Back to top

Volba měřícího plynu (adsorptiv) a teploty chladící lázně při měření adsorpčních izoterem

Stanovení měrného povrchu metodou BET a měření mikropórů

U stanovení měrného povrchu BET pomocí dusíku při jeho teplotě varu 77 K není výjimkou chyba až 30 %. Ta je způsobena rozdílnou plochou obsazenou jednou molekulou dusíku v závislosti na chemii povrchu. Je to důsledek nekulové geometrie molekuly dusíku a jeho kvadrupólového momentu. Tato chyba měření se typicky týká polárních (oxidických) povrchů a grafitizovaného uhlíku. Pro stanovení realitě blízkého měrného povrchu je v ISO 9277:2010 doporučeno pro tyto materiály používat argon při jeho teplotě varu 87 K, alternativní použití argonu v kapalném dusíku není vhodné.

Zároveň pro měření mikroporézní oblasti izotermy existuje doporučení komise IUPAC z roku 2015, které uvádí, že z řady důvodů je nejvhodnější používat měření pomocí argonu při teplotě varu kapalného argonu (87 K, -186 °C). Kromě správně interpretovatelných dat o pórech menších než 0,7 nm oproti měření s dusíkem to zároveň přináší zhruba 40% úsporu měřicího času. Pro ilustraci: měření trvající s dusíkem při 77 K déle než 70 hodin (dle tabulky relativních tlaků – AntonPaar-Quantachrome) s použitím přírůstkového dávkování dusíku zabere 40 hodin, s argonem při 87 K jen 24 hodin (informace pochází z podrobné studie Dr. Klanka citované níže).

Proč nový trend?

Problém s kapalným argonem není způsoben ani tak jeho nedostupností v rámci ČR, jako spíš v minimálním odebíraném množství, které je násobně větší než typická měsíční spotřeba pro běh třístanicového fyzisorpčního analyzátoru. Teprve na jaře 2017 se objevilo první cenově dostupné příslušenství, které umožňuje realizovat měření s argonem při teplotě kapalného argonu, ovšem s využitím kapalného dusíku jako chladiva a termostatem zasunutým do Dewarovy nádoby. Pokud se tedy chcete vydat cestou měření s argonem při 87 K a pravidelné dodávky kapalného argonu pro vás nejsou řešením, kryostatické příslušenství cryoTune od 3P Instruments je smysluplnou alternativou, která je kompatibilní s většinou statických volumetrických analyzátorů adsorpce dostupných na trhu, včetně mezoporézních.

Kryostat cryoTune přináší i další možnosti analýz, konkrétně měření izoterem s „nestandardními“ plyny, jejichž bod varu je v rozmezí 82-323 K (-191 až +50 °C). Jedná se zejména o argon, krypton, xenon, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, amoniak, kyslík, SF6 a C1 až C4 uhlovodíky. Tato měření jsou atraktivní zejména pro charakterizaci nových mikroporézních materiálů jako jsou MOFy, COFy, zeolity a jim podobné. Dále umožňuje měřit izosterické (diferenciální) teplo adsorpce pro určení síly vazby plynu na pevném povrchu v závislosti na pokrytí. Přídavným nástrojem pro charakterizaci adsorpce plynů je dynamický průtočný analyzátor směsí plynů, který je schopný rozlišit komplexní chování směsí v průmyslových podmínkách (viz mixSorb níže).

Kdy je použití argonu při 87 K důležité pro stanovení specifického povrchu?

  • Při chemické modifikaci povrchových skupin a sledování vlivu na měrný (specifický) povrch.
  • Při snaze o korektní vyjádření kinetických dějů závislých na ploše pevné (porézní) látky, zejména pokud jde o rychlost rozpouštění látek, stárnutí/degradaci katalyzátoru, aj.
  • Obecně vždy, když chcete mít jistotu, že uvádíte čísla, která jsou maximálně blízká realitě.

Praktické aspekty měření a konkrétní výsledky pro různé adsorbující plyny při jejich teplotě varu obsahuje zatím nepublikovaná studie generálního ředitele 3P instruments Dr. Klanka – výrobce cryoTune, která vznikla ve spolupráci s výzkumníky z německých univerzit. Dr. Klank se významně zapojuje do inovací firemního portfolia fyzisorpčních přístrojů, neboť takový přístroj kdysi sestrojil v rámci svého doktorátu. Tato jeho systematická studie se zabývá vlivem měřícího plynu na měrný povrch, objem a velikost pórů pro různé adsorbenty (alumina, silika, saze, karbid wolframu, různé MOFy a pórobeton) a obsahuje přehlednou tabulku s parametry jednotlivých plynů. Studii vám zašleme na vyžádání – předvyplněný vzor emailu rozkliknete zde.

Uvažujete o pořízení nového mikroporézního fyzisorpčního analyzátoru s cryoTune příslušenstvím?

Námi dodávaný analyzátor 3P micro až se třemi zcela nezávislými měřícími stanicemi umožňuje využívat tři příslušenství cryoTune současně, zcela nezávisle a bez dodatečných prostorových nároků. Takovou naprosto unikátní instalaci budeme mít již brzy v České republice! Navíc měření izotermy probíhá po jednotlivých dávkách, takže pro každou dávku (bod izotermy) se automaticky zaznamenává a zobrazuje též tlakový profil ustalování. Budete tak schopni rychle rozpoznat neustálené body izotermy, které u konkurenčních přístrojů nelze jednoduše odhalit. Zároveň ušetříte až 40% měřícího času v mikroporézní oblasti oproti cílení na konkrétní relativní tlaky podle tabulky a to i s více naměřenými body na izotermě.

Odborná podpora na dosah

3P Instruments je německý výrobce a dodavatel analyzátorů porozity, měrného povrchu, hustoty, dynamické sorpce plynů, chemisorpčních a dalších řešení, který má 30letou zkušenost v této oblasti. Společnost 3P Instruments vznikla přejmenováním z Quantachrome GmbH. Mezi nejsilnější stránky patří kvalita a rychlost podpory současných i bývalých zákazníků (vč. instalací Quantachrome, skladových zásob náhradních dílů a spotřebního zboží) a velký inovační potenciál. Nabízené produkty kombinují to nejlepší z konkurenčních technologií a přidávají vždy něco navíc. Na německém trhu jsou velmi úspěšní nejen díky velkým demolaboratořím, možnosti placených analýz, ale i rozsáhlému know-how. Celé portfolio fyzisorpčních produktů naleznete v naší nabídce.

O místní podporu se stará naše firma ANAMET s.r.o., která zastupuje 3P instruments pro český a slovenský trh od ukončení distributorské smlouvy s Quantachrome UK. Několik desítek instalovaných přístrojů za uplynulou dekádu nám umožnilo načerpat dostatek zkušeností. Osobně jsem nastoupil do firmy ještě během doktorského studia na VŠCHT Praha, které jsem dokončil v roce 2019. Má dizertační práce na téma transportu plynů v porézních strukturách katalyzátorů zahrnovala zejména vlastní práci – od přípravy, charakterizace a reaktorového testování katalyzátorů až po modelování difúze plynů ve víceškálových pórovitých strukturách. To mi dalo dobrý základ pro současné povolání. V kvalitní podpoře zákazníků vidím to nejcennější, co Vám mohu nabídnou.

ANAMET disponuje demolaboratoří s vybranými přístroji z naší nabídky dostupnými pro předvádění, pronájem, placené analýzy i k odkupu za výhodné ceny – více zde.

Ing. Michal Dudák, Ph.D.

Kompletní nabídka fyzisorpčních a chemisorpčních přístrojů od 3P Instruments

cryoCooler je třístanicový kryostat vhodný pro ty uživatele, kteří potřebují měřit při nižších teplotách než je teplota kapalného dusíku.

3P micro je manometrický analyzátor adsorpčních izoterem a zejména mikropórů s až třemi zcela nezávislými stanicemi.

3P mixSorb S a 3P mixSorb L je jedinečný průtočný analyzátor průrazových křivek adsorpčních kolon pro průmyslově relevantní komplexní podmínky separace směsí plynů.

3P Sync je nový až čtyřstanicový ekonomický mezoporézní analyzátor se společnou Dewarovou nádobou, ale jinak nezávislými měřicími stanicemi.

3P Meso je analyzátor adsorpce plynů se dvěma nebo čtyřmi zcela nezávislými stanicemi pro maximální flexibilitu a rychlost měření v mezoporézní oblasti izotermy.

3P Surface DX je průtočný jednobodový i vícebodový analyzátor měrného povrchu BET až čtyř vzorků, který slouží především pro rychlou a uživatelsky jednoduchou kontrolu kvality vstupních a výstupních materiálů.

Altamira AMI 300 je řada automatického chemisorpčního analyzátoru s širokou nabídkou příslušenství a speciálních verzí podle potřeb každého zákazníka

Altamira μBenchCAT je modulární reaktorový systém pro automatické katalytické studie v plynné i kapalné fázi.

Altamira BenchCAT jsou reaktorové systémy navrhované podle konkrétního požadavků zákazníka.

Podrobnější popis výše uvedených přístrojů naleznete na 3P Instruments a Altamira Instruments. Dále nabízíme pokročilé analyzátory tokových vlastností sypkých materiálů od Granutools a analyzátory velikosti částic od Malvern Panalytical.