7 | 77.4 | 74.7 | 75.7 |
*Vícebodový BET v rozmezí p/p0 0,05 - 0,30, jednobodový BET při p/p0 0,20
Předpokládá se, že výsledky měření získané pomocí vícebodového měření BET ve standardním režimu jsou nejpřesnější. Vícebodové i jednobodové měření plochy povrchu BET v režimu Quick-BET poskytuje plně srovnatelné výsledky ve srovnání se standardním režimem, ačkoli doba měření se výrazně zkracuje na přibližně 15 minut pro tři vzorky (vícebodový BET). Tuto funkci doporučujeme pro optimalizaci průchodnosti vzorků, např. při kontrole kvality.
Analýza distribuce velikosti pórů metodou NLDFT a GCMC
Klasickými metodami pro stanovení distribuce velikosti pórů (PSD) jsou metoda INNES (štěrbinové póry) a metody BJH, DH, CI (válcové póry), které hodnotí mezopóry na základě teorie kapilární kondenzace. Metody HK (štěrbinové), SF (válcové) a CY (klecové) lze rovněž použít k hodnocení mikropórů na základě teorie adsorpčního potenciálu. Pro hodnocení objemu pórů se běžně používají také metody DA a DR. Nové metody hodnocení PSD a kapacity, NLDFT a GCMC, jsou považovány za přesnější v širším rozsahu velikostí pórů (od mikropórů po mezo- a makropóry), jak je uvedeno v normě ISO15901-2.
| Teorie | Interakce Povrch a plyn | Adsorbát | Použitelný rozsah velikosti pórů |
| BJH, CI, DH, INNES metoda |
Kelvinova rovnice (Povrchové napětí a kontaktní úhel) |
Hustota sypké kapaliny | >2 nm Mezopóry a makropóry |
| HK, SF, CY metoda | Lennard-Jonesův potenciál (interakční a odpudivá síla) |
Hustota sypké kapaliny | 0.4 - 2 nm Mikropóry |
| NLDFT, GCMC | Statistický termodynamický model | 0.35 - 500 nm Celá řada pórů |
|
*1 BELSORP MINI X je vybaven snímači tlaku 1000 torrů; izoterma začíná od ~p/p0 of 1x10-4
*2 Volitelně: 0.35 nm možné metodou molekulární sondy
V posledních letech se pozornost zaměřuje na metody hodnocení struktury pórů pomocí počítačových simulačních technik, jako jsou metody NLDFT (Non-localized Density Functional Theory) a GCMC (Grand Canonical Monte Carlo), které představují jednotnou teorii pro charakterizaci rozložení pórů od mikropórů po mezo- a makropóry. Distribuce velikosti pórů získané ze stejné adsorpční izotermy pomocí klasické a simulační analýzy PSD se liší, stejně jako výsledky získané různými simulačními metodami, protože plnicí tlak získaný z každé teorie je jiný. Microtrac poskytuje metody hodnocení, které pokrývají široký rozsah velikostí pórů a adsorbátů na základě adsorpce N2 (77,4 K), Ar (87,3 K) a CO2 (298 K). Tyto vyhodnocovací metody používají jádra NLDFT/GCMC modelů štěrbinových, válcových a klecových pórů s povrchovými atomy uhlíku a oxidů kovů, což vede k nejvhodnějšímu popisu porézních materiálů.
Software BELMASTER umožňuje snadné porovnání experimentálních a simulovaných izoterm, přičemž simulovaná izoterma slouží jako základ pro výpočet PSD.
V následující části je uveden příklad výpočtu distribuce velikosti pórů metodou BJH:
Výhrady k technickému řešení a nedostatkům
