JP2008203154A - Gas adsorption characteristic measuring device for pore particulate, and measuring method therefor - Google Patents

Gas adsorption characteristic measuring device for pore particulate, and measuring method therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device with more improved reliability, capable of measuring gas absorption characteristics of pore particulates. <P>SOLUTION: The gas adsorption characteristic measuring device 1 comprises: an NMR magnet 5 for generating a fixed magnetic field; an NMR probe 7 in which a sample tube 3 containing pore particulates 6 of a measuring sample can be arranged, for transmitting a signal to the measuring sample and receiving a signal from the measuring sample; a nuclear magnetic resonance device 2 containing an NMR spectroscope 8 for measuring the signal received by the NMR probe; the sample tube 3 connected to a tube 10 with a high vacuum-proof cock 9 capable of controlling airtight; and a pressure-adjusting section 4 arranged in the NMR probe 7 for controlling a pressure in the sample tube 3. The pressure-adjusting section 4 includes, for example a pressure gauge 11, a probe molecule gas supply source 12, a dryer 13, and an evacuation system 14. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、細孔微粒子のガス吸着特性測定装置及びその測定方法に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring gas adsorption characteristics of fine pore particles and a measuring method thereof.

細孔微粒子の吸着表面積や細孔分布などの表面特性を評価する方法として、例えば、N2ガスの吸着量を容量法により定量し、それにより得られる吸着等温線を解析して表面特性を求める方法がある。このような方法に対し、プローブ分子を細孔微粒子の表面に吸着させてこのプローブ分子の核磁気共鳴(NMR)を測定することにより表面特性を評価する方法が注目されている。特に、Xe(キセノン)を吸着させて129XeのNMRを観察する方法は、ミクロ環境の情報をより提供できる評価方法として1980年代から期待されている方法である。なぜなら、129Xe化学シフトは吸着減少を鋭敏に反映して大きく変化するからである。また、最近の超偏極技術により129XeNMRの高感度化が可能となり、その技術発展に対する期待がさらに膨らみつつあり、その応用例は、多くはないものの、いくつか開示されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
特開2004−93187号公報 特開2005−30808号公報
As a method for evaluating the surface characteristics such as the adsorption surface area and pore distribution of the fine pore particles, for example, the amount of adsorption of N 2 gas is quantified by the volumetric method, and the adsorption isotherm obtained thereby is analyzed to obtain the surface characteristics. There is a way. In contrast to such a method, a method of evaluating surface characteristics by attracting a probe molecule to the surface of fine pore particles and measuring nuclear magnetic resonance (NMR) of the probe molecule has attracted attention. In particular, a method of observing 129 Xe NMR by adsorbing Xe (xenon) is a method that has been expected since the 1980s as an evaluation method that can provide more information on the microenvironment. This is because the 129 Xe chemical shift changes greatly reflecting the decrease in adsorption sharply. In addition, the recent hyperpolarization technology has made it possible to increase the sensitivity of 129 XeNMR, and the expectations for its technological development are further expanding. Although there are not many examples of its application, several patents have been disclosed (for example, patents). Reference 1 and 2).
JP 2004-93187 A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-30808

従来、細孔微粒子の吸着表面積を求めるには、BET吸着装置を用いる方法が汎用されているが、この方法は、吸着表面積に関するデータしか提供できず、吸着エネルギー(吸着熱)を求めるには、カロリーメトリー法など別法を用いなければならず、サンプルの取扱いが煩雑であり、全体として測定に時間がかかり効率の点で問題がある。   Conventionally, in order to determine the adsorption surface area of fine pore particles, a method using a BET adsorption device has been widely used. However, this method can only provide data on the adsorption surface area, and in order to obtain adsorption energy (adsorption heat), Another method such as a calorimeter method must be used, and the handling of the sample is complicated, and it takes a long time for measurement as a whole, which is problematic in terms of efficiency.

一方、129XeNMRの信号強度や化学シフトを用いた細孔微粒子の表面特性の解析手法も、十分に確立されたとはいいがたい状況である。例えば、表面特性を測定する試料の取扱いは、従来の方法では正確なデータが得られないおそれがある。なぜなら、従来の方法では試料の気密性の確保が不十分であり、空気中の湿気の混入などによる細孔表面の微妙な変化を鋭敏に反映することが多いからである。すなわち、分光法による吸着プローブ分子の観察において、湿気などの混入による吸着表面の変性は、吸着量に対してよりもはるかに大きな変化を吸着分子の化学シフトのような分光データに引き起こすおそれがある。したがって、129XeNMRなどプローブ分子検出用NMRを用いて表面特性を測定する場合、測定試料の気密性をより確実にしなければならないという問題がある。 On the other hand, it is difficult to say that a technique for analyzing the surface characteristics of fine pore particles using the signal intensity and chemical shift of 129 XeNMR has been well established. For example, handling of a sample for measuring surface characteristics may not provide accurate data with conventional methods. This is because the conventional method is insufficient to ensure the airtightness of the sample and often sensitively reflects subtle changes in the pore surface due to the incorporation of moisture in the air. That is, in the observation of adsorbed probe molecules by spectroscopic methods, modification of the adsorbed surface due to contamination with moisture or the like may cause a much larger change in spectroscopic data such as the chemical shift of adsorbed molecules than the amount of adsorption. . Therefore, when measuring surface characteristics using NMR for probe molecule detection such as 129 XeNMR, there is a problem that the airtightness of the measurement sample must be made more reliable.

また、例えば、吸着表面積を129XeNMRのプローブ分子検出用NMRで求める場合には較正データを得る必要となるが、従来では較正試料を測定するために試料管を交換する必要があるため吸着信号の強度を正確に較正する方法がないという問題がある。 In addition, for example, when the adsorption surface area is obtained by NMR for probe molecule detection of 129 XeNMR, it is necessary to obtain calibration data. Conventionally, however, it is necessary to replace the sample tube in order to measure the calibration sample. There is a problem that there is no way to accurately calibrate the intensity.

吸着エネルギー(吸着熱)を129XeNMRなどのプローブ分子検出用NMRで求める方法としては、下記式[1]又は[2]を用いる2つの方法が提案されている。下記式[1]は、測定試料の細孔表面に吸着したプローブ分子の化学シフトδobsと吸着熱ΔHとを関係づける式である(V.T.Terskikh et al、J.Chem.Soc.,Faraday Trans.,89,4239−4243,1993)。下記式[1]において、δaは吸着固有化学シフトであって、プローブ分子が細孔表面上にあるときのプローブ分子の化学シフトであり、V及びSは、それぞれ、細孔内の空洞容積と表面積であり、K0は、Henry式の定数であり、Rは気体定数であり、Tは絶対温度である。 As methods for obtaining the adsorption energy (heat of adsorption) by NMR for probe molecule detection such as 129 XeNMR, two methods using the following formula [1] or [2] have been proposed. The following equation [1] is an equation relating the chemical shift δ obs of the probe molecules adsorbed on the pore surface of the measurement sample and the adsorption heat ΔH (VT Terskikh et al, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 89, 4239-4243, 1993). In the following formula [1], δ a is an adsorption intrinsic chemical shift, which is a chemical shift of the probe molecule when the probe molecule is on the pore surface, and V and S are the cavity volumes in the pore, respectively. And K 0 is a Henry equation constant, R is a gas constant, and T is an absolute temperature.

Figure 2008203154
Figure 2008203154

下記式[2]は、細孔内でのガス状態と吸着状態の両状態間のエネルギー差ΔEを、細孔内でガス状のプローブ分子の固有化学シフトδf及び表面に吸着したプローブ分子の固有化学シフトδaと関連づける式である(Q.J.Chen and J.Fraissard,J.Phys.Chem.,96,1809−1814,1992)。 The following formula [2] shows that the energy difference ΔE between the gas state and the adsorption state in the pore is expressed by the intrinsic chemical shift δ f of the gaseous probe molecule in the pore and the probe molecule adsorbed on the surface. It is a formula relating to the intrinsic chemical shift δ a (QJ Chen and J. Fraisard, J. Phys. Chem., 96, 1809-1414, 1992).

Figure 2008203154
Figure 2008203154

しかしながら、上記式[1]を用いて求めた吸着熱ΔHの報告は少なく、信頼性は確立されていない。また、上記式[2]を129XeNMRに適用してΔE=5.5kJ/molの値が報告されているが、この値は、Xe自身の蒸発熱12.6kJ/molと比べてかなり小さく、やはり信頼性が高いとは言えない。これらの方法では、吸着固有化学シフトδaとして、温度によらない一定の値が使用されている。例えば、多くの場合、アルミナ含量の少ないゼオライトについて報告された243ppmの値(J.Demarquay and J. Fraissard,Chem.Phys.Lett.,136,314−318,1987)が使用されている。その他、115ppmの値、又は、個別サンプルについて測定した値の中で最も低磁場に出た値(107−160ppm)が使用されたという報告もある。すなわち、129Xeなどのプローブ分子の吸着固有化学シフトδaの値は、相互作用系の化学シフトであるから温度依存性を考慮すべきにもかからず、従来の方法では、吸着固有化学シフトδaの値は温度によらず一定としているという問題がある。 However, there are few reports of the heat of adsorption ΔH obtained using the above equation [1], and reliability has not been established. Further, the above formula [2] have been reported value of applied ΔE = 5.5kJ / mol in the 129 Xe NMR, this value is considerably smaller than the heat of evaporation 12.6kJ / mol of Xe itself, After all it cannot be said that the reliability is high. In these methods, a constant value independent of temperature is used as the adsorption intrinsic chemical shift δ a . For example, the value of 243 ppm reported for zeolites with low alumina content (J. Demarquay and J. Fraisard, Chem. Phys. Lett., 136, 314-318, 1987) is often used. In addition, there is a report that a value of 115 ppm or a value (107-160 ppm) that is the lowest value among the values measured for individual samples was used. That is, since the value of the adsorption intrinsic chemical shift δ a of probe molecules such as 129 Xe is a chemical shift of the interaction system, the temperature dependence should not be taken into consideration. There is a problem that the value of δ a is constant regardless of the temperature.

その他、吸着した129Xeの化学シフトδobsと下記式[3]とを用いて評価する方法が提案されているが(J.Demarquay and J. Fraissard,Chem.Phys.Lett.,136,314−318,1987)、この方法の一般的な適用性には問題があるといわれている。また、この方法においても吸着固有化学シフトδa=243ppmが使用されている。なお、下記式[3]において、Lは、壁との衝突の平均自由工程であり、無限長円柱型空洞では、L=DC−DXeであり、球形空洞では、L=(DS−DXe)/2となる(DCとDSは空洞直径であり、DXeは、Xe原子の直径である)。 In addition, a method for evaluating the chemical shift δ obs of adsorbed 129 Xe and the following formula [3] has been proposed (J. Demarquay and J. Fraisard, Chem. Phys. Lett., 136, 314- 318, 1987), the general applicability of this method is said to be problematic. Also in this method, an adsorption intrinsic chemical shift δ a = 243 ppm is used. In the following formula [3], L is an average free process of collision with the wall, L = D C −D Xe in the infinite length cylindrical cavity, and L = (D S − in the spherical cavity. D Xe ) / 2 (D C and D S are the cavity diameters, and D Xe is the diameter of the Xe atoms).

Figure 2008203154
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そこで、本発明は、より信頼性が向上した細孔微粒子のガス吸着特性測定が可能な装置の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of measuring gas adsorption characteristics of fine pore particles with improved reliability.

前記目的を達成するため、本発明の細孔微粒子のガス吸着特性測定装置は、
一定の磁場を発生するNMRマグネット、測定試料である細孔微粒子が含まれる試料管をその内部に配置可能であり前記試料への信号の送信と前記試料からの信号の受信とを行うNMRプローブ、及び、前記NMRプローブが受信した信号を測定するNMR分光器を含む核磁気共鳴装置と、耐高真空コックを備える管に接続され気密制御が可能な前記試料管と、前記NMRプローブ内に配置された前記試料管内の圧力制御を行う圧力調整部とを含み、前記NMRプローブが、その内部に配置された前記試料管内の温度を制御する温度調整部を備え、前記圧力調整部が、圧力計、プローブ分子ガス供給源、及び、真空排気系を含み、前記NMRプローブ内に配置された前記試料管が、前記耐高真空コックを介して前記圧力調整部と接続可能であること特徴とする。
In order to achieve the above object, the gas adsorption property measuring apparatus for fine pore particles of the present invention comprises:
An NMR magnet that generates a constant magnetic field, an NMR probe that can arrange a sample tube containing pore microparticles as a measurement sample, and transmit a signal to the sample and receive a signal from the sample, And a nuclear magnetic resonance apparatus including an NMR spectrometer for measuring a signal received by the NMR probe, the sample tube connected to a tube having a high vacuum resistant cock and capable of airtight control, and disposed in the NMR probe. A pressure adjusting unit that controls the pressure in the sample tube, and the NMR probe includes a temperature adjusting unit that controls the temperature in the sample tube disposed therein, and the pressure adjusting unit includes a pressure gauge, The sample tube disposed in the NMR probe includes a probe molecular gas supply source and an evacuation system, and can be connected to the pressure adjusting unit via the high vacuum resistant cock. And this and features.

129XeNMRなどのプローブ分子検出用NMRのような分光法を用いた表面特性測定の観察においては、高温加熱の前処理の必要性は知られていた。しかしながら、本発明者らは、例えば、湿気などの混入による吸着表面の変性は、吸着量に変化を及ぼすよりもはるかに大きな変化を吸着分子の化学シフトなどの分光データに及ぼしうることに着目した。また、より信頼性の高い測定データを得るためには、従来行われていた高温加熱の前処理を、高真空下で行うことが重要であることを見出した。そして、本発明者らは、前処理から測定まで測定試料の気密性を厳格に確保することが可能であり、かつ、高真空に耐えられる試料管の使用が可能である測定装置であれば、測定データの信頼性を向上できることを見出し、本発明に到達した。 In the observation of surface property measurement using a spectroscopic method such as NMR for probe molecule detection such as 129 XeNMR, the necessity of pretreatment for high temperature heating has been known. However, the present inventors have noted that, for example, modification of the adsorption surface due to contamination with moisture or the like can cause a much larger change to spectroscopic data such as the chemical shift of the adsorbed molecule than to change the amount of adsorption. . In addition, in order to obtain more reliable measurement data, it has been found that it is important to perform a pretreatment for high-temperature heating, which has been conventionally performed, under a high vacuum. Then, the present inventors can strictly ensure the airtightness of the measurement sample from pretreatment to measurement, and if it is a measurement device that can use a sample tube that can withstand high vacuum, The inventors have found that the reliability of measurement data can be improved, and have reached the present invention.

本発明のガス吸着特性測定装置において、前記試料管は、耐高真空コックを備える管に接続されて気密制御が可能であるから、高真空下で前処理ができ、かつ、前記前処理の後で外気を混入させることなくプローブ分子検出用NMRの測定ができる。よって、本発明によれば、細孔微粒子の表面特性の測定の信頼性を、好ましくは、向上できる。   In the gas adsorption property measuring apparatus of the present invention, since the sample tube is connected to a tube having a high vacuum resistant cock and can be hermetically controlled, pretreatment can be performed under high vacuum, and after the pretreatment. The NMR for probe molecule detection can be measured without mixing outside air. Therefore, according to the present invention, the reliability of the measurement of the surface characteristics of the fine pore particles can be preferably improved.

また、本発明のガス吸着特性測定装置において、前記試料管は、核磁気共鳴装置のNMRプローブ内に配置された状態で前記圧力調整部に接続し、さらに、前記NMRプローブが前記温度調整部を備えているから、例えば、一試料について、試料管を移動させることなく様々な温度及び圧力条件下で測定できる。これにより、後述するように、プローブ分子の吸着固有化学シフトδaの温度依存性を評価することが可能となる。よって、本発明によれば、細孔微粒子の表面特性の測定の信頼性及び簡便性を、好ましくは、向上できる。 In the gas adsorption property measuring apparatus of the present invention, the sample tube is connected to the pressure adjusting unit in a state of being arranged in the NMR probe of the nuclear magnetic resonance apparatus, and the NMR probe further connects the temperature adjusting unit. Since it is provided, for example, one sample can be measured under various temperature and pressure conditions without moving the sample tube. This makes it possible to evaluate the temperature dependence of the adsorption intrinsic chemical shift δ a of the probe molecule, as will be described later. Therefore, according to the present invention, the reliability and simplicity of the measurement of the surface characteristics of the fine pore particles can be preferably improved.

本発明のガス吸着特性測定装置は、プローブ分子として、129Xeの他にも、3He、19Fを含むフッ素系ガス(テトラフルオロメタンCF4など)、13Cを含む炭素系ガス(炭酸ガス13CO2など)、及び、15Nを含む窒素系ガス(アンモニアガス15NH3など)から選択されるプローブ分子を、好ましくは、使用できる。一般に3Heでは吸着による化学シフトの変化は129Xeより小さいが、ガス状ピークと分離して吸着ピークが観察されれば適用可能である。129Xeと同様これらのプローブ分子も超偏極技術の利用により高感度化が達成でき、微量化と迅速化が可能となる。 In addition to 129 Xe, the gas adsorption property measuring apparatus of the present invention includes a fluorine-based gas (tetrafluoromethane CF 4 or the like) containing 3 He and 19 F, and a carbon-based gas (carbon dioxide gas) containing 13 C. such as 13 CO 2), and, the probe molecule selected from the nitrogen-based gas containing 15 N (such as ammonia gas 15 NH 3), preferably, be used. In general, the change in chemical shift due to adsorption is less than 129 Xe for 3 He, but it is applicable if the adsorption peak is observed separated from the gaseous peak. Like 129 Xe, these probe molecules can achieve high sensitivity by using hyperpolarization technology, and can be reduced in volume and speeded up.

本発明は、例えば、細孔微粒子を含む製品の開発や製造の段階で、その製品の細孔表面特性の解析や評価に、好ましくは、利用できる。例えば、パウダー化粧品の肌触り、白さ、輝きなどの特性を改良する場合、細孔表面特性を分析して比較することにより、改良の指針が得られる場合がある。また、例えば、ゼオライト工業においても、触媒や反応媒介として新たに開発した製品の特性解析に応用でき、さらなる開発を促進できる。さらに、製造段階においても、例えば、製品の品質確認に使用できる。   The present invention can be preferably used for the analysis and evaluation of the pore surface characteristics of a product including, for example, the development and production of a product containing fine pore particles. For example, when improving characteristics such as the touch, whiteness, and brightness of powder cosmetics, an improvement guideline may be obtained by analyzing and comparing pore surface characteristics. In addition, for example, in the zeolite industry, it can be applied to the characteristic analysis of a product newly developed as a catalyst or reaction medium, and further development can be promoted. Furthermore, it can also be used, for example, for product quality confirmation at the manufacturing stage.

本発明のガス吸着特性測定装置は、さらに、前記試料の前処理装置を含み、前記前処理装置が、前記試料管をその内部に配置可能なヒーター、及び、前記耐高真空コックを介して前記試料管と接続可能な高真空排気部、を含むことが好ましい。このような前処理装置によれば、例えば、高真空下で試料を高温加熱して前処理することができる。   The gas adsorption characteristic measuring device of the present invention further includes a pretreatment device for the sample, and the pretreatment device includes the heater capable of arranging the sample tube therein, and the high vacuum resistant cock through the heater. It is preferable that the high vacuum exhaust part connectable with a sample tube is included. According to such a pretreatment apparatus, for example, the sample can be pretreated by heating at a high temperature under high vacuum.

本発明のガス吸着特性測定装置において、前記試料管は、較正用標準試料を配置できる標準試料保持部を、その内部の前記測定試料から空間的に分離した位置に備えることが好ましい。このような標準試料保持部を備えることで、例えば、前処理の段階から測定試料と標準試料とを前記試料管内に密閉しつつ、高熱による前記標準試料の破壊を回避することができる。   In the gas adsorption property measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the sample tube includes a standard sample holding portion in which a calibration standard sample can be arranged at a position spatially separated from the measurement sample inside. By providing such a standard sample holder, for example, the measurement sample and the standard sample can be sealed in the sample tube from the pretreatment stage, and destruction of the standard sample due to high heat can be avoided.

本発明のガス吸着特性測定装置は、さらに、前記温度調整部及び前記圧力調整部を制御して前記NMRプローブ内に配置された状態の前記試料管内の温度及び圧力を制御する制御部を含むことが好ましい。   The gas adsorption characteristic measuring apparatus of the present invention further includes a control unit for controlling the temperature and pressure in the sample tube in a state of being arranged in the NMR probe by controlling the temperature adjusting unit and the pressure adjusting unit. Is preferred.

本発明のガス吸着特性測定装置は、さらに、前記NMR分光器が測定した信号データを処理するデータ処理部を含むことが好ましい。   It is preferable that the gas adsorption property measuring apparatus of the present invention further includes a data processing unit that processes the signal data measured by the NMR spectrometer.

前記データ処理部は、一定温度T1、複数の圧力条件下で測定された化学シフト対圧力データδobs(P)と下記式[10]とに基づき最小二乗法で演算して温度T1における吸着固有化学シフトδa(T1)を得るステップ、前記ステップと同様にして、前記T1とは異なる少なくとも4点の温度T2〜T5におけるδa(T2)〜δa(T5)を得るステップ、及び、前記δa(T1)〜δa(T5)を含む少なくとも5点の吸着固有化学シフトδaに基づき吸着固有化学シフトδaの温度の一次関数;δa(T)=aT+b (a、bは定数)を得るステップ、を含む処理を行うものであってもよい。下記式[10]を用いることにより、例えば、圧力依存性のプローブ分子の化学シフトデータから、吸着固有化学シフトδaを評価でき、さらに、例えば、吸着固有化学シフトδaの温度依存性を考慮した表面吸着特性の解析が可能となる。 The data processing unit calculates at a temperature T 1 by a least square method based on chemical shift versus pressure data δ obs (P) measured under a plurality of pressure conditions and a constant temperature T 1 and the following equation [10]. The step of obtaining the adsorption intrinsic chemical shift δ a (T 1 ), in the same manner as in the previous step, δ a (T 2 ) to δ a (T 5 ) at at least four temperatures T 2 to T 5 different from T 1 obtaining a), and the δ a (T 1) ~δ a (T 5) of at least 5 points including adsorption specific chemical shifts based on [delta] a suction specific chemical shifts [delta] a linear function of the temperature of the; [delta] a ( T) = aT + b (where a and b are constants) may be performed. By using the following formula [10], for example, the adsorption intrinsic chemical shift δ a can be evaluated from the chemical shift data of the pressure-dependent probe molecule, and further, for example, the temperature dependence of the adsorption intrinsic chemical shift δ a is considered. The surface adsorption characteristics can be analyzed.

Figure 2008203154
(上記式[10]中、constは、積分のときの定数を表す。)
Figure 2008203154
(In the above equation [10], const represents a constant at the time of integration.)

また、前記データ処理部は、任意の温度、複数の圧力条件下で測定された化学シフト対圧力データδobs(P)と下記式[13]及び[14]とに基づき演算して吸着エネルギーに相当するβE0を得るステップを含む処理を行うものであってもよい。このような処理であれば、例えば、任意の温度と圧力における化学シフトデータから吸着エネルギーを評価できる。 In addition, the data processing unit calculates based on the chemical shift versus pressure data δ obs (P) measured under an arbitrary temperature and a plurality of pressure conditions and the following equations [13] and [14] to obtain the adsorption energy. A process including a step of obtaining the corresponding βE 0 may be performed. With such a process, for example, the adsorption energy can be evaluated from chemical shift data at an arbitrary temperature and pressure.

Figure 2008203154
(上記式[13]、[14]中、waは圧力Pのときの吸着量を表し、w0は飽和吸着量を表し、Peqはその時の相当圧力を表す。)
Figure 2008203154
(In the above formulas [13] and [14], w a represents the adsorption amount at the pressure P, w 0 represents the saturated adsorption amount, and P eq represents the equivalent pressure at that time.)

また、前記データ処理部は、一定温度、複数の圧力条件下で測定された信号強度データ対圧力S(P)と下記式[12]とに基づき最小二乗法で演算して完全被覆のときの信号強度Sを得るステップ、及び、前記Sと前記標準試料から測定された較正データであるS(PCA)/Sstdと下記式[19’]とに基づき演算して単位質量当たりの吸着表面積Aを得るステップ、を含む処理を行うものであってもよい。このような処理であれば、例えば、化学シフトデータを用いることなく、信号強度データのみから吸着表面積を評価できる。 In addition, the data processing unit calculates by the least square method based on the signal intensity data versus pressure S (P) measured under a plurality of pressure conditions at a constant temperature and the following equation [12], and completes the coverage. obtaining a signal strength S steps, and the S and the a calibration data measured from the standard sample S (P CA) / S std and the following formula [19 '] and per unit mass calculated by based on The process including the step of obtaining the adsorption surface area A may be performed. With such processing, for example, the adsorption surface area can be evaluated only from signal intensity data without using chemical shift data.

Figure 2008203154
(上記式[19’]中、Cstdは前記標準試料中のプローブ分子濃度を表し、Vstdは前記標準試料の容積を表し、SPrは1モルのプローブ分子相当の表面積を表し、Wsampleは測定試料の質量を表す。)
Figure 2008203154
(In the above formula [19 ′], C std represents the concentration of the probe molecule in the standard sample, V std represents the volume of the standard sample, S Pr represents the surface area equivalent to 1 mol of the probe molecule, and W sample Represents the mass of the measurement sample.)

また、前記データ処理部は、任意の温度、複数の圧力条件下で測定された信号強度対圧力データS(P)と、下記式[13]においてwa/w0をS(P)/Sに置き換えた式とに基づき最小二乗法で演算して吸着エネルギーに相当するβE0及び完全被覆のときの信号強度Sを得るステップ、及び、前記Sと前記標準試料から測定された較正データであるS(PCA)/Sstdと下記式[19’]とに基づき演算して単位質量当たりの吸着表面積Aを得るステップ、を含む処理を行うものであってもよい。このような処理であれば、例えば、任意の温度と圧力における信号強度データから吸着エネルギー及び吸着表面積を評価できる。 In addition, the data processing unit calculates signal intensity versus pressure data S (P) measured under an arbitrary temperature and a plurality of pressure conditions, and sets w a / w 0 to S (P) / S in the following formula [13]. obtaining a signal strength S of calculated by the least squares method on the basis of the replaced and expressions when the corresponding beta E 0 and completely covered in adsorption energy, and calibration the measured from S and the standard sample A process including a step of obtaining an adsorption surface area A per unit mass by calculation based on data S (P CA ) / S std and the following equation [19 ′] may be performed. With such processing, for example, adsorption energy and adsorption surface area can be evaluated from signal intensity data at an arbitrary temperature and pressure.

Figure 2008203154
(上記式[13]中、waは圧力Pのときの吸着量を表し、w0は飽和吸着量を表し、Peqはその時の相当圧力を表す。また、上記式[19’]中、Cstdは前記標準試料中のプローブ分子濃度を表し、Vstdは前記標準試料の容積を表し、SPrは1モルのプローブ分子相当の表面積を表し、Wsampleは測定試料の質量を表す。)
Figure 2008203154
(In the above formula [13], w a represents the adsorption amount at the pressure P, w 0 represents the saturated adsorption amount, and P eq represents the equivalent pressure at that time. Also, in the above formula [19 ′], C std represents the probe molecule concentration in the standard sample, V std represents the volume of the standard sample, S Pr represents the surface area equivalent to 1 mol of probe molecules, and W sample represents the mass of the measurement sample.)

本発明は、その他の態様において、細孔微粒子のガス吸着特性測定方法であって、測定試料である細孔微粒子を、気密制御が可能な試料管内で、高真空下で加熱して前処理する工程と、前記試料管の気密状態を維持したまま、前記試料管を核磁気共鳴装置のNMRプローブ内に配置する工程と、前記NMRプローブに配置された前記試料管にプローブ分子ガスを導入して圧力の調整を行う工程と、前記試料管を前記NMRプローブにセットしたまま前記プローブ分子ガスの圧力を調整し、少なくとも2点の圧力で核磁気共鳴の測定を行う工程と、前記核磁気共鳴装置で測定した信号データを処理する工程とを含むガス吸着特性測定方法を提供する。   In another aspect, the present invention is a method for measuring gas adsorption characteristics of fine pore particles, wherein the fine pore particles, which are measurement samples, are pretreated by heating in a sample tube capable of airtight control under high vacuum. A step of placing the sample tube in an NMR probe of a nuclear magnetic resonance apparatus while maintaining the airtight state of the sample tube, and introducing a probe molecular gas into the sample tube disposed in the NMR probe. Adjusting the pressure; adjusting the pressure of the probe molecular gas while the sample tube is set on the NMR probe; and measuring nuclear magnetic resonance at at least two pressures; and the nuclear magnetic resonance apparatus And a process for processing the signal data measured in step (b).

本発明のガス吸着特性測定方法は、前記前処理工程の前に、前記前処理工程で直接加熱されない前記試料管内の部位に、較正用標準試料を配置する工程と、前記前処理工程後、前記試料管を前記NMRプローブ内に配置する工程の前に、前記試料管の気密状態を維持したまま、前記標準試料を前記測定試料と同じ部位に移動させる工程とを含んでもよい。このような工程を含むことで、標準試料を前処理の段階から密閉状態の試料管内で測定試料と共存させることができる。前記較正用標準試料は、プローブ分子、及び、既知濃度の包接化合物を含む溶液のアンプルであってもよい。   The gas adsorption property measuring method of the present invention includes a step of placing a calibration standard sample in a portion in the sample tube that is not directly heated in the pretreatment step before the pretreatment step, and after the pretreatment step, Before the step of placing the sample tube in the NMR probe, the method may include a step of moving the standard sample to the same site as the measurement sample while maintaining the airtight state of the sample tube. By including such steps, the standard sample can coexist with the measurement sample in the sealed sample tube from the pretreatment stage. The calibration standard sample may be an ampoule of a solution containing a probe molecule and a known concentration of an inclusion compound.

本発明のガス吸着特性測定方法において、前記信号データの処理工程は、本発明のガス吸着特性測定装置の前記データ処理部におけるデータ処理の工程であってもよい。   In the gas adsorption property measuring method of the present invention, the signal data processing step may be a data processing step in the data processing unit of the gas adsorption property measuring apparatus of the present invention.

本発明は、その他の態様において、細孔微粒子を含む製品の製造方法であって、本発明のガス吸着特性測定装置、又は、本発明のガス吸着特性測定方法を用いて前記細孔微粒子のガス吸着特性を測定する工程を含む製造方法を提供する。   In another aspect, the present invention provides a method for producing a product containing fine pore particles, the gas adsorption characteristic measuring device of the invention or the gas of the fine pores using the gas adsorption characteristic measuring method of the invention. Provided is a production method including a step of measuring adsorption characteristics.

本発明において、「細孔微粒子」とは、例えば、高分子系、炭素材料系、金属系、金属酸化物系、及び、これらの混合物の多孔性材料からなる群から選択されるものである。例えば、前記細孔微粒子としては、ゼオライト、シリカゲル、メソ多孔体、アルミナ、活性炭などがあげられる。前記細孔微粒子の粒径としては、前記試料管に納まる範囲であれば特に制限されないが、例えば、5μm〜8mmである。前記細孔微粒子の細孔径も特に制限されず、例えば、0.3nm〜500nmである。   In the present invention, the “pore fine particles” are selected from the group consisting of, for example, a polymer material, a carbon material system, a metal system, a metal oxide system, and a porous material of a mixture thereof. For example, examples of the fine pore particles include zeolite, silica gel, mesoporous material, alumina, activated carbon and the like. The particle diameter of the fine pore particles is not particularly limited as long as it falls within the range of the sample tube, and is, for example, 5 μm to 8 mm. The pore diameter of the fine pore particles is not particularly limited, and is, for example, 0.3 nm to 500 nm.

本発明において、「プローブ分子」とは、細孔表面に吸着される分子であって、分子の一部にNMRにより検出されうる核種を含有する分子であって、例えば、129Xe、3He、19F、13C、15Nなどの核種を含む分子があげられる。また、本発明において、「プローブ分子ガス」とは、プローブの分子の中で、吸着の目的に使用されるガスであって、例えば、Xe(キセノン)ガス、He(ヘリウム)ガス、CF4やSF6などのフッ素系ガス、CO2などの炭素系ガス、NH3などの窒素系ガス、及び、これらの超偏極ガスがあげられる。超偏極ガスを用いることは、さらに高感度化と迅速化が可能となるため好ましい。さらにまた、本発明において、「プローブ分子検出用NMR」とは、前記プローブ分子の信号を検出する核磁気共鳴分光法であって、例えば、129Xe信号、3He信号、19F信号、13C信号、15N信号などを核磁気共鳴装置で観測することをいう。 In the present invention, the “probe molecule” is a molecule that is adsorbed on the surface of a pore and contains a nuclide that can be detected by NMR in a part of the molecule, for example, 129 Xe, 3 He, Examples include molecules containing nuclides such as 19 F, 13 C, and 15 N. In the present invention, the “probe molecular gas” is a gas used for the purpose of adsorption among the molecules of the probe. For example, Xe (xenon) gas, He (helium) gas, CF 4 , Examples thereof include fluorine-based gases such as SF 6 , carbon-based gases such as CO 2 , nitrogen-based gases such as NH 3 , and hyperpolarized gases thereof. It is preferable to use a hyperpolarized gas because higher sensitivity and speed can be achieved. Furthermore, in the present invention, “NMR for detecting a probe molecule” is a nuclear magnetic resonance spectroscopy that detects a signal of the probe molecule, and includes, for example, a 129 Xe signal, a 3 He signal, a 19 F signal, a 13 C signal, This refers to observing signals, 15 N signals, etc. with a nuclear magnetic resonance apparatus.

本発明において、「ガス吸着特性」とは、プローブ分子検出用NMRにより得られるスペクトル及び/又はFID(自由誘導減衰)若しくはエコー信号、及び、それらを処理して得られた化学シフト、吸着表面積、吸着エネルギー、細孔分布などを含む。本発明において、「吸着したプローブ分子の化学シフトδobs」とは、NMRスペクトルで観測されるピークの中で、0ppmの純粋ガス状態のピーク以外のピークの化学シフトのことをいい、「プローブ分子の吸着固有化学シフトδa」とは、プローブ分子が細孔表面に完全に吸着束縛された状態に固有の化学シフトであり、被覆率で表せば被覆率が1のときのδobsに相当する値のことをいう。 In the present invention, “gas adsorption property” means a spectrum obtained by NMR for probe molecule detection and / or FID (free induction decay) or echo signal, and chemical shift, adsorption surface area, Includes adsorption energy, pore distribution, etc. In the present invention, “chemical shift δ obs of adsorbed probe molecule” refers to a chemical shift of a peak other than a peak in a pure gas state of 0 ppm among peaks observed in an NMR spectrum. adsorption specific chemical shifts [delta] a "is of an inherent chemical shift in the state where the probe molecule is completely adsorbed bound to pore surfaces, the coverage is equivalent to [delta] obs when the 1, if indicated by the coverage It means the value.

本発明において、「高真空」とは、10-2Pa以下であって、好ましくは、10-3Pa〜10-2Paであり、より好ましくは、10-5Pa〜10-4Paである。本発明において、「真空」とは、例えば、10-1Pa以下であって、好ましくは、0.5×10-1Pa〜10-1Paである。 In the present invention, “high vacuum” is 10 −2 Pa or less, preferably 10 −3 Pa to 10 −2 Pa, and more preferably 10 −5 Pa to 10 −4 Pa. . In the present invention, "vacuum", for example, there is 10 -1 Pa or less, preferably, 0.5 × 10 -1 Pa~10 -1 Pa .

以下に、本発明の細孔微粒子のガス吸着特性測定装置を、図1及び図2に示す一実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, a device for measuring gas adsorption characteristics of fine pore particles according to the present invention will be described based on an embodiment shown in FIGS.

図1に示すガス吸着特性測定装置1は、一定の磁場を発生するNMRマグネット5、測定試料である細孔微粒子6が含まれる試料管3をその内部に配置可能であり、前記測定試料6への信号の送信と前記測定試料6からの信号の受信とを行うNMRプローブ7、及び、前記NMRプローブ7が受信した信号を測定するNMR分光器8を含む核磁気共鳴装置2と、耐高真空コック9を備える管10に接続され気密制御が可能な前記試料管3と、前記NMRプローブ7内に配置された前記試料管3内の圧力制御を行う圧力調整部4とから構成されている。前記NMRプローブ7は、その内部に配置された前記試料管3内の温度を制御する温度調整部(図示せず)を備えており、前記圧力調整部4は、圧力計11、プローブ分子ガス供給源12、乾燥器13、及び、真空排気系(矢印14で示す)を含み、前記NMRプローブ7内に配置された前記試料管3は、前記耐高真空コック9を介して前記圧力調整部4と接続している。   The gas adsorption characteristic measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 can arrange an NMR magnet 5 that generates a constant magnetic field and a sample tube 3 containing fine pores 6 that are measurement samples in the measurement sample 6. A nuclear magnetic resonance apparatus 2 that includes an NMR probe 7 that transmits the signal and receives a signal from the measurement sample 6, a NMR spectrometer 8 that measures the signal received by the NMR probe 7, and a high vacuum resistance The sample tube 3 is connected to a tube 10 having a cock 9 and capable of airtight control, and a pressure adjusting unit 4 that controls the pressure in the sample tube 3 disposed in the NMR probe 7. The NMR probe 7 includes a temperature adjusting unit (not shown) that controls the temperature in the sample tube 3 disposed therein, and the pressure adjusting unit 4 includes a pressure gauge 11 and a probe molecular gas supply. The sample tube 3, which includes a source 12, a dryer 13, and an evacuation system (indicated by an arrow 14) and is disposed in the NMR probe 7, is connected to the pressure adjusting unit 4 via the high vacuum resistant cock 9. Connected.

図1の本発明のガス吸着特性測定装置1は、前記NMR分光器8が測定した信号データを処理するデータ処理部15、及び、制御部16を含む。制御部16は、核磁気共鳴装置2、前記温度調整部及び前記圧力調整部4の少なくとも1つの制御を行う。管10は、その一端において、前記試料管3と耐高真空ジョイント17により脱着自在に接続しており、他端において、前記圧力調整部4と耐高真空ジョイント18により脱着自在に接続している。また、前記圧力調整部4は、真空下、プローブ分子ガスによるパージなどのためのコック19〜23を備える。   1 includes a data processing unit 15 for processing signal data measured by the NMR spectrometer 8 and a control unit 16. The control unit 16 controls at least one of the nuclear magnetic resonance apparatus 2, the temperature adjustment unit, and the pressure adjustment unit 4. One end of the tube 10 is detachably connected to the sample tube 3 by a high vacuum resistant joint 17 and the other end is detachably connected to the pressure adjusting unit 4 by a high vacuum resistant joint 18. . The pressure adjusting unit 4 includes cocks 19 to 23 for purging with a probe molecular gas under vacuum.

本発明のガス吸着特性測定装置1の核磁気共鳴装置2におけるNMRマグネット5及びNMR分光器8は、公知の核磁気共鳴装置に含まれるものを使用できる。また、NMRプローブ7も、温度調整部を備えたNMRプローブを含むものであれば公知のものを使用することができ、また、当業者であれば、従来のNMRプローブに温度調整部を取り付けることは容易である。前記温度調節部の調節可能な温度範囲は、例えば、−70℃〜+70℃であって、好ましくは、−150℃〜+100℃である。データ処理部15及び制御部16としては、同一又は別個のコンピュータを使用できる。   As the NMR magnet 5 and the NMR spectrometer 8 in the nuclear magnetic resonance apparatus 2 of the gas adsorption property measuring apparatus 1 of the present invention, those included in a known nuclear magnetic resonance apparatus can be used. Also, the NMR probe 7 can be a known one as long as it includes an NMR probe having a temperature adjustment unit, and those skilled in the art can attach a temperature adjustment unit to a conventional NMR probe. Is easy. The adjustable temperature range of the temperature adjusting unit is, for example, −70 ° C. to + 70 ° C., and preferably −150 ° C. to + 100 ° C. As the data processing unit 15 and the control unit 16, the same or separate computers can be used.

図2は、本発明の前処理装置の一実施形態を示す。同図において、図1と同一部分には同一符号を付す。図2の前処理装置30は、前記試料管3をその内部に配置可能なヒーター31、及び、前記耐高真空コック9を介して前記試料管3と接続可能な高真空排気部32を含む。   FIG. 2 shows an embodiment of the pretreatment apparatus of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 2 includes a heater 31 capable of disposing the sample tube 3 therein, and a high vacuum evacuation unit 32 connectable to the sample tube 3 via the high vacuum resistant cock 9.

前記高真空排気部32は、高真空下で測定試料6を高温加熱するためのものであって、例えば、図2に示すとおり、冷却部33、液溜め34、耐高真空コック35、36、及び、高真空排気系37を含むものがあげられる。ヒーター31の高温加熱によって試料6から蒸発した水分を、冷却部33で冷却して液体又は固体とすることができる。前記液溜め34は、例えば、試料6から得られた水分量の測定に使用することができる。前処理した試料6を含む試料管3は、耐高真空コック9で気密状態を確保し、耐高真空ジョイント18で切り離してそのまま図1に示すガス吸着特性測定装置1に移すことができる。   The high vacuum exhaust unit 32 is for heating the measurement sample 6 at a high temperature under high vacuum. For example, as shown in FIG. 2, the cooling unit 33, the liquid reservoir 34, the high vacuum resistant cocks 35, 36, And the thing containing the high vacuum exhaust system 37 is mention | raise | lifted. The water evaporated from the sample 6 by the high-temperature heating of the heater 31 can be cooled by the cooling unit 33 to be liquid or solid. The liquid reservoir 34 can be used, for example, for measuring the amount of water obtained from the sample 6. The sample tube 3 including the pre-processed sample 6 can be kept airtight by the high vacuum resistant cock 9, separated by the high vacuum resistant joint 18, and directly transferred to the gas adsorption characteristic measuring apparatus 1 shown in FIG. 1.

細孔微粒子、とりわけ、ゼオライトやメソポーラスシリカ(メソ多孔体)のような細孔径の小さい材料では、空気中の湿気の吸着に起因して、129XeNMRなどのプローブ分子検出用NMRにより得られる表面特性が大きく変化又は劣化してしまうことを本発明者らは見出した(例えば、実施例1参照)。そこで、本発明のガス吸着特性測定装置1及び前処理装置2は、前処理からその後のプローブ分子検出用NMR測定までの間、測定試料6に外気を触れさせないことが可能な構造となっている。 Surface characteristics obtained by NMR for probe molecule detection such as 129 Xe NMR due to adsorption of moisture in the air for fine pore particles, especially materials with small pore diameters such as zeolite and mesoporous silica (mesoporous material) The present inventors have found that changes or deteriorates significantly (for example, see Example 1). Therefore, the gas adsorption property measuring device 1 and the pretreatment device 2 of the present invention have a structure that prevents the measurement sample 6 from being exposed to the outside air from the pretreatment to the subsequent NMR measurement for probe molecule detection. .

細孔材料を測定するための前処理としては、一般に、日本触媒学会が推奨する条件である、真空下又は不活性ガス流通下で300℃2時間以上の焼成があげられる。しかしながら、プローブ分子検出用NMRの測定データの信頼性の向上のためには、高真空下で行うことが重要である。したがって、図2の本発明の前処理装置に用いる試料管3、管10、ジョイント17、18、コック9、35、36、及び、その他の管や装置は、高真空条件に耐えうる必要があり、高真空排気系37は、高真空以上が可能な真空ポンプを含むことが好ましい。一方、図1の圧力調整部4における真空排気系14は、真空以上が可能であればよく、圧力調整部4の部材も、真空程度に耐えうるものが使用できる。図1及び図2に示す管10を含む管は、例えば、ガラス製のもの(例えば、パイレックス(登録商標)管)を使用してもよい。   Examples of the pretreatment for measuring the pore material generally include firing at 300 ° C. for 2 hours or more under a vacuum or inert gas flow, which is a condition recommended by the Catalytic Society of Japan. However, in order to improve the reliability of NMR measurement data for probe molecule detection, it is important to carry out under high vacuum. Therefore, the sample tube 3, the tube 10, the joints 17 and 18, the cocks 9, 35, and 36, and other tubes and devices used in the pretreatment apparatus of the present invention shown in FIG. 2 must be able to withstand high vacuum conditions. The high vacuum exhaust system 37 preferably includes a vacuum pump capable of high vacuum or higher. On the other hand, the evacuation system 14 in the pressure adjusting unit 4 of FIG. 1 only needs to be able to be vacuumed or higher, and the member of the pressure adjusting unit 4 that can withstand the degree of vacuum can be used. The tube including the tube 10 shown in FIGS. 1 and 2 may be made of glass (for example, Pyrex (registered trademark) tube).

試料管3の一実施態様を図3に示す。図3の試料管3は、先端部43と接続部42とから構成されている。同図において図1及び2と同一部分には同一符号を付す。先端部43は、通常のNMRの試料管として用いられるガラス管と同じ組成及び形態であってよい。例えば、外径約3〜15mm、肉厚0.2〜0.6mmのガラス管を使用できる。前記接続部42は、ジョイント17との接続のためより肉厚であることが好ましく、例えば、肉厚1.0〜2.0mmであることが好ましい。また、図3の試料管3は、標準試料保持部41を備えることが好ましい。これにより、前処理の高温加熱処理に耐えることが出来ない較正用標準試料のアンプル40を試料管3内のヒーター31内に入らない位置に存在させつつ、測定試料6の前処理をすることが可能となる。前処理の後、前記標準試料アンプル40を測定試料6へ埋没するように移動させ、試料管3をNMRプローブ7内に配置して測定することで、後述するとおり、信号の較正が可能となる。前記標準試料保持部41の形状は、垂直又は傾斜した試料管3内において標準試料アンプル40を一時的に保持できる形状であれば、特に制限されない。   One embodiment of the sample tube 3 is shown in FIG. The sample tube 3 in FIG. 3 includes a distal end portion 43 and a connection portion 42. In the figure, the same parts as those in FIGS. The tip portion 43 may have the same composition and form as a glass tube used as a normal NMR sample tube. For example, a glass tube having an outer diameter of about 3 to 15 mm and a wall thickness of 0.2 to 0.6 mm can be used. The connecting portion 42 is preferably thicker for connection with the joint 17, and preferably has a thickness of 1.0 to 2.0 mm, for example. Further, the sample tube 3 of FIG. 3 preferably includes a standard sample holder 41. Thus, the measurement sample 6 can be pretreated while the ampule 40 of the calibration standard sample that cannot withstand the high temperature heat treatment of the pretreatment is present at a position that does not enter the heater 31 in the sample tube 3. It becomes possible. After pre-processing, the standard sample ampoule 40 is moved so as to be buried in the measurement sample 6, and the sample tube 3 is placed in the NMR probe 7 for measurement, thereby enabling signal calibration as will be described later. . The shape of the standard sample holder 41 is not particularly limited as long as the standard sample ampoule 40 can be temporarily held in the vertical or inclined sample tube 3.

前処理後、真空状態でNMRプローブ7内に配置された試料管3にガス供給源12から乾燥器13を通してプローブ分子ガスを導入する。前記乾燥器13を通すことでプローブ分子ガスに湿気が含まれていた場合にも試料への混入を防ぐことができる。よって、前記圧力調整部4は、乾燥器13を備えることが好ましい。但し、プローブ分子ガスとして炭酸ガスを使用する場合は、後述するような乾燥剤と反応するので、乾燥器13を通さないでガスを供給することが好ましい。前記プローブ分子ガス供給源12は、プローブ分子ガス又は超偏極のプローブ分子ガスを供給できるものであれば、特に制限されない。前記乾燥器13は、例えば、KとNaとの合金であって液状化したもの、あるいは、市販の強力ガス乾燥セット(商品名 ミニファインピューラー、(株)リキッドガス社製)などが使用できる。圧力計11は、特に制限されず、例えば、デジタル圧力計又はその他の圧力計を使用できる。図1における乾燥器13のバイパスは、また、例えば、測定前のプローブ分子ガスを配管内に充満させて配管内面に付着した痕跡の水分のパージ(除去)にガス供給源12のガスを直接利用することを可能とする。   After the pretreatment, the probe molecular gas is introduced from the gas supply source 12 through the dryer 13 into the sample tube 3 disposed in the NMR probe 7 in a vacuum state. By passing the dryer 13, it is possible to prevent the sample molecular gas from being mixed even when moisture is contained in the probe molecular gas. Therefore, it is preferable that the pressure adjusting unit 4 includes a dryer 13. However, when carbon dioxide is used as the probe molecular gas, it reacts with a desiccant as described later, and therefore it is preferable to supply the gas without passing through the dryer 13. The probe molecule gas supply source 12 is not particularly limited as long as it can supply a probe molecule gas or a hyperpolarized probe molecule gas. As the dryer 13, for example, an alloy of K and Na liquefied or a commercially available strong gas drying set (trade name: Mini Fine Purer, manufactured by Liquid Gas Co., Ltd.) can be used. The pressure gauge 11 is not particularly limited, and for example, a digital pressure gauge or other pressure gauge can be used. The bypass of the dryer 13 in FIG. 1 also directly uses the gas of the gas supply source 12 for purging (removing) trace moisture adhering to the inner surface of the pipe by filling the probe molecular gas before the measurement into the pipe, for example. It is possible to do.

したがって、その他の態様において、本発明は、測定試料である細孔微粒子6を、気密制御が可能な試料管3内で、高真空下で加熱して前処理する工程、前記試料管3の気密状態を維持したまま、前記試料管3を核磁気共鳴装置2のNMRプローブ7内に配置する工程、前記NMRプローブ7に配置された前記試料管3にプローブ分子ガスを導入して圧力の調整を行う工程、前記試料管3を前記NMRプローブ7にセットしたまま前記プローブ分子ガスの圧力を調整し、少なくとも2点の圧力で核磁気共鳴の測定を行う工程、及び、前記核磁気共鳴装置2で測定した信号データを処理する工程、を含むガス吸着特性測定方法である。本発明のガス吸着特性測定方法は、本発明のガス吸着特性測定装置を用いて行うことができる。プローブ分子ガスを導入して圧力の調整を行う前記工程においては、上述したとおり、プローブ分子ガスとして炭酸ガス以外のものを使用する場合には、乾燥器13を通して前記プローブ分子ガス導入することが好ましい。   Therefore, in another aspect, the present invention provides a step of pre-treating the fine pores 6 as a measurement sample by heating them under high vacuum in a sample tube 3 capable of airtight control, While maintaining the state, the step of arranging the sample tube 3 in the NMR probe 7 of the nuclear magnetic resonance apparatus 2, and introducing the probe molecular gas into the sample tube 3 arranged in the NMR probe 7 to adjust the pressure. A step of adjusting the pressure of the probe molecular gas while the sample tube 3 is set on the NMR probe 7 and measuring nuclear magnetic resonance at at least two pressures; and the nuclear magnetic resonance apparatus 2 A method for measuring gas adsorption characteristics, including a step of processing measured signal data. The gas adsorption characteristic measuring method of the present invention can be performed using the gas adsorption characteristic measuring apparatus of the present invention. In the step of adjusting the pressure by introducing the probe molecular gas, the probe molecular gas is preferably introduced through the dryer 13 when the probe molecular gas other than carbon dioxide is used as described above. .

つぎに、本発明における前処理の方法について説明する。前処理は、上述のとおり、例えば、図2の前処理装置を用いて行うことができる。前処理における試料管内の圧力としては、例えば、10-2Pa以下であって、好ましくは、10-4Pa〜10-2Pa、より好ましくは、10-5Pa〜10-4Paである。測定試料を加熱する温度としては、例えば、300℃であって、好ましくは、300℃〜400℃、より好ましくは、400℃である。また、前記温度を加熱する時間としては、例えば、5時間以上であって、好ましくは、5時間〜8時間、より好ましくは、8時間である。前記試料管に配置する測定試料の量としては、10mg〜200mgであって、好ましくは、30mg〜150mg、より好ましくは、100mg〜150mgである。但し、この試料の量は、送受信コイルの範囲を越えない程度が好ましい。また、超偏極希ガスを用いた場合は、前記試料の量を1/10以下にすることができる。 Next, a preprocessing method in the present invention will be described. As described above, the preprocessing can be performed using, for example, the preprocessing apparatus of FIG. The pressure in the sample tube in the pretreatment is, for example, 10 −2 Pa or less, preferably 10 −4 Pa to 10 −2 Pa, more preferably 10 −5 Pa to 10 −4 Pa. As temperature which heats a measurement sample, it is 300 degreeC, for example, Preferably, it is 300 to 400 degreeC, More preferably, it is 400 degreeC. Moreover, as time to heat the said temperature, it is 5 hours or more, for example, Preferably, it is 5 to 8 hours, More preferably, it is 8 hours. The amount of the measurement sample placed in the sample tube is 10 mg to 200 mg, preferably 30 mg to 150 mg, more preferably 100 mg to 150 mg. However, it is preferable that the amount of the sample does not exceed the range of the transmission / reception coil. When the hyperpolarized noble gas is used, the amount of the sample can be reduced to 1/10 or less.

以下に、本発明における較正用標準試料及びそれを用いたNMR信号強度の較正方法を、プローブ分子ガスとしてXeガスを使用した実施態様を用いて説明する。   Hereinafter, a calibration standard sample and a method for calibrating NMR signal intensity using the same in the present invention will be described using an embodiment using Xe gas as a probe molecule gas.

NMR信号強度は、スペクトル強度であれFIDやエコー信号であれ、飽和の影響のない理想条件下で測定すれば受信コイル中の対象スピンの数に比例するので、スピン数を較正できる試料を作成しておけば、スピン数の絶対量を計測できる。Xeを用いた吸着表面積の測定では、一定量のサンプルに吸着されたXeの数を信号強度から求め、それに1個のXe原子に相当する断面積を掛けることで、吸着表面積を得ることが出来る。但し、1層吸着で表面が完全に覆われたとき、即ち被覆率θ=1のとき、の信号強度を実験結果から得る必要がある。信号強度の較正用標準試料が満たすべき条件としては、下記1)〜4)があげられる。
1)試料管を交換して測定試料と較正用標準試料を別々に測定するのではなく、較正用標準試料と測定試料とを一緒に試料管の中に入れる。同時に測定する方が、較正精度が高くなり好ましいからである。
2)較正用標準試料は、測定試料の前処理の段階でNMR試料管内に一緒に入れておき、前処理後は測定試料を空気に触れさせないで、そのままNMR測定に供する。前処理の効果を失うのを防ぐことができるからである。
3)較正用標準試料は、ガス信号(0ppm)に信号を与えないものがよい。また、測定試料の吸着信号と重ならないものがよい。測定試料の129XeNMR観察時には、Xeガスを充填しているので、通常は吸着信号の他にガス信号も観察されるため、ガス信号を較正用標準試料とすると、充填されたガス信号と重なってしまうので較正が困難となるからである。但し、後述するとおり、波形処理(例えば、デコンボルーションなど)を用いて両者の信号を明確に分離できる場合には、信号に重なりがあっても、有効に較正用標準試料として活用できる。
4)較正用標準試料のXe濃度が正確に予測できること。
The NMR signal intensity, whether spectral intensity, FID or echo signal, is proportional to the number of target spins in the receiving coil when measured under ideal conditions without the influence of saturation. If so, the absolute number of spins can be measured. In the measurement of the adsorption surface area using Xe, the adsorption surface area can be obtained by calculating the number of Xe adsorbed on a certain amount of sample from the signal intensity and multiplying it by the cross-sectional area corresponding to one Xe atom. . However, it is necessary to obtain the signal intensity from the experimental results when the surface is completely covered by single-layer adsorption, that is, when the coverage ratio θ = 1. The following conditions 1) to 4) are listed as conditions to be satisfied by the signal intensity calibration standard sample.
1) Instead of exchanging the sample tube and measuring the measurement sample and the calibration standard sample separately, the calibration standard sample and the measurement sample are put together in the sample tube. This is because it is preferable to measure at the same time because the calibration accuracy becomes higher.
2) The calibration standard sample is put together in the NMR sample tube at the stage of the pretreatment of the measurement sample, and after the pretreatment, the measurement sample is directly subjected to NMR measurement without being exposed to air. This is because loss of the effect of the pretreatment can be prevented.
3) The calibration standard sample should not give a signal to the gas signal (0 ppm). Moreover, the thing which does not overlap with the adsorption | suction signal of a measurement sample is good. At the time of 129 Xe NMR observation of the measurement sample, since Xe gas is filled, gas signals are usually observed in addition to the adsorption signal. Therefore, if the gas signal is a standard sample for calibration, it overlaps with the filled gas signal. This is because calibration becomes difficult. However, as will be described later, when both signals can be clearly separated using waveform processing (for example, deconvolution), even if the signals overlap, they can be effectively used as a calibration standard sample.
4) The Xe concentration of the calibration standard sample can be accurately predicted.

以上の条件を満たす較正用標準試料としては、包接されたXeの溶液があげられる。単純にガスを溶媒に吹き込んで溶かしただけのものでは、濃度が確定せず、後述するとおり、別途、特別な方法で較正する必要がある。包接の相手であるゲスト分子としては、特に制限されないが、例えば、α−シクロデキストリンやクリプトファンA、あるいは、カリックスアレンがあげられる。カリックスアレンは、水溶液中におけるXeとの包接現象がNMRで詳しく調べられている(J.Fukutomi et al.,J.Incl.Phen.Macrocyc.Chem.,published online,2006)という点で好ましい。また、クリプトファンAは、平衡定数の大きさが3000l/mol以上という点で好ましい。したがって、本発明における較正用標準試料としては、濃度を測定したゲスト分子溶液(α‐シクロデキストリンは水、クリプトファンAは有機溶媒)にXeガスを吹き込んで一定量をガラスアンプルに封入したものがあげられる。   An example of the calibration standard sample that satisfies the above conditions is an Xe solution encapsulated. If the gas is simply blown into the solvent and dissolved, the concentration cannot be determined, and it is necessary to calibrate by a special method separately as described later. The guest molecule which is an inclusion partner is not particularly limited, and examples thereof include α-cyclodextrin, cryptophan A, and calixarene. Calixallene is preferable in that the inclusion phenomenon with Xe in an aqueous solution has been examined in detail by NMR (J. Fukutomi et al., J. Inc1. Phen. Macrocyc. Chem., Published online, 2006). Cryptophan A is preferable in that the equilibrium constant is 3000 l / mol or more. Therefore, the standard sample for calibration in the present invention is one in which Xe gas is blown into a guest molecule solution (α-cyclodextrin is water and cryptophan A is an organic solvent) whose concentration is measured, and a certain amount is enclosed in a glass ampule. can give.

以下に、Xeを包接したカリックスアレンのガラスアンプル内のXe総濃度を求める一例を示す。Xeとカリックスアレン(以下の式ではCDと略記)は、1:1の包接錯体が形成されるから、Xe+CD=Xe・CDとなる。この平衡定数をKとすると、下記式[4]となり、129XeNMRの観察化学シフトδobsは、下記式[5]となるから、両式から下記式[6]が得られる。 An example of determining the total Xe concentration in a glass ampoule of calixarene clathrated with Xe is shown below. Since Xe and calixarene (abbreviated as CD in the following formula) form a 1: 1 inclusion complex, Xe + CD = Xe · CD. When this equilibrium constant is K, the following formula [4] is obtained, and the observed chemical shift δ obs of 129 XeNMR is given by the following formula [5], so the following formula [6] is obtained from both formulas.

Figure 2008203154
Figure 2008203154

ここで、上記式[5]及び[6]において、δXe及びδXe・CDは、それぞれ、遊離のXe及び包接されたXeの溶液中の化学シフトである。25℃の水溶液中では、δXe=182ppm、δXe・CD=135ppmであり、[Xe]=4.37mMであるので、較正用標準試料のδobsから上記式[6]を用いて[Xe・CD]が求まり、その結果、Xeの総濃度を、[Xe]+[Xe・CD]から求めることができる。 Here, in the above formulas [5] and [6], δ Xe and δ Xe · CD are chemical shifts in the solution of free Xe and clathrate Xe, respectively. In an aqueous solution at 25 ° C., δ Xe = 182 ppm, δ Xe · CD = 135 ppm, and [Xe] = 4.37 mM. Therefore, [Xe] is calculated from δ obs of the calibration standard sample using the above equation [6]. CD] is obtained, and as a result, the total concentration of Xe can be obtained from [Xe] + [Xe · CD].

その他の較正用標準試料の実施形態として、溶媒にプローブ分子を溶かしただけの溶液を所定量ガラスアンプルに封入したものがあげられる。このような較正用標準試料を使用する場合、予め、例えば、上記包接体の溶液の一定量と一緒にNMR試料管中に入れ、信号強度比から溶媒に溶けているプローブ分子濃度を求めるなどして、アンプル内のプローブ分子濃度を測定しておく。あるいは、このようにしてプローブ分子濃度を測定されたガラスアンプルを本発明の較正用標準試料として使用してもよい。129Xe、3He、19F、13C、15Nなどのプローブ分子に含まれる核種に対応して、適切なプローブ分子が溶解した較正用標準試料を選択して使用できる。 As another embodiment of the calibration standard sample, a solution in which a probe molecule is simply dissolved in a solvent is sealed in a glass ampule. When using such a calibration standard sample, for example, put it in an NMR sample tube together with a certain amount of the above clathrate solution, and obtain the concentration of the probe molecule dissolved in the solvent from the signal intensity ratio, etc. Then, the probe molecule concentration in the ampoule is measured. Or you may use the glass ampule by which the probe molecule concentration was measured in this way as a calibration standard sample of this invention. A calibration standard sample in which an appropriate probe molecule is dissolved can be selected and used corresponding to the nuclide contained in the probe molecule such as 129 Xe, 3 He, 19 F, 13 C, and 15 N.

本発明の較正用標準試料アンプルは、さらに、ラジカル等の緩和試薬を含むことが好ましい。信号強度の正確な測定には緩和時間(T1)への配慮が必要であり、繰り返し測定の待ち時間をT1の10倍程度長くしないと飽和の影響で強度に歪みが生じる。ここで較正に用いる包接体のXeのT1が20秒程度に長いことが問題となる。そこで、ラジカル等の緩和試薬を添加することで、緩和時間を短くすることができる。包接体を用いた較正用標準試料の場合は、前記緩和試薬としては、特に制限されないが、例えば、比較的分子径の大きいニトロキシドラジカル(TEMPO、又は、3−carbamoyl−PROXYL)などがあげられる。Mn2+などの常磁性金属イオンのように包接体に取り込まれるものは不都合な場合がある。また、特定の溶媒に溶かしたXeやHeなどのプローブ分子を較正標準試料とする場合には、前記緩和試薬としては、例えば、Cr(acac)2、Fe(acac)3、Cr(dpm)3などの常磁性緩和試薬があげられる。 The calibration standard sample ampoule of the present invention preferably further includes a relaxation reagent such as a radical. Consideration of relaxation time (T 1 ) is necessary for accurate measurement of signal strength. If the waiting time for repeated measurement is not made about 10 times longer than T 1 , the strength is distorted due to saturation. Here, there is a problem that T 1 of Xe of the clathrate used for calibration is as long as about 20 seconds. Therefore, the relaxation time can be shortened by adding a relaxation reagent such as a radical. In the case of a calibration standard sample using an inclusion body, the relaxation reagent is not particularly limited, and examples thereof include a nitroxide radical (TEMPO or 3-carbamoyl-PROXYL) having a relatively large molecular diameter. . Those incorporated into the clathrate, such as paramagnetic metal ions such as Mn 2+, may be inconvenient. When a probe molecule such as Xe or He dissolved in a specific solvent is used as a calibration standard sample, examples of the relaxation reagent include Cr (acac) 2 , Fe (acac) 3 , Cr (dpm) 3. And paramagnetic relaxation reagents.

ガラスアンプルの形態の較正用標準試料は、前処理の段階で測定試料に加えることは困難である。なぜなら、前処理は、上述のとおり非常に高温で行われるからである。したがって、前処理段階では、例えば、前記標準試料保持部などに配置して前記アンプルが高温加熱部に入らないようにしておくことが好ましい。そして、前処理後に、試料管の気密状態を保ったまま、前記アンプルを測定試料中へ移動させることが好ましい。   It is difficult to add a calibration standard sample in the form of a glass ampoule to a measurement sample in the pretreatment stage. This is because the pretreatment is performed at a very high temperature as described above. Therefore, in the pretreatment stage, for example, it is preferable that the ampoule is placed in the standard sample holder or the like so that the ampoule does not enter the high temperature heating unit. After the pretreatment, it is preferable to move the ampoule into the measurement sample while keeping the airtight state of the sample tube.

本発明において、前記較正用標準試料を使用する場合、プローブ分子検出用NMRの分解能調整を行ってもよい。すなわち、前記試料管を前記NMRプローブに配置してプローブ分子ガスを導入した段階で、前記較正用標準試料中の水(溶媒)信号を用いて1H−NMRにより分解能の調整を行う。例えば、1H−NMRの水(溶媒)信号がシャープで強くなるように分解能調整用パラメータを調節する。当業者であれば、この工程により、NMRの分解能を簡単に向上させることができる。 In the present invention, when the calibration standard sample is used, the resolution of NMR for probe molecule detection may be adjusted. That is, at the stage where the sample tube was introduced probe molecule gas is disposed in the NMR probe, to adjust the resolution by 1 H-NMR with water (solvent) signal of the calibration standard samples. For example, the resolution adjustment parameter is adjusted so that the water (solvent) signal of 1 H-NMR is sharp and strong. A person skilled in the art can easily improve the resolution of NMR by this step.

本発明のガス吸着特性測定方法におけるデータ収集までの工程の流れの一例を図4に示す。なお、較正用標準試料を用いない場合には、*の印を付した同図のST2、4、7、11は行わなくてよい。ST10は、測定圧力点が、例えば、5〜50点、好ましくは、10〜40点、さらに好ましくは、15〜30点となるまで繰り返すことが好ましい。 An example of the flow of steps up to data collection in the gas adsorption characteristic measuring method of the present invention is shown in FIG. Incidentally, in the case of not using the calibration standard sample may not perform the ST2,4,7,11 in the diagram marked with the *. ST10 is preferably repeated until the measurement pressure point is, for example, 5 to 50 points, preferably 10 to 40 points, and more preferably 15 to 30 points.

プローブ分子検出用NMRの化学シフトの測定のためには、FID(自由誘導減衰)又はエコー信号データを取り込んだ後、フーリエ変換してスペクトルを得る必要がある。信号強度のみを測定する場合は、このフーリエ変換は省略し、FID又はエコー信号から信号強度を定量することが可能である。したがって、NMR分光器がフーリエ変換の機能を備えてなくても信号強度のデータのみを使用して、吸着のエンタルピーやエントロピーを評価できる。例えば、FID又はエコー信号から信号強度を得て、後述するように、前記信号強度の測定から吸着の平衡定数を評価し、その温度依存性から吸着のエンタルピーやエントロピーを評価できる。   In order to measure the chemical shift of NMR for probe molecule detection, it is necessary to obtain a spectrum by taking FID (free induction decay) or echo signal data and then performing Fourier transform. When only the signal intensity is measured, the Fourier transform can be omitted, and the signal intensity can be quantified from the FID or the echo signal. Therefore, even if the NMR spectrometer does not have a Fourier transform function, the adsorption enthalpy and entropy can be evaluated using only the signal intensity data. For example, the signal intensity is obtained from the FID or echo signal, and as will be described later, the adsorption equilibrium constant is evaluated from the measurement of the signal intensity, and the enthalpy and entropy of the adsorption can be evaluated from the temperature dependence.

一方、本発明においては、観察したプローブ分子の化学シフトから吸着エネルギーを評価することができる。その場合、本発明のガス吸着特性測定装置のデータ処理部及び本発明のガス吸着特性測定方法のデータ処理工程において、吸着固有化学シフトδaの温度依存性を考慮することが好ましい。具体的には、吸着系のプローブ分子の化学シフトの圧力依存性に着目し、一定温度条件下で複数の圧力におけるプローブ分子の化学シフトを測定し、後述する下記式[10]でその温度における吸着固有化学シフトδaを求める(図5のST1)。測定圧力点としては、上述のとおり、例えば、5〜50点、好ましくは、10〜40点、さらに好ましくは、15〜30点である。次に、複数の温度において、同様に吸着固有化学シフトδaを求める(図5のST2)。測定温度点としては、例えば、5〜50点、好ましくは、10〜40点、さらに好ましくは、15〜30点である。そして、δaの温度依存性を、例えば、δa(T)=aT+b(Tは温度、a,bは定数)などのような式で表す(図5のST3)。これにより、例えば、吸着固有化学シフトδaの温度依存性を考慮した上で吸着エネルギーを評価することが可能となる。なお、δaの温度依存性の式は、一次式に限定されない。 On the other hand, in the present invention, the adsorption energy can be evaluated from the observed chemical shift of the probe molecule. In that case, it is preferable to consider the temperature dependence of the adsorption intrinsic chemical shift δ a in the data processing section of the gas adsorption property measuring apparatus of the present invention and the data processing step of the gas adsorption property measuring method of the present invention. Specifically, paying attention to the pressure dependence of the chemical shift of the probe molecule in the adsorption system, the chemical shift of the probe molecule at a plurality of pressures is measured under a constant temperature condition, and the following equation [10], which will be described later, at that temperature The adsorption intrinsic chemical shift δ a is obtained (ST1 in FIG. 5). As mentioned above, the measurement pressure point is, for example, 5 to 50 points, preferably 10 to 40 points, and more preferably 15 to 30 points. Next, the adsorption intrinsic chemical shift δ a is similarly determined at a plurality of temperatures (ST2 in FIG. 5). The measurement temperature point is, for example, 5 to 50 points, preferably 10 to 40 points, and more preferably 15 to 30 points. Then, the temperature dependence of [delta] a, for example, δ a (T) = aT + b (T is the temperature, a, b are constants) expressed by the formula, such as (ST3 in FIG. 5). Thus, for example, it is possible to evaluate the adsorption energy in consideration of the temperature dependency of adsorption specific chemical shifts [delta] a. Note that the equation for the temperature dependence of δ a is not limited to a linear equation.

プローブ分子の化学シフトの圧力依存性の解析から吸着固有化学シフトδaを求める方法における基本式である下記式[10]の誘導は、以下のとおりである。なお、以下では、プローブ分子として129Xeを使用した態様で説明する。 Induction of formula from the analysis of the pressure dependence of the chemical shifts of the probe molecule is a basic formula in a method for determining the adsorption specific chemical shifts [delta] a [10] are as follows. In the following description, 129 Xe is used as the probe molecule.

細孔内でXe原子が、図6に示すように、ガス状(V)と細孔表面の吸着状態(a)との間で早い平衡関係がある場合、観察化学シフトδobsは、下記式[7]のように、両状態の固有化学シフトの加重平均として与えられる。同式において、nは両状態にあるスピン(Xe)の数を表し、δfはガス状のXeの固有化学シフトを表す。下記式[7]から下記式[8]が導かれる。下記式[8]において、ρはXeの濃度を表し、Vはガス相の容積を表し、Aは吸着表面積を表し、DXeはXe原子の直径を表す。下記式[8]の右辺の最後の等号は、ρv/ρa=K、及び、(V−ADXe)/ADXe=Cと置いて得られたものであり、Cは、細孔の幾何学因子を表す。Kは、ガス相と吸着相との間のXeの濃度比であり、分配係数(Henry定数)に相当する。下記式[8]の対数をとり、圧力Pで微分すると、下記式[9]が得られる。このとき、吸着エネルギーが、ΔE=−RTlnKであり、その微分圧力が、容積変化ΔVであること(dΔE/dP=ΔV)を利用した。下記式[9]を積分して指数をとることにより、下記式[10]が得られる。このとき、ガス相の化学シフトの基準として、δf=0とした。また、constは、積分のときの定数を表す。 Xe atoms in the pores, as shown in FIG. 6, if earlier equilibrium relationship between the adsorption state of gaseous (V) and pore surfaces (a), observed chemical shifts [delta] obs is the following formula As in [7], it is given as a weighted average of the intrinsic chemical shifts of both states. In the equation, n represents the number of spins (Xe) in the both states, [delta] f represents a unique chemical shifts of gaseous Xe. The following formula [8] is derived from the following formula [7]. In the following formula [8], ρ represents the concentration of Xe, V represents the volume of the gas phase, A represents the adsorption surface area, and D Xe represents the diameter of the Xe atom. The last equal sign on the right side of the following formula [8] is obtained by placing ρ v / ρ a = K and (V−AD Xe ) / AD Xe = C, where C is the pore size. Represents the geometric factor of. K is a concentration ratio of Xe between the gas phase and the adsorption phase, and corresponds to a distribution coefficient (Henry constant). Taking the logarithm of the following formula [8] and differentiating with the pressure P, the following formula [9] is obtained. At this time, the fact that the adsorption energy is ΔE = −RTlnK and the differential pressure is the volume change ΔV (dΔE / dP = ΔV) was used. The following formula [10] is obtained by integrating the following formula [9] and taking an index. At this time, δ f = 0 was set as a reference for the chemical shift of the gas phase. Const represents a constant at the time of integration.

Figure 2008203154
Figure 2008203154

なお、参考までに、上記式[8]の対数をとり、温度1/Tで微分すると、上記式[2]が得られる。上記式[2]を積分して指数をとり、δf=0と置いて変形すると、下記式[11]となり、ΔE=−ΔHとすると(ΔHは吸着熱で符号は正)、上記式[1]が得られる。但し、[1]式では分母の指数の前にT-1/2が付いている。これは[1]式の誘導の中で、Henry定数の温度依存性をK=K0ΔH/RT/T1/2の形で表したことによるものであり、より簡単な形でK=K0ΔH/RTと表すとT-1/2は省略される。 For reference, the above formula [2] is obtained by taking the logarithm of the above formula [8] and differentiating it at the temperature 1 / T. When the above formula [2] is integrated to take an index and transformed by setting δ f = 0, the following formula [11] is obtained, and ΔE = −ΔH (ΔH is heat of adsorption and the sign is positive), the above formula [ 1] is obtained. However, in equation [1], T -1/2 is added before the denominator index. This is because the temperature dependence of the Henry constant is expressed in the form of K = K 0 e ΔH / RT / T 1/2 in the derivation of the equation [1]. In a simpler form, K = T -1/2 is omitted when expressed as K 0 e ΔH / RT .

Figure 2008203154
Figure 2008203154

吸着固有化学シフトδaの温度依存性を考慮して吸着エネルギーを求める工程の一例を図5に示す。上述のようにして温度依存化学シフトデータδobs及びδa(T)=aT+bを得た後(図5のST1〜ST3)、上記式[2]を適用してΔEを導出し(図5のST4)、及び/又は、上記式[1]を適用してΔHを導出することができる(図5のST5)。具体的には、上記式[2]を適用する場合、[2]式を積分し、ガス状態の化学シフトδf=0とした下記式[2’]を利用し、左辺の値を1/Tに対してプロットした傾斜からΔEを求めることができる。また、上記式[1]を適用する場合、[1]式を変形した下記式[1’]を利用し、左辺の値を1/Tに対してプロットした傾斜からΔHを求めることができる。 An example of a step of obtaining an adsorption energy in consideration of the temperature dependency of adsorption specific chemical shifts [delta] a shown in FIG. After obtaining temperature-dependent chemical shift data δ obs and δ a (T) = aT + b as described above (ST1 to ST3 in FIG. 5), ΔE is derived by applying the above equation [2] (FIG. 5). ST4) and / or ΔH can be derived by applying the above equation [1] (ST5 in FIG. 5). Specifically, when the above formula [2] is applied, the formula [2] is integrated and the chemical shift δ f = 0 of the gas state is used. ΔE can be determined from the slope plotted against T. Further, when the above formula [1] is applied, ΔH can be obtained from the slope obtained by plotting the value of the left side against 1 / T using the following formula [1 ′] obtained by modifying the formula [1].

Figure 2008203154
Figure 2008203154

吸着エネルギーを求める基本式には、上述したHenry(ヘンリー)型吸着式(上記式[2])の他、DR解析や、Langmuir(ラングミュア)型吸着式を利用することができる。DR解析は細孔に埋め込み型で吸着が起こるとするモデルであり、Langmuir型は平面的な吸着面に飽和形で吸着が進行するモデル、また、Henry型はHenryの法則で代表されるようにガス濃度に比例した吸着が起こるとするモデルである。この他、平面的に多層吸着が起こるとするBET型の吸着モデルがある。これらのモデルをNMRに適用する場合、吸着量の相対的変化は吸着ピークの信号強度変化に置き換えることができるが、飽和などの強度データをひずませる要因を避けた条件下での測定が必須である。一方、吸着ピークの化学シフトは、ピーク面積より高精度で測定できるので、化学シフトデータをこれらの吸着モデルに適用する方法が確立されれば、そのメリットは非常に大きい。超偏極希ガスを用いることにより、化学シフトが高感度で迅速に測定できるので、この点でも化学シフトからの解析法の確立の意義は大きい。後述する実施例では、BET型以外の上記3つのモデルに適用させた例を示す。また、較正用標準試料から得た較正用データを用いたデータ吸着表面積の評価方法についても、後述の実施例で説明する。しかしながら、本発明のガス吸着特性測定装置のデータ処理部及び本発明のガス吸着特性測定方法のデータ処理工程において、化学シフトデータ、信号強度データ、及び、較正用データの処理方法は、これらに制限されず、当業者であれば、これら以外の公知の処理方法を適用でき、必要に応じて前記データ処理部用のプログラムとすることができる。   In addition to the above-described Henry type adsorption formula (the above formula [2]), DR analysis or a Langmuir type adsorption formula can be used as the basic formula for obtaining the adsorption energy. The DR analysis is a model in which adsorption occurs in a pore-embedded type, the Langmuir type is a model in which adsorption proceeds in a saturated form on a planar adsorption surface, and the Henry type is represented by Henry's law. This is a model in which adsorption proportional to the gas concentration occurs. In addition, there is a BET type adsorption model in which multilayer adsorption occurs in a plane. When these models are applied to NMR, the relative change in the amount of adsorption can be replaced by a change in the signal intensity of the adsorption peak, but measurement under conditions that avoid the distortion of intensity data such as saturation is essential. is there. On the other hand, the chemical shift of the adsorption peak can be measured with higher accuracy than the peak area. Therefore, if a method of applying chemical shift data to these adsorption models is established, the merit is very large. By using a hyperpolarized noble gas, the chemical shift can be measured quickly with high sensitivity, and in this respect as well, the establishment of an analysis method from the chemical shift is significant. In an embodiment described later, an example applied to the above three models other than the BET type is shown. A method for evaluating the data adsorption surface area using calibration data obtained from a calibration standard sample will also be described in the examples described later. However, in the data processing unit of the gas adsorption characteristic measuring apparatus of the present invention and the data processing step of the gas adsorption characteristic measuring method of the present invention, the processing methods of chemical shift data, signal intensity data, and calibration data are limited to these. However, those skilled in the art can apply known processing methods other than these, and the program for the data processing unit can be used as necessary.

本発明は、例えば、細孔微粒子を含む製品の開発や製造の段階で、その製品の細孔表面特性の解析や評価に利用できる。例えば、パウダー化粧品の肌触り、白さ、輝きなどの特性を改良する場合、細孔表面特性を分析して比較することにより、改良の指針が得られる場合がある。また、例えば、ゼオライト工業においても、触媒や反応媒介として新たに開発した製品の特性解析に応用でき、さらなる開発を促進できる。さらに、製造段階においても、例えば、製品の品質確認に使用できる。したがって、本発明は、さらにその他の態様において、本発明のガス吸着特性測定装置、及び/又は、本発明のガス吸着特性測定方法を用い、細孔微粒子のガス吸着特性を測定する工程を含む細孔微粒子を含む製品の製造方法である。前記細孔微粒子を含む製品としては、特に制限されず、例えば、化粧品、触媒、脱臭剤や化学センサーなどの化学吸着剤などがあげられる。   The present invention can be used for analysis and evaluation of pore surface characteristics of a product including, for example, a product containing pore fine particles at the stage of development and production. For example, when improving characteristics such as the touch, whiteness, and brightness of powder cosmetics, an improvement guideline may be obtained by analyzing and comparing pore surface characteristics. In addition, for example, in the zeolite industry, it can be applied to the characteristic analysis of a product newly developed as a catalyst or reaction medium, and further development can be promoted. Furthermore, it can also be used, for example, for product quality confirmation at the manufacturing stage. Accordingly, the present invention, in yet another aspect, includes a step of measuring the gas adsorption characteristics of the fine pore particles using the gas adsorption characteristic measurement device of the present invention and / or the gas adsorption characteristic measurement method of the present invention. It is a manufacturing method of a product containing pore fine particles. The product containing the fine pore particles is not particularly limited, and examples thereof include cosmetics, catalysts, chemical adsorbents such as deodorizers and chemical sensors.

以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。なお、下記実施例では、Xeガスを用いているが、本発明においてプローブ分子ガスは、Xeガスに限定されない。   The present invention will be further described below using examples. In the following examples, Xe gas is used. However, in the present invention, the probe molecule gas is not limited to Xe gas.

(前処理後に試料を空気にさらすことの影響の確認・1)
約100mgのゼオライト試料(商品名:ゼオラムF9、東ソー(株)製)を外径10mmの試料管に一定量を測りとり、真空に接続し10-3Paより高真空下で2〜3時間かけてゆっくり300℃まで昇温させ、300℃に8時間保って前処理した。この試料を129XeNMR測定した結果、図7Aのような化学シフトが得られた。次に、上記条件で前処理したゼオライト試料を、較正用標準試料が入った別の試料管に移し替え、室温で3時間、10-3Paの高真空に保持した後、129XeNMR測定した。その結果を図7Bに示す。図7Bに示すとおり、高真空、高温下での前処理の後に試料の詰め替えを行った場合、その後、室温で前処理をしても、ピークの分裂と15ppm以上のピークのズレが観察された。なお、図7Bの145.2ppmのシャープな信号は、較正用に包接されたXeの信号である。
(Confirmation of the effect of exposing the sample to air after pretreatment-1)
About 100 mg of zeolite sample (trade name: ZEOLUM F9, manufactured by Tosoh Corporation) is weighed into a sample tube with an outer diameter of 10 mm, connected to a vacuum, and it takes 2-3 hours under a high vacuum from 10 −3 Pa. The temperature was slowly raised to 300 ° C., and pretreatment was performed at 300 ° C. for 8 hours. As a result of 129 XeNMR measurement of this sample, a chemical shift as shown in FIG. 7A was obtained. Next, the zeolite sample pretreated under the above conditions was transferred to another sample tube containing a calibration standard sample, kept at a high vacuum of 10 −3 Pa at room temperature for 3 hours, and then measured for 129 XeNMR. The result is shown in FIG. 7B. As shown in FIG. 7B, when the sample was refilled after pretreatment under high vacuum and high temperature, peak splitting and peak deviation of 15 ppm or more were observed even after pretreatment at room temperature. . Note that the sharp signal of 145.2 ppm in FIG. 7B is an Xe signal included for calibration.

(前処理後に試料を空気にさらすことの影響の確認・2)
約100mgのZSM−5試料(日本触媒学会参照試料;JRC−Z5−70Na)を外径10mmの試料管に一定量を測りとり、真空に接続し10-3Paより高真空下で300℃に8時間保って前処理した。この試料を129XeNMR測定した結果、図8Aのような化学シフトが得られた。次に、上記条件で前処理したZSM−5試料を、較正用標準試料が入った別の試料管に移し替え、室温で3時間、10-3Paの高真空に保持した後、129XeNMR測定した。その結果を図8Bに示す。図8Bに示すとおり、高真空、高温下での前処理の後に試料の詰め替えを行った場合、その後、室温で前処理をしても、ピークの分裂は見られなかったが、18ppm程度のピークのズレが観察された。なお、図8Bの145.2ppmのシャープな信号は、較正用に包接されたXeの信号である。
(Confirmation of the effect of exposing the sample to air after pretreatment-2)
About 100 mg of ZSM-5 sample (Reference sample of the Japan Society for Catalysts; JRC-Z5-70Na) is weighed into a sample tube with an outer diameter of 10 mm, connected to a vacuum, and heated to 300 ° C. under a high vacuum of 10 −3 Pa. Pre-treatment was held for 8 hours. As a result of measuring 129 XeNMR of this sample, a chemical shift as shown in FIG. 8A was obtained. Next, the ZSM-5 sample pretreated under the above conditions was transferred to another sample tube containing a calibration standard sample, held at a high vacuum of 10 −3 Pa for 3 hours at room temperature, and then 129 XeNMR measurement did. The result is shown in FIG. 8B. As shown in FIG. 8B, when the sample was refilled after pretreatment under high vacuum and high temperature, no peak splitting was observed even after pretreatment at room temperature, but a peak of about 18 ppm. Was observed. Note that the sharp signal of 145.2 ppm in FIG. 8B is an Xe signal included for calibration.

129XeNMRによる吸着表面積の測定)
測定対象試料(商品名:CBV5524G、Zeolyst社製)を、外径10mmの試料管3(図3参照)に12mgを測りとり、試料管3の標準試料保持部41に較正用標準試料アンプル40を配置した後、図2の前処理装置30において、高真空排気部32に接続し10-3Paより高真空下で300℃に8時間保って前処理した。前記較正用標準試料アンプルとして、Xeを包接した0.11Mのカリックスアレン水溶液を含むアンプル、及び、前記水溶液にさらに代表的な安定ニトロキシヒドロラジカルであるTEMPO(2,2,6,6−tetramethylpiperidine 1−oxyl)が2.4μMとなるように添加されたアンプルを使用した。前記前処理により、通常、2〜3%程度の水が液体窒素トラップに回収される。コック9を操作して気密性を確保した後、ジョイント18をはずし、試料管3を傾け上部の較正用標準試料40を底部の試料6の中に誘導し埋没させた。次に、試料管3を、図1に示すように、本発明のガス吸着特性測定装置1の圧力調整部4へジョイント18を介して接続し、NMRプローブ7内にセットした。圧力調整部4は、コック9までの間を真空に引いてXeガスでパージし、配管中のガラス管表面に付着した水分などは十分除いておいた。コック操作によりXeガスを試料管3に導入し圧力を調整した。また、NMRプローブ7の温度調整部により試料管3の温度を調節した。さらに、較正用標準試料中の水信号を用いて1H−NMR測定をし、NMR分解能を調節した。具体的には、1H−NMRの水信号がシャープで強くなるように分解能調節用パラメータを調節した。この操作により、分解能が容易に向上した。
(129 Measurement of adsorption surface area by Xe NMR)
A sample to be measured (trade name: CBV5524G, manufactured by Zeolist) is measured in a sample tube 3 (see FIG. 3) having an outer diameter of 10 mm, and 12 mg of the standard sample ampoule 40 for calibration is attached to the standard sample holder 41 of the sample tube 3. After the arrangement, in the pretreatment apparatus 30 of FIG. 2, the pretreatment was performed by connecting to the high vacuum exhaust section 32 and maintaining at 300 ° C. for 8 hours under a high vacuum from 10 −3 Pa. As the standard sample ampule for calibration, an ampule containing 0.11M calixarene aqueous solution containing Xe, and TEMPO (2, 2, 6, 6- 6), which is a more typical stable nitroxy hydroradical in the aqueous solution, are used. An ampule added with tetramethylpiperidine 1-oxyl) to 2.4 μM was used. By the pretreatment, usually about 2-3% of water is recovered in the liquid nitrogen trap. After the cock 9 was operated to ensure airtightness, the joint 18 was removed, the sample tube 3 was tilted, and the upper calibration standard sample 40 was guided and buried in the bottom sample 6. Next, as shown in FIG. 1, the sample tube 3 was connected to the pressure adjusting unit 4 of the gas adsorption characteristic measuring apparatus 1 of the present invention via a joint 18 and set in the NMR probe 7. The pressure adjusting unit 4 was evacuated to the cock 9 and purged with Xe gas to sufficiently remove moisture adhering to the glass tube surface in the piping. Xe gas was introduced into the sample tube 3 by cock operation to adjust the pressure. Further, the temperature of the sample tube 3 was adjusted by the temperature adjustment unit of the NMR probe 7. Furthermore, 1 H-NMR measurement was performed using the water signal in the calibration standard sample, and the NMR resolution was adjusted. Specifically, the resolution adjustment parameter was adjusted so that the water signal of 1 H-NMR was sharp and strong. This operation improved the resolution easily.

測定温度25℃における前記測定試料の信号強度対圧力データS(P)の結果の一例を図9のグラフに示す。同グラフにおいて、横軸は圧力(atm)、縦軸は信号強度(吸着ピーク面積)(任意単位)である。さらに、温度25℃、圧力0.62atmにおける前記測定試料と較正用標準試料の129XeNMRスペクトルの一例を図10に示す。このときのNMR測定条件は、SW=25kHz,at=0.4sec,d1=50sec,1296fids,np=20k点、fn=64k点、であった。また、較正標準試料の測定から得られたデータ;S(PCA)/Sstd、すなわち、S(0.62atm)/Sstdは、図5の吸着ピーク(135.3ppm)と包接化合物の較正ピーク(145.2ppm)の面積比から算出され、7.05であった。また、S(0.62atm)は、図9に示すとおり、2.7×10-5であった。 An example of the result of the signal intensity versus pressure data S (P) of the measurement sample at a measurement temperature of 25 ° C. is shown in the graph of FIG. In the graph, the horizontal axis represents pressure (atm), and the vertical axis represents signal intensity (adsorption peak area) (arbitrary unit). Furthermore, FIG. 10 shows an example of the 129 XeNMR spectrum of the measurement sample and the calibration standard sample at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 0.62 atm. The NMR measurement conditions at this time were SW = 25 kHz, at = 0.4 sec, d1 = 50 sec, 1296 fids, np = 20 k point, fn = 64 k point. In addition, the data obtained from the measurement of the calibration standard sample; S (P CA ) / S std , that is, S (0.62 atm) / S std is the adsorption peak (135.3 ppm) in FIG. Calculated from the area ratio of the calibration peak (145.2 ppm), it was 7.05. Further, S (0.62 atm) was 2.7 × 10 −5 as shown in FIG.

図9のような高圧力側で飽和に達するような曲線(いわゆる、Langmuir型の吸着特性)が得られる場合、これらのデータからの吸着表面積の評価は、図11に示すような方法で行うことができる。   When a curve that reaches saturation on the high pressure side as shown in FIG. 9 (so-called Langmuir type adsorption characteristics) is obtained, the evaluation of the adsorption surface area from these data should be performed by the method shown in FIG. Can do.

まず、1層吸着が完全に起こった時(被覆率θ=1の時)の信号強度を求める(図11のST1)。なお、高圧力側で飽和型の一定値が観察される場合は、図11のST1に替えてその値を用いてもよい。一般には、図9のような飽和に達する途中の曲線が得られる。このタイプの曲線はLangmuir型の吸着特性として解析できる。即ち、Sを圧力PのときのNMR信号強度(面積)とし、Sを完全被覆のときの信号強度とすると、θ=S/Sであり、下記式[12]を得る。即ち、P/SをPに対してプロットすると吸着平衡定数Kと完全被覆の信号強度Sが求められる。 First, the signal intensity when the single-layer adsorption has completely occurred (when the coverage ratio θ = 1) is obtained (ST1 in FIG. 11). When a saturated constant value is observed on the high pressure side, the value may be used instead of ST1 in FIG. In general, a curve on the way to saturation as shown in FIG. 9 is obtained. This type of curve can be analyzed as Langmuir type adsorption characteristics. That is, if S is the NMR signal intensity (area) when the pressure is P and S is the signal intensity when the coating is complete, θ = S / S, and the following equation [12] is obtained. That is, when P / S is plotted against P, the adsorption equilibrium constant K and the signal intensity S ∞ of the complete coating are obtained.

Figure 2008203154
Figure 2008203154

次に、Sから吸着表面積を求めるには、較正用試料の信号強度Sstdを用いて行う(図11のST2)。S/Sstd=n/nstdであり(nはXeのモル数)、nstd=Cstdstd(Cstdは較正溶液のXe濃度、Vstdはアンプル中の較正溶液の容積)、上記式[6]式からCstd=[Xe]+[Xe・CD]であるので、nを求めることができる。吸着表面積は試料量当たりnXeとして計算される。ここでSXeはXe1モル当たりの占有面積で、0.25nm2×アボガドロ数の値をとる。すなわち、Wsampleを測定試料の質量として、単位質量当たりの吸着表面積Aを下記式[19]から求めることができる。
A=(S/Sstd)CstdstdXe/Wsample [19]
Next, determine the adsorption surface area from S ∞, performed by using the signal strength S std of the calibration sample (ST2 in Fig. 11). S / S std = n / n std (n is the number of moles of Xe), n std = C std V std (C std is the Xe concentration of the calibration solution, V std is the volume of the calibration solution in the ampoule) Since C std = [Xe] + [Xe · CD] from the above equation [6], n can be obtained. The adsorption surface area is calculated as n S Xe per sample volume. Here, S Xe is an occupied area per mole of Xe and takes a value of 0.25 nm 2 × Avocado number. That is, the adsorption surface area A per unit mass can be obtained from the following formula [19], where W sample is the mass of the measurement sample.
A = (S ∞ / S std ) C std V std S Xe / W sample [19]

上記のように測定試料の吸着表面積を評価した結果、S(0.62atm)/S(CA)=7.05、S(0.62atm)/S=0.79、試料量=12mgより、吸着表面積は、317m2/gとなった。この結果は、仕様値である420m2/gと近い値であった。 Results of the evaluation of the adsorption surface area of the measurement sample as described above, S (0.62atm) / S ( CA) = 7.05, S (0.62atm) / S ∞ = 0.79, from the sample weight = 12 mg, The adsorption surface area was 317 m 2 / g. This result was close to the specification value of 420 m 2 / g.

なお、較正用標準試料アンプル内の包接XeのT1は、ラジカル添加前が15.6±2.4秒であったのに対して、2.4μMのTEMPO添加後は4.3±0.9秒となった。したがって、T1の10倍を目安として50秒毎の信号積算が実現され、緩和試剤添加の有効性が確認された。 The T 1 of the clathrate Xe in the calibration standard sample ampoule was 15.6 ± 2.4 seconds before the radical addition, but 4.3 ± 0 after the addition of 2.4 μM TEMPO. It was 9 seconds. Accordingly, signal integration every 50 seconds was realized with 10 times T 1 as a guideline, and the effectiveness of relaxation agent addition was confirmed.

ここで、超偏極129Xeガスを用いる場合、信号強度が偏極率に大きく左右されるので信号強度の定量的考察は困難である。しかしながら、超偏極Xeガスを用いた場合でも、較正用標準試料を含んだ状態で、1つの圧力及び熱平衡条件下で信号強度測定をすればSを求めることは出来る。即ち、超偏極Xeガスを用いた化学シフトの測定から求めた吸着平衡定数Kを利用すれば良い。この場合は、熱平衡希ガスについて1つの圧力で較正用標準試料併存のもとに信号強度測定を行えば、Sが求められ吸着表面積が求められる。 Here, when the hyperpolarized 129 Xe gas is used, since the signal intensity greatly depends on the polarization rate, it is difficult to quantitatively consider the signal intensity. However, even when hyperpolarized Xe gas is used, S can be obtained by measuring the signal intensity under one pressure and thermal equilibrium condition with the calibration standard sample included. That is, the adsorption equilibrium constant K obtained from the measurement of chemical shift using hyperpolarized Xe gas may be used. In this case, if the signal intensity measurement is performed on the thermal equilibrium noble gas at the same pressure and in the presence of the calibration standard sample, S is obtained and the adsorption surface area is obtained.

129Xe化学シフトの圧力依存性からの吸着固有化学シフトδaの決定、及び、吸着固有化学シフトδaの温度依存性を考慮した吸着エネルギーの評価)
129XeNMRから得られた化学シフト対圧力データδobs(P)に基づき、図5に示す方法により、吸着固有シフトδaを求め、温度依存性を評価し、その情報に基づき吸着エネルギーを評価した。
(Determination of adsorption intrinsic chemical shift δ a from pressure dependence of 129 Xe chemical shift, and evaluation of adsorption energy considering temperature dependence of adsorption intrinsic chemical shift δ a )
Based on the chemical shift versus pressure data δ obs (P) obtained from 129 XeNMR, the adsorption intrinsic shift δ a was obtained by the method shown in FIG. 5, the temperature dependence was evaluated, and the adsorption energy was evaluated based on the information. .

較正用標準試料アンプルを用いない他は実施例2と同様にして、様々な温度で化学シフト対圧力データδobs(P)を得た。その結果の一例を図12に示す。同図のグラフにおいて横軸は圧力(atm)であり、縦軸は化学シフト(ppm)である。測定温度は、*が−50℃であり、×が−25℃であり、△が0℃であり、■が25℃であり、◆が50℃である。それぞれの温度において、上記式[10]を用いて最小二乗法で解析してδaを求めた。前記解析には、市販のソフトウエアを利用した(商品名;ORIGIN、LightStone社製)。その結果を下記表1に示す。 Chemical shift versus pressure data δ obs (P) was obtained at various temperatures in the same manner as in Example 2 except that no calibration standard sample ampoule was used. An example of the result is shown in FIG. In the graph of the figure, the horizontal axis is pressure (atm), and the vertical axis is chemical shift (ppm). As for the measurement temperature, * is −50 ° C., x is −25 ° C., Δ is 0 ° C., ■ is 25 ° C., and ◆ is 50 ° C. In each temperature was determined [delta] a and analyzed by least square method using the above formula [10]. For the analysis, commercially available software was used (trade name; ORIGIN, manufactured by Lightstone). The results are shown in Table 1 below.

Figure 2008203154
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室温でのδaは146ppmであり、文献[I.L.Moudrakovski et al.,J.Phys.Chem.,B,106,5938−5946,2002]のメソポーラスシリカPNNLについて180Kで報告された値に近い。但し、同文献ではδaの温度依存性は考慮してないので詳しい比較は困難である。ここで観察した吸着固有シフトが温度の低下にしたがって低磁場シフトすることは、水素結合や電荷移動相互作用する系での1H化学シフトの温度依存性と同じ傾向であり、妥当な結果である。 Δ a at room temperature is 146 ppm, and the literature [I. L. Moudrakovski et al. , J .; Phys. Chem. , B, 106, 5938-5946, 2002], close to the value reported at 180 K for mesoporous silica PNNL. However, this document does not consider the temperature dependence of δ a , so detailed comparison is difficult. The fact that the adsorption intrinsic shift observed here shifts to a low magnetic field as the temperature decreases is the same tendency as the temperature dependence of 1 H chemical shift in a system that interacts with hydrogen bonds and charge transfer, which is a reasonable result. .

273K〜343Kまでの8点で求めた吸着ピークの化学シフトδobsをプロットした一例が、図13である。同図のグラフは、横軸が温度(K)であり、縦軸が吸着ピークの化学シフトδobs(ppm)である。上記表1において、0℃(273K)以上の高温側の範囲から、δa=−0.36T+253.3のような温度依存性の一次式が得られた。この式を用いて、図5のST4及びST5を行い、それぞれ、ΔE及びΔHを求めた結果を下記表2及び図14A及びBに示す。同表2には、δa=243ppmとする従来の方法で求めた結果を併せて示す。下記表2及び図14A及びBに示すとおり、0℃(273K)以上においては、δaの温度依存性を考慮することにより、吸着エネルギーとして30kJ/mol程度の妥当な値が求められることを確認した。 FIG. 13 shows an example in which chemical shifts δ obs of adsorption peaks obtained at 8 points from 273K to 343K are plotted. In the graph of the figure, the horizontal axis is temperature (K), and the vertical axis is the chemical shift δ obs (ppm) of the adsorption peak. In Table 1 above, a temperature-dependent linear expression such as δa = −0.36T + 253.3 was obtained from the high temperature side range of 0 ° C. (273 K) or higher. Using this equation, ST4 and ST5 in FIG. 5 are performed, and the results of obtaining ΔE and ΔH are shown in Table 2 and FIGS. 14A and 14B, respectively. Table 2 also shows the results obtained by the conventional method with δ a = 243 ppm. As shown in Table 2 and FIGS. 14A and B, confirmed 0 ° C. (273K) In the above, by considering the temperature dependence of [delta] a, that reasonable values of about 30 kJ / mol is obtained as adsorption energy did.

Figure 2008203154
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(DR解析による吸着エネルギーの導出)
Dubinin−Radushkevich解析(DR解析)はいわゆる埋め込み型で吸着が起こることを想定したモデルであり、吸着状態では細孔内でエネルギーがβE0だけ安定化すると考える。βは吸着媒に特有の値をとり、Xeでは0.5である。waを圧力Pのときの吸着量、w0を飽和吸着量としその時の相当圧力をPeqとする。この時、下記式[13]が、DR式となる。
(Derivation of adsorption energy by DR analysis)
The Dubinin-Radushkevich analysis (DR analysis) is a model assuming that adsorption occurs in a so-called embedded type, and it is considered that the energy is stabilized by βE 0 in the pores in the adsorption state. β takes a value specific to the adsorbent and is 0.5 for Xe. adsorption amount when the w a pressure P, and the w 0 saturated adsorption amount considerable pressure at that time and P eq. At this time, the following formula [13] becomes the DR formula.

Figure 2008203154
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129XeNMRから得られた信号強度対圧力データS(P)を用いる場合、上記式に、S/S=wa/w0を当てはめることで、吸着エネルギー相当のβE0を求めることができる(図15のST1)。また、この時、Sを同時に得ることができるから、上記式[19]に基づき、吸着表面積を得ることができる(図15のST2)。 When using the signal strength versus pressure data S (P) obtained from 129 Xe NMR, the above expression, by fitting a S / S ∞ = w a / w 0, can be obtained beta E 0 of adsorption energy equivalent ( ST1 in FIG. At this time, since S can be obtained simultaneously, the adsorption surface area can be obtained based on the above equation [19] (ST2 in FIG. 15).

他方、129XeNMRから得られた化学シフト対圧力データδobs(P)を用いてDR解析を用いる場合、基本式の設定が必要である。そこで、wa/w0が、吸着サイトの飽和量に対する実際の吸着量の比を表すことに注目し、δobsをwa/w0のビリアル展開型で表し、下記式[14]を得て、これと上記式[13]により吸着エネルギー相当のβE0を求めることができる(図16のST1)。 On the other hand, when using DR analysis using chemical shift versus pressure data δ obs (P) obtained from 129 Xe NMR, it is necessary to set a basic equation. Therefore, obtained w a / w 0, noted that represents the ratio of the actual adsorption amount with respect to the saturated amount of adsorption sites, represents the [delta] obs in virial expansion type w a / w 0, the following formula [14] Thus, βE 0 corresponding to the adsorption energy can be obtained from this and the above equation [13] (ST1 in FIG. 16).

Figure 2008203154
Figure 2008203154

そして、DR解析では、温度一定条件は不要である。温度と圧力は相互に可変であり、温度を変えることなく吸着エネルギー相当のβE0が求まる。また、βE0と下記式[15]とから等量吸着熱qstが得られる(図15のST3、及び、図16のST2)。下記式[15]において、ΔHVは、Xeの蒸発熱である(12.6 kJ/mol)。 In the DR analysis, the constant temperature condition is not necessary. The temperature and pressure are mutually variable, and βE 0 corresponding to the adsorption energy can be obtained without changing the temperature. Further, an equivalent heat of adsorption q st is obtained from βE 0 and the following equation [15] (ST3 in FIG. 15 and ST2 in FIG. 16). In the following formula [15], [Delta] H V is the heat of vaporization Xe (12.6 kJ / mol).

Figure 2008203154
Figure 2008203154

実施例2で得られた信号強度対圧力データS(P)及び化学シフト対圧力データδobs(P)を用いて、それぞれ、図15及び図16の方法で解析した結果の一例を下記表3に示す。 Table 3 below shows an example of the results analyzed by the methods of FIGS. 15 and 16 using the signal intensity vs. pressure data S (P) and chemical shift vs. pressure data δ obs (P) obtained in Example 2, respectively. Shown in

Figure 2008203154
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(Langmuir型解析の適用)
Langmuir型の吸着式はガス相から平板に近い表面に吸着が起こる場合を考えて導かれた式である。しかし、ゼオライトのように細いシリンダー状の細孔に吸着される場合でも、バルクのガス相とシリンダー状細孔内のスピンの間に平衡関係が成り立っていれば、即ちバルク相と細孔内とがNMR化学シフト差に比べれば交換速度は遅く両者の信号は分離観察できるが、化学平衡としてはダイナミックな平衡状態にあると考えられる場合には、Langmuir型の吸着等温式が適用できる。これは吸着等温式の分類でI型に属すると言える。
(Application of Langmuir type analysis)
The Langmuir type adsorption equation is a formula derived in consideration of the case where adsorption occurs on the surface close to a flat plate from the gas phase. However, even when adsorbed by thin cylindrical pores such as zeolite, if an equilibrium relationship is established between the bulk gas phase and the spins in the cylindrical pores, that is, between the bulk phase and the pores. However, the exchange rate is slow compared to the NMR chemical shift difference, and both signals can be separated and observed. However, when the chemical equilibrium is considered to be in a dynamic equilibrium state, the Langmuir type adsorption isotherm can be applied. This can be said to belong to type I in the classification of adsorption isotherms.

129XeNMRから得られた信号強度対圧力データS(P)を用いる場合、上記式[12]による解析から吸着平衡定数Kが求まるので(図17のST1、ST2)、下記式[20]からΔH(吸着エンタルピー)とΔS(吸着エントロピー)とを求めることができる(図17のST3)。 When the signal intensity versus pressure data S (P) obtained from 129 XeNMR is used, the adsorption equilibrium constant K is obtained from the analysis by the above equation [12] (ST1 and ST2 in FIG. 17). (Adsorption enthalpy) and ΔS (adsorption entropy) can be obtained (ST3 in FIG. 17).

Figure 2008203154
Figure 2008203154

他方、129XeNMRから得られた化学シフト対圧力データδobs(P)を用いる場合、特別の関係式の選定が必要である。そこで、吸着の化学シフトをθ(被覆率)を用いて下記式[16]〜[18]のように表すことで、吸着平衡定数Kが求めることができる(図18のST1)。あとは、信号強度対圧力データS(P)を用いる場合と同様にして(ΔH(吸着エンタルピー)とΔS(吸着エントロピー)とを求めることができる(図18のST2、ST3)。 On the other hand, when using chemical shift versus pressure data δ obs (P) obtained from 129 XeNMR, it is necessary to select a special relational expression. Therefore, the adsorption equilibrium constant K can be obtained by expressing the chemical shift of adsorption as in the following formulas [16] to [18] using θ (coverage) (ST1 in FIG. 18). Thereafter, (ΔH (adsorption enthalpy) and ΔS (adsorption entropy) can be obtained in the same manner as in the case of using the signal intensity versus pressure data S (P) (ST2 and ST3 in FIG. 18).

θ=KP/(1+KP) [16]
θ=S/S [17]
δobs=δa0+F1θ+F2θ2+F3θ3+・・・ [18]
θ = KP / (1 + KP) [16]
θ = S / S [17]
δ obs = δ a0 + F 1 θ + F 2 θ 2 + F 3 θ 3 +... [18]

実施例2で得られた信号強度対圧力データS(P)及び化学シフト対圧力データδobs(P)を用いて、それぞれ、図17及び図18の方法で解析した結果の一例を下記表4に示す。なお、上記式[18]では、F1までを求めて、F2以降は0とした。 Table 4 below shows an example of the results analyzed by the method of FIGS. 17 and 18 using the signal intensity vs. pressure data S (P) and chemical shift vs. pressure data δ obs (P) obtained in Example 2, respectively. Shown in In the above equation [18], up to F 1 was obtained, and 0 after F 2 .

Figure 2008203154
Figure 2008203154

なお、上記信号強度から[17]式を利用して解析すると、K/atm-1=3.72(323K),7.04(298K),15.8(273K),106.6(248K),210.6(223K)であり、ΔH=−25.9kJ/molとΔS=−70J/(K・mol)が得られた。 In addition, if it analyzes using the [17] Formula from the said signal strength, K / atm < -1 > = 3.72 (323K), 7.04 (298K), 15.8 (273K), 106.6 (248K). 210.6 (223 K), and ΔH = −25.9 kJ / mol and ΔS = −70 J / (K · mol) were obtained.

以上説明したとおり、本発明は、例えば、核磁気共鳴装置の分野、細孔微粒子の研究分野、及び、細孔微粒子を使用した工業的な製品の開発及び製造の分野などで有用である。   As described above, the present invention is useful, for example, in the field of nuclear magnetic resonance apparatus, the research field of fine pore particles, and the field of development and production of industrial products using fine pore particles.

図1は、本発明の細孔微粒子のガス吸着特性測定装置の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a device for measuring gas adsorption characteristics of fine pore particles according to the present invention. 図2は、本発明の前処理装置の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of the pretreatment apparatus of the present invention. 図3は、本発明に用いる試料管の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a sample tube used in the present invention. 図4は、本発明のガス吸着特性測定方法におけるプローブ分子検出用NMRの測定工程の一例を示す。FIG. 4 shows an example of an NMR measurement process for probe molecule detection in the gas adsorption property measurement method of the present invention. 図5は、吸着固有化学シフトδaの温度依存性を考慮して吸着エネルギーを評価するデータ処理方法の一例を示す。Figure 5 shows an example of a data processing method for evaluating the adsorption energy in consideration of the temperature dependency of adsorption specific chemical shifts [delta] a. 図6は、Xeガスの吸着平衡状態を説明する模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an adsorption equilibrium state of Xe gas. 図7は、試料と空気との接触が化学シフトに及ぼす影響を示す一例である。FIG. 7 is an example showing the influence of contact between the sample and air on the chemical shift. 図8は、試料と空気との接触が化学シフトに及ぼす影響を示すその他の例である。FIG. 8 is another example showing the influence of contact between the sample and air on the chemical shift. 図9は、129XeNMR測定で得られた吸着ピーク面積(信号強度)の圧力依存性を示すグラフの一例である。FIG. 9 is an example of a graph showing the pressure dependence of the adsorption peak area (signal intensity) obtained by 129 XeNMR measurement. 図10は、測定試料と較正用標準試料の129XeNMRスペクトルの一例である。FIG. 10 is an example of a 129 Xe NMR spectrum of a measurement sample and a calibration standard sample. 図11は、信号強度対圧力データS(P)から吸着表面積を評価するデータ処理方法の一例を示す。FIG. 11 shows an example of a data processing method for evaluating the adsorption surface area from the signal intensity versus pressure data S (P). 図12は、129Xe吸着化学シフトの圧力と温度に対する依存性を示すグラフの一例である。FIG. 12 is an example of a graph showing the dependence of 129 Xe adsorption chemical shift on pressure and temperature. 図13は、吸着ピークの化学シフトδobsの温度依存性を示すグラフの一例である。FIG. 13 is an example of a graph showing the temperature dependence of the chemical shift δ obs of the adsorption peak. 図14は、吸着固有化学シフトδaの温度依存性を考慮して吸着エネルギーを求めた結果の一例である。Figure 14 is an example of a result of obtaining an adsorption energy in consideration of the temperature dependency of adsorption specific chemical shifts [delta] a. 図15は、DR解析により信号強度対圧力データS(P)から吸着表面積及び吸着エネルギーを評価するデータ処理方法の一例を示す。FIG. 15 shows an example of a data processing method for evaluating the adsorption surface area and adsorption energy from the signal intensity versus pressure data S (P) by DR analysis. 図16は、DR解析により化学シフト対圧力データδobs(P)から吸着エネルギーを評価するデータ処理方法の一例を示す。FIG. 16 shows an example of a data processing method for evaluating adsorption energy from chemical shift versus pressure data δ obs (P) by DR analysis. 図17は、Langmuir型解析により信号強度対圧力データS(P)から吸着エネルギーを評価するデータ処理方法の一例を示す。FIG. 17 shows an example of a data processing method for evaluating adsorption energy from signal intensity versus pressure data S (P) by Langmuir type analysis. 図18は、Langmuir型解析により化学シフト対圧力データδobs(P)から吸着エネルギーを評価するデータ処理方法の一例を示す。FIG. 18 shows an example of a data processing method for evaluating adsorption energy from chemical shift versus pressure data δ obs (P) by Langmuir type analysis.

符号の説明Explanation of symbols

1・・ガス吸着特性測定装置
2・・核磁気共鳴装置
3・・試料管
4・・圧力調整部
5・・NMRマグネット
6・・測定試料
7・・NMRプローブ
8・・NMR分光器
9・・耐高真空コック
10・・管
11・・圧力計
12・・プローブ分子ガス供給源
13・・乾燥器
14・・真空排気系
15・・データ処理部
16・・制御部
17,18・・耐高真空ジョイント
19〜23・・コック
30・・前処理装置
31・・ヒーター
32・・高真空排気部
33・・冷却部
34・・液溜め
35,36・・耐高真空コック
37・・高真空排気系
40・・較正用標準試料アンプル
41・・標準試料保持部
42・・接続部
43・・先端部
1. Gas adsorption characteristic measuring device 2. Nuclear magnetic resonance device 3. Sample tube 4. Pressure adjusting unit 5. NMR magnet 6. Measurement sample 7. NMR probe 8. NMR spectrometer 9. High vacuum cock 10 ·· Tube 11 · Pressure gauge 12 · Probe molecular gas supply source 13 · Dryer 14 · Vacuum exhaust system 15 · Data processing unit 16 · Control units 17 and 18 · High resistance Vacuum joints 19 to 23 ··· Cock 30 · · Pretreatment device 31 · Heater 32 · · High vacuum evacuation unit 33 · Cooling unit 34 · Reservoir 35 and 36 · · High vacuum cock 37 · · High vacuum exhaust System 40 ··· Standard sample ampule 41 for calibration · · Standard sample holder 42 · · Connection 43 · · Tip

Claims (13)

細孔微粒子のガス吸着特性測定装置であって、
一定の磁場を発生するNMRマグネット、測定試料である細孔微粒子が含まれる試料管をその内部に配置可能であり前記測定試料への信号の送信と前記測定試料からの信号の受信とを行うNMRプローブ、及び、前記NMRプローブが受信した信号を測定するNMR分光器を含む核磁気共鳴装置と、
耐高真空コックを備える管に接続され気密制御が可能な前記試料管と、
前記NMRプローブ内に配置された前記試料管内の圧力制御を行う圧力調整部とを含み、
前記NMRプローブが、その内部に配置された前記試料管内の温度を制御する温度調整部を備え、
前記圧力調整部が、圧力計、プローブ分子ガス供給源、及び、真空排気系を含み、
前記NMRプローブ内に配置された前記試料管が、前記耐高真空コックを介して前記圧力調整部と接続可能であること特徴とするガス吸着特性測定装置。
An apparatus for measuring gas adsorption characteristics of fine pore particles,
An NMR magnet that generates a constant magnetic field, and a sample tube containing fine pores, which are measurement samples, can be placed therein, and it transmits signals to the measurement sample and receives signals from the measurement sample A nuclear magnetic resonance apparatus including a probe and an NMR spectrometer that measures a signal received by the NMR probe;
The sample tube connected to a tube having a high vacuum resistant cock and capable of airtight control;
A pressure adjusting unit for controlling the pressure in the sample tube disposed in the NMR probe,
The NMR probe includes a temperature adjusting unit that controls the temperature in the sample tube disposed therein,
The pressure adjusting unit includes a pressure gauge, a probe molecular gas supply source, and an evacuation system,
The gas adsorption property measuring apparatus according to claim 1, wherein the sample tube disposed in the NMR probe is connectable to the pressure adjusting unit through the high vacuum resistant cock.
さらに、前記測定試料の前処理装置を含み、前記前処理装置が、前記試料管をその内部に配置可能なヒーター、及び、前記耐高真空コックを介して前記試料管と接続可能な高真空排気部を含む請求項1記載のガス吸着特性測定装置。 Further, the apparatus includes a pretreatment device for the measurement sample, and the pretreatment device includes a heater capable of arranging the sample tube therein, and a high vacuum exhaust capable of being connected to the sample tube via the high vacuum resistant cock. The gas adsorption property measuring apparatus according to claim 1, comprising a unit. 前記試料管が、較正用標準試料を配置できる標準試料保持部を、その内部の前記測定試料から空間的に分離した位置に備える請求項1又は2記載のガス吸着特性測定装置。 The gas adsorption property measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the sample tube includes a standard sample holding portion in which a calibration standard sample can be arranged at a position spatially separated from the measurement sample therein. さらに、制御部を含み、前記制御部が、前記温度調整部及び前記圧力調整部を制御して前記NMRプローブ内に配置された状態の前記試料管内の温度及び圧力を制御する請求項1から3のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定装置。 Furthermore, a control part is included, The said control part controls the temperature and the pressure in the said sample tube of the state arrange | positioned in the said NMR probe by controlling the said temperature adjustment part and the said pressure adjustment part. The gas adsorption property measuring apparatus according to any one of the above. さらに、前記NMR分光器が測定した信号データを処理するデータ処理部を含み、前記データ処理部が、
一定温度T1、複数の圧力条件下で測定された化学シフト対圧力データδobs(P)と下記式[10]とに基づき最小二乗法で演算し、温度T1における吸着固有化学シフトδa(T1)を得るステップ、
前記ステップと同様にして、前記T1とは異なる少なくとも4点の温度T2〜T5におけるδa(T2)〜δa(T5)を得るステップ、及び、
前記δa(T1)〜δa(T5)を含む少なくとも5点の吸着固有化学シフトδaに基づき吸着固有化学シフトδaの温度の一次関数;δa(T)=aT+b(a、bは定数)を得るステップを含む処理を行う請求項1から4のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定装置。
Figure 2008203154
(上記式[10]中、constは、積分のときの定数を表す。)
Furthermore, it includes a data processing unit that processes the signal data measured by the NMR spectrometer, the data processing unit,
Based on the chemical shift versus pressure data δ obs (P) measured under a plurality of pressure conditions at a constant temperature T 1 and the following equation [10], the adsorption inherent chemical shift δ a at the temperature T 1 is calculated. Obtaining (T 1 ),
Similar to the above step, obtaining δ a (T 2 ) to δ a (T 5 ) at at least four temperatures T 2 to T 5 different from T 1 , and
Wherein δ a (T 1) ~δ a (T 5) on the basis of adsorption specific chemical shifts [delta] a of at least 5 points including adsorption specific chemical shifts linear function of [delta] a temperature; δ a (T) = aT + b (a, The gas adsorption property measuring apparatus according to claim 1, wherein a process including a step of obtaining b is a constant is performed.
Figure 2008203154
(In the above equation [10], const represents a constant at the time of integration.)
さらに、前記NMR分光器が測定した信号データを処理するデータ処理部を含み、前記データ処理部が、
任意の温度、複数の圧力条件下で測定された化学シフト対圧力データδobs(P)と下記式[13]及び[14]とに基づき演算し、吸着エネルギーに相当するβE0を得るステップを含む処理を行う請求項1から5のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定装置。
Figure 2008203154
(上記式[13]、[14]中、waは圧力Pのときの吸着量を表し、w0は飽和吸着量を表し、Peqはその時の相当圧力を表す。)
Furthermore, it includes a data processing unit that processes the signal data measured by the NMR spectrometer, the data processing unit,
A step of calculating βE 0 corresponding to the adsorption energy by calculating based on chemical shift versus pressure data δ obs (P) measured under an arbitrary temperature and a plurality of pressure conditions and the following equations [13] and [14] The gas adsorption characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 5 which performs processing including.
Figure 2008203154
(In the above formulas [13] and [14], w a represents the adsorption amount at the pressure P, w 0 represents the saturated adsorption amount, and P eq represents the equivalent pressure at that time.)
さらに、前記NMR分光器が測定した信号データを処理するデータ処理部を含み、前記データ処理部が、
一定温度、複数の圧力条件下で測定された信号強度対圧力データS(P)と下記式[12]とに基づき最小二乗法で演算して完全被覆のときの信号強度Sを得るステップ、及び、前記Sと前記標準試料から測定された較正データであるS(PCA)/Sstdと下記式[19’]とに基づき演算して単位質量当たりの吸着表面積Aを得るステップを含む処理を行う請求項3から6のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定装置。
Figure 2008203154
(上記式[19’]中、Cstdは前記標準試料中のプローブ分子濃度を表し、Vstdは前記標準試料の容積を表し、SPrは1モルのプローブ分子相当の表面積を表し、Wsampleは測定試料の質量を表す。)
Furthermore, it includes a data processing unit that processes the signal data measured by the NMR spectrometer, the data processing unit,
A step of obtaining a signal intensity S at the time of complete covering by calculating by the least square method based on the signal intensity versus pressure data S (P) measured under a plurality of pressure conditions at a constant temperature and the following equation [12]: And a step of obtaining an adsorption surface area A per unit mass by calculating based on S (P CA ) / S std which is calibration data measured from the S and the standard sample and the following equation [19 ′]. The gas adsorption characteristic measuring device according to any one of claims 3 to 6 which performs processing.
Figure 2008203154
(In the above formula [19 ′], C std represents the concentration of the probe molecule in the standard sample, V std represents the volume of the standard sample, S Pr represents the surface area equivalent to 1 mol of the probe molecule, and W sample Represents the mass of the measurement sample.)
さらに、前記NMR分光器が測定した信号データを処理するデータ処理部を含み、前記データ処理部が、
任意の温度、複数の圧力条件下で測定された信号強度対圧力データS(P)と、下記式[13]においてwa/w0をS(P)/Sに置き換えた式とに基づき最小二乗法で演算して吸着エネルギーに相当するβE0及び完全被覆のときの信号強度Sを得るステップ、及び、前記Sと前記標準試料から測定された較正データであるS(PCA)/Sstdと下記式[19’]とに基づき演算して単位質量当たりの吸着表面積Aを得るステップを含む処理を行う請求項3から7のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定装置。
Figure 2008203154
(上記式[13]中、waは圧力Pのときの吸着量を表し、w0は飽和吸着量を表し、Peqはその時の相当圧力を表す。また、上記式[19’]中、Cstdは前記標準試料中のプローブ分子濃度を表し、Vstdは前記標準試料の容積を表し、SPrは1モルのプローブ分子相当の表面積を表し、Wsampleは測定試料の質量を表す。)
Furthermore, it includes a data processing unit that processes the signal data measured by the NMR spectrometer, the data processing unit,
Based on signal intensity vs. pressure data S (P) measured under arbitrary temperature and multiple pressure conditions, and an equation in which w a / w 0 is replaced with S (P) / S in the following equation [13] A step of obtaining βE 0 corresponding to the adsorption energy and signal intensity S at the time of complete coating by calculation by the least square method, and S (P CA ) which is calibration data measured from the S and the standard sample The gas adsorption property measuring apparatus according to any one of claims 3 to 7, wherein a process including a step of obtaining an adsorption surface area A per unit mass by performing a calculation based on / S std and the following equation [19 '] is performed.
Figure 2008203154
(In the above formula [13], w a represents the adsorption amount at the pressure P, w 0 represents the saturated adsorption amount, and P eq represents the equivalent pressure at that time. Also, in the above formula [19 ′], C std represents the probe molecule concentration in the standard sample, V std represents the volume of the standard sample, S Pr represents the surface area equivalent to 1 mol of probe molecules, and W sample represents the mass of the measurement sample.)
細孔微粒子のガス吸着特性測定方法であって、
測定試料である細孔微粒子を、気密制御が可能な試料管内で、高真空下で加熱して前処理する工程と、
前記試料管の気密状態を維持したまま、前記試料管を核磁気共鳴装置のNMRプローブ内に配置する工程と、
前記NMRプローブに配置された前記試料管にプローブ分子ガスを導入して圧力の調整を行う工程と、
前記試料管を前記NMRプローブにセットしたまま前記プローブ分子ガスの圧力を調整し、少なくとも2点の圧力で核磁気共鳴の測定を行う工程と、
前記核磁気共鳴装置で測定した信号データを処理する工程とを含むことを特徴とするガス吸着特性測定方法。
A method for measuring gas adsorption characteristics of fine pore particles,
A process of pre-treating the fine pore particles as a measurement sample by heating them in a high vacuum under a sample tube capable of airtight control;
Placing the sample tube in an NMR probe of a nuclear magnetic resonance apparatus while maintaining the airtight state of the sample tube;
Introducing a probe molecular gas into the sample tube disposed in the NMR probe and adjusting the pressure;
Adjusting the pressure of the probe molecular gas while setting the sample tube on the NMR probe, and measuring nuclear magnetic resonance at at least two pressures;
And a step of processing signal data measured by the nuclear magnetic resonance apparatus.
前記前処理工程の前に、前記前処理工程で直接加熱されない前記試料管内の部位に、較正用標準試料を配置する工程と、
前記前処理工程後、前記試料管を前記NMRプローブ内に配置する工程の前に、前記試料管の気密状態を維持したまま、前記標準試料を前記測定試料と同じ部位に移動させる工程とを含む請求項9記載のガス吸着特性測定方法。
Prior to the pretreatment step, placing a calibration standard sample at a site in the sample tube that is not directly heated in the pretreatment step;
After the pretreatment step, before the step of placing the sample tube in the NMR probe, the step of moving the standard sample to the same site as the measurement sample while maintaining the airtight state of the sample tube The gas adsorption property measuring method according to claim 9.
前記較正用標準試料が、プローブ分子、及び、既知濃度の包接化合物を含む溶液のアンプルである請求項9又は10記載のガス吸着特性測定方法。 The gas adsorption property measuring method according to claim 9 or 10, wherein the calibration standard sample is an ampoule of a solution containing a probe molecule and a clathrate compound having a known concentration. 前記信号データの処理工程が、請求項5から8のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定装置のデータ処理部におけるデータ処理ステップを行う工程である請求項9から11のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定方法。 The process of processing the signal data is a process of performing a data processing step in a data processing unit of the gas adsorption characteristic measuring device according to any one of claims 5 to 8. The gas adsorption property measuring method described. 細孔微粒子を含む製品の製造方法であって、請求項1から8のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定装置、又は、請求項9から12のいずれか一項に記載のガス吸着特性測定方法を用いて前記細孔微粒子のガス吸着特性を測定する工程を含む製造方法。 It is a manufacturing method of the product containing pore fine particles, Comprising: The gas adsorption property measuring apparatus as described in any one of Claim 1 to 8, or the gas adsorption property as described in any one of Claims 9 to 12. A production method comprising a step of measuring gas adsorption characteristics of the fine pore particles using a measurement method.
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