JPH045341B2 - - Google Patents

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JPH045341B2
JPH045341B2 JP59221389A JP22138984A JPH045341B2 JP H045341 B2 JPH045341 B2 JP H045341B2 JP 59221389 A JP59221389 A JP 59221389A JP 22138984 A JP22138984 A JP 22138984A JP H045341 B2 JPH045341 B2 JP H045341B2
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pressure
adsorbent
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は、対応の吸着および(または)脱着等
温線を求めて、該等温線から表面積、孔径分布お
よび平均孔容積のような固体のいろいろな形態学
的特性を求めるような仕方で、固体により吸着ま
たは脱着される気体もしくはガスの量を決定もし
くは測定するための方法および装置に関する。 従来技術 触媒、触媒支持体、顔料、粘土、鉱物および複
合物質のような固体の形態学的もしくは構造的特
性の測定は、長い間分析科学の未解決のまゝにな
つている目標であつた。 例えば、或る固体の非常に有用な形態学的特性
の1つとして表面積がある。表面積測定に最も広
く用いられている技術の1つは、気体吸着技術で
ある。この気体吸着技術においては、理論的モデ
ルが用いられており、このモデルにおいては、被
験固体(即ち吸着媒)の表面は、被吸着気体(即
ち被吸着剤)の緻密に詰め合された分子の単一層
によつて被われるものと見做される。そこで上記
単一層内の被吸着剤の量(通常はミリリツトルも
しくはmlで表される)を求めることができれば、
該単一層に被われる面積を、例えば単一層内の分
子の数に各分子の断面積を乗じた積から容易に計
算することができる。1938年に、Branauer、
Emmett、およびTellerは、被吸着剤の吸着等温
線から単一層内の被吸着剤の量を求めるための
BET式と称される数式を提案した(J.Am.Chem.
Soc.Vol.60、2309参照)。ここで吸着等温線とは、
一定の温度で被吸着剤の相対圧力かまたは平衡圧
力に対し固体に吸着された被吸着剤の量をプロツ
トした曲線である。表面積を決定するために
BET式を正確に用いるためには、少なくとも
「単層容量」が生ずる吸着等温線上の点を決定す
ることができるように吸着等温線上の十分な数の
データ点を得なければならない。ここで「単層容
量」とは、BET式における1つの変数であつて、
密接に詰め合された被吸着分子の単一層が吸着媒
の表面に存在する吸着等温線上の点を表す。この
単層容量は、一般に、約0.8と2.5との間の被吸着
剤分圧で生ずるので、BET式から表面積を算出
可能にするためには少なくともこの分圧範囲に渡
り吸着等温線を知るのが望ましい。しかしながら
有意味なのは、0ないし1の範囲の被吸着剤分圧
から、全吸着等温線範囲(被吸着剤分圧は任意の
一定容積および温度条件の組合せ下で被吸着剤の
凝縮が生ずる圧力の分数値として被吸着剤の平衡
圧力を表す1つの手段である)は、表面積だけを
求める目的で知る必要はないが、全吸着等温線に
具現されている情報は、それにも拘らず、後述の
ような他の理由から非常に有用である点である。 したがつて、全吸着等温線を求める能力を有す
る分析方法を開発する動機がある。吸着等温線
は、通常、2つの一般的な方法、即ち重量分析的
方法および容量分析的方法で求められている。 重量分析方法においては、平衡圧力で吸着され
た気体の量を微量てんびんを用いて計量をする。
しかしながら、この重量分析方法には、被吸着剤
の選択に制限が課せられる(例えば液体窒素温度
で試料を制御するのは容易でない)とか、試料の
効果的な温度制御を達成するのが困難であると
か、測定に必要な高い感度を達成するために複雑
で高価な設備が要求される等の欠点がある。これ
とは対照的に、容量分析装置は単純であり本来的
に信頼性が高い。 容量分析法においては、吸着された気体の重量
ではなく容積が測定される。容量分析装置は、通
例、被吸着剤として−195℃の温度で窒素を用い
る。この型の装置は、典型的に、気体貯蔵ユニツ
トとバレツトまたはピペツトのような既知の容積
V1を有し容量計ユニツトと称されている容量測
定装置に並列に接続された排気源もしくは真空源
とから構成されている。容量計ユニツトは交互
に、一連の止コツクを介して真空源または気体貯
蔵ユニツトに接続することができる。一方、容量
計ユニツトは他の止コツクを介して試料ユニツ
ト、即ち被験固体を保持する既知の容積V2の室
に直列に接続されている。各種の止コツクを操作
することにより、容量計および試料ユニツトは排
気され、そして排気された容量計は排気された試
料室から密封して切り離される。然る後に、窒素
が気体貯蔵ユニツトから徐々に容量計ユニツトに
流入し該容量計ユニツトを満す。容量計ユニツト
が満された時点で、止コツクを再び操作して容量
計ユニツトを完全に封止し、内部窒素圧力を測定
する。容量計内に一定の圧力P1が達成されると、
試料室と容量計とを分離している止コツクを開い
て、容量計内の窒素N2を試料室内に入れて膨張
させる。ここで試料室と容量計とは共に第3の容
積V3(即ちV1+V2)を画定する。容積V3内の圧
力が一定であつて吸着平衡状態が指示された時
に、該圧力を測定する。この平衡圧力を用いて、
気相状態に留まつているN2のモル数を計算する。
固体に吸着されたN2のモル数は容量計の容積V1
内に初期に存在していたN2のモル数に、容積V2
の試料室内のN2のモル数を加えた和に等しく、
平衡後の容積V3内の気相N2のモル数よりも小さ
い(なお初期のサイクルでは容積V2内のモル数
は零であるが、相次いで行われるサイクルで増加
する)。特定の平衡圧力で吸着されたN2の量の組
合せデータが吸着等温線上の単一点を構成する。
上述の手順を繰り返して、吸着等温線上の他の点
を求める。相次いで行われるサイクルで、試料室
内の圧力は増加し、最終的には、大気圧で試料固
体の凝縮したN2による飽和が生ずる。言い換え
るならば、試料ならびに試料ホルダ内の自由空間
においてN2の凝縮が生ずる。一般の慣行によれ
ば、表面積の測定の場合、吸着等温線上の約8つ
のデータ点が発生される。一般に、圧力平衡を達
成するのにデータ点毎に1時間を要する。したが
つて、言うまでもないことであるが、この方法は
非常に時間がかかり、平衡になるまで待期するの
にデータ点毎に2回の遅延が介入し、然も吸着等
温線データ点は不連続なベースで発生される。な
おこの方法の詳細は、サーフイス・テクノロジ
(Surface Technology)Vol.4、頁121−160
(1976)に掲載のDollimore.D.,Sponner、P.,
およびTurner、A.の論文「The BET Method
of Analysis of Gas Absorption Data and Its
Relevance to The Calculation of Surface
Areas」に記述されている。 不連続的容量分析ガス収着ユニツトは、止コツ
クの開閉を自動化し且つ試料室および容量計ユニ
ツトの数を増加することにより改善されている。
さらに、平衡時間を実験的に求め、そして自動シ
ステムをプリセツトされた平衡時間に応答するよ
うにプログラムすることによつて平衡に要する時
間を短縮している。しかしながら、これによつて
は、装置の動作の不連続性という性質は変更され
ず、比較的少ないデータ点を得るのに過度に大き
い待ち時間が依然として要求される。 BoschおよびPeppelenbosは、ジヤーナル・オ
ブ・フイジクス・イー:サイエンテイフイツク・
インスツルメンツ(Journal of Physics E:
Scientific Instruments)Vol.10、頁605−608
(1977)に、吸着等温線上のデータ点を求めるた
めの動的な方法を提案している。この方法によれ
ば、気相の被吸着剤は、圧力を測定しながら、所
謂一定の容積流量(例えば、約0.25の分圧で約1
cm3STPmin-1)で、既知の容積および温度(例え
ば液体窒素温度)の排気された試料室内に導入さ
れる。上記一定容積流量は、被吸着剤を毛細管を
介して試料室に導入することにより達成される。
吸着媒によつて吸着される被吸着剤の量は、時間
に対し、吸着媒試料の存在下で試料室内の圧力増
加を比較することにより計算で求められる。なお
ブランクテストもしくはブランクサイクル(即ち
試料室に吸着媒試料が存在しない場合の測定)に
おいては圧力は時間の関数として増加する。吸着
媒が存在する場合には、被吸着気体は部分的に吸
着され、そして或る圧力に達するには、ブランク
テストの場合よりも大きな時間を要する。したが
つて、特定の圧力で試料(Va)によつて吸着さ
れるガスもしくは気体の容積は次式から計算され
る。 〔Va=φV(STP)△t〕p 上式中φV(STP)は、標準温度および圧力で
毛細管を流れる容積流量(cm3min-1)を表し、△
tはブランクテストと比較して圧力Pに達するの
に要する余分の時間を分で表したものである。容
積流量は、吸着等温線上の単一のデータ点に対し
て一定であるとして取り扱われるが、実際には、
上記の論文の608頁にも認められているように、
例えば窒素を被吸着剤として用いる場合には一定
ではなく、それにより部分的な吸着等温線を発生
するのにも、かなり複雑な計算が必要とされる。 この方法には、さらに、流量を調整しもしくは
制御するのに毛細管を使用することに起因する他
の欠点がある。例えば、固定の毛細管の特性は時
間および環境条件で変化する。例えば環境条件に
おける変動で、毛細管の熱膨張または収縮の結果
として被吸着剤の流量に変動が生ずる。なお固定
の毛細管は、特定の流量範囲内で製作するのが困
難であるばかりではなく、脱着時に固体吸着媒で
詰まつてしまつたり、その性質が脆くそのため頻
繁な交換が必要である。また、固定の毛細管は気
体の流量を制御するように調節することができ
ず、然も用いられる吸着媒試料の種類によつて指
定される最適条件を与えることはできない。さら
に重要なことは、容積流量が一定であると仮定し
ても、例えば500m2/g(グラム)より大きい非
常に大きな表面積を有する材料の吸着等温線およ
び表面積測定には大きな誤差(例えば10ないし15
%またはそれ以上)が介入する点である。このよ
うな誤差は、試料の表面積が大きければ大きい程
平衡圧力に達するのに、より長い時間が要すると
いう事実に由来する。したがつて、所与の重量の
試料に対して、表面積が大きければ大きい程流量
を相応に低くしなければならず、そして流量が低
ければそれに相応して毛細管のID(内径)を小さ
くしなければならなくなり、それにより、環境条
件の変動に対する流量の感度はさらに鋭敏になつ
てしまう。上に述べたような流量における環境要
因で誘起される変動を度外視しても、吸着等温線
上のより高い分圧に接近する際に、試料ホルダ内
に発生する被吸着剤背圧も流量を変化もしくは減
少させる。上掲のBosch他の論文606頁には、約
0.2の分圧でも、背圧によつて流量は0.6%減少す
ることが認められている。このような背圧で発生
される容積流量変動は、吸着等温線上の高い点に
おけるデータを集める際にはさらに大きくなる。
この結果、全実験過程に渡つて誤差が徐々に大き
くなることを甘受しなければならないか、或いは
またブランクテストおよび試料測定と関連して極
めて複雑な手法を用いて数学的に上記のような変
動を補償することが要求される。 さらに、被吸着剤の流量を平衡吸着量より大き
くならないように維持する必要(さもなければ実
際的な見地から完全な吸着等温線を得ることはで
きない)からして、毛細管の使用には本来的な制
限がある。例えば、毛細管系においては、流量は
毛細管にかかる圧力降下に比例する。したがつ
て、初期流量は非常に低いので、背圧により流量
はさらに減少し、吸着等温線の約70ないし80%に
達した後に流量はほとんど存在しなくなつてしま
う。 Innesの米国特許第2729969号明細書にはBosch
他のものに非常に類似した毛細管方法が開示され
ている。しかしながら、この特許明細書に記述さ
れている装置にも、被吸着剤の流量を制御もしく
は調整するのに毛細管が用いられているところか
ら、それに起因し上に述べたのと同じような欠点
がある。被吸着剤の導入は、約7ないし10c.c./分
の流量で、約0.1ないし0.3の分圧領域で行われ
る。同上明細書の第6欄第45行以下の記載から明
らかなように、小さい孔(したがつて高い表面
積)を有する試料を用いた場合には、10c.c./分の
流量或いは7c.c./分の流量でも平衡圧力状態は生
じなかつた。即ち、流量は、被吸着剤の平衡吸着
量もしくは速度より大きかつた。しかしながら、
この流量を低くするためには、直径のさらに小さ
い毛細管を用いなければならないが、その場合に
は環境条件によつて誘起される流量変動に対する
流量感度が増大し、或いはまた低い圧力を用いる
こともできるが、その場合には、背圧によつて誘
起される流量変動に対する流量の感度が高くな
る。また同上明細書の第4欄第5行以下には、流
量は第4図に示すように一定であると記述してあ
る。しかしながら、この特許明細書の第4図は、
僅か11個のデータ点を用いて僅か150秒の流れ時
間を示すに留まつている。またBosch他は、60分
の流れ時間および6個のデータ点を用いて類似の
曲線をプロツトし流量が一定であることの主張の
正当性を支持しうよとしている。しかしながらこ
のデータの何れにも、単層容量範囲、例えば0.8
ないし2.5の範囲における分圧を達成するのに十
分な時間に渡り、流量を、ほとんどが初期におい
て未知の表面積の試料の平衡吸着量以下に維持し
ようとする場合に必要とされる約4時間の流れ時
間に渡つて流量が一定であることの証左はない。
既に述べたように、環境的に誘起される流量変動
は長い時間に渡り累積する。したがつて、毛細管
方法における一定の流量という主張を正当化する
のに用いられているデータには、市販品として十
分に満足な装置が動作する際に要求される動作条
件が反映されていない。 さらに、Bosch他の毛細管装置を脱着等温線を
求めるのに用いようとした場合(この事に関して
は追つて論述する)には、固定漏洩毛細管方法に
は他の由々しい欠点が生ずる。脱着実験において
は、予め吸着されたガスが、真空源に接続されて
いる毛細管を介して試料の表面から除去される。
このプロセスにおいて、試料ホルダ内の圧力は時
間と共に減少する。したがつて、毛細管の両端に
おける圧力差は、脱着実験過程中時間の関数で減
少する。予め吸着されていたガスを試料室から除
去する駆動力はこの圧力差によるものであるから
部分的脱着実験においてもそれを完了するのに約
20ないし約40時間が必要とされる。したがつて、
毛細管脱着方法は時間を食い、然も環境的に誘起
される容積流量変動は上記のような長い期間に渡
つて累積し、この方法により任意の時点で実際の
容積流量(したがつて所与の平衡圧力における脱
着された気体の実際の量)を求めるのに複雑な算
術的補正が必要とされる。なおこのような誤差に
関しては、Bosch他の上記文献には記述はない。
と言うのは、この文献では、脱着は関心事ではな
いからである。 Innesの米国特許明細書には、脱着用の毛細管
システムの使用が開示されている。しかしなが
ら、上に述べたような毛細管を介しての室の排気
と関連する問題から、この発明者は、液体窒素温
度で脱着するのではなく、室温で、試料に吸着さ
れている窒素を加熱するように強いられている。
試料ホルダを液体窒素に入れたり出したりするこ
とは、プロセスを錯綜するばかりではなく、例え
ば液体窒素温度で平衡状態にある系の容積の決定
に顕著な誤差を導入する。このような不連続性
で、試料の実際の過度は液体窒素温度から偏差せ
しめられる。そして、液体窒素温度に対する実際
の試料温度の1℃の偏差で試験結果は無効になつ
てしまう。 以上要約すると、Bosch他ならびにInnesの文
献に開示されている毛細管方法では、STP(標準
温度および圧力)で1ml/分以下であり、この流
量は所与の期間に渡り本明細書で定義した意味に
おいて実質的に一定である。 脱着等温線は次の理由から重要である。即ち、
脱着等温線で表されるデータから、固体試量の孔
径分布を算出することができるいろいろな数式が
知られているからである。ここで脱着等温線と
は、一定の温度で被脱着剤の平衡圧力に対し、固
体から脱着される予め吸着されていた気体物質
(本明細書では被脱着剤と称している)の量をプ
ロツトした曲線である。脱着等温線は、吸着等温
線と次の点で異なる。即ち、前者は、被脱着剤で
飽和した固体から出発して、固体にかかる圧力を
徐々に絶対真空に近ずく方向に減少することによ
り求められる点である。これに対して、吸着等温
線は、排気された固体試料から出発して、該試料
の飽和が生ずるまで試料と接触する気相の被吸着
剤の圧力が増加せしめられる。なお、吸着等温線
および脱着等温線の上位概念として吸着等温線が
用いられてる。気体−固体相互作用で、収着等温
線の脱着軌跡の少なくとも一部分は、吸着軌跡よ
りも等温線上の高い位置に位する。このように脱
着軌跡が等温線の吸着軌跡を履歴しない現象は一
般にヒステリシスと称されている。このヒステリ
シスの2つの最も一般の形は、閉ループと開ルー
プである。閉ループヒステリシス挙動において
は、等温線の脱着軌跡は或る低い相対圧力で吸着
軌跡に結合する。閉ループヒステリシスは通常、
被験試料の有孔度に関係する。例えば、脱着等温
線の出発時点においては、試料の孔は被脱着剤で
飽和され充満している。脱着プロセスが生起する
と、毛細管作用により、孔内に存在する被脱着剤
の脱着は遅延され、そのために、吸着中孔の充填
を惹起した圧力と比較して、孔を排気するのにそ
れより低い圧力が要求される。この遅延が、収着
等温線の閉ループヒステリシス特性として表され
るのである。また、開ループヒステリシスは、等
温線の脱着軌跡が吸着軌跡と交わらないことに起
因するものである。開ループヒステリシスは、通
常、測定可能な不可逆的吸着の量と関係する。こ
のような不可逆的な吸着は、典型的には、一般に
化学吸着と称される収着における気体と固体試料
との反応によるものである。したがつて、脱着時
には、最初に吸着された物質より少ない物質が脱
着されることになり、そのために吸着等温線に開
ループを生ぜしめるのである。 なお、故意に化学吸着を誘発することにより、
固体試料の表面に関し多くを学びとることができ
る。例えば、触媒粒子と化学収着作用をなし支持
体とは化学吸着を行わない気相の被吸着剤を用い
て、上記支持体上に配置されたミクロ台の大きさ
の触媒粒子の%分散および表面積を求めるのに化
学収着を用いることができる。 実質的に完全な収着等温線における他の情報を
用いて、全孔容積、平均孔大きさもしくは孔径な
らびに孔の形状(例えばスリツトとか円形等)を
決定することができる。 以上の論述では、収着等温線の狭い線分ではな
く全収着等温線の実質的に完全な曲線像を得るた
めの2、3の試みについて詳細に論述した。この
論述から明らかなように、迅速且つ正確に実質的
に完全な収着等温線を発生することができる方法
或いは装置は、Bosch他或いはInnesの提案に係
わる毛細管方法より相当大きな利点を有すると考
えられる。 吸着等温線を求めるための別の方法が、アナレ
テイカル・ケミストリ(Analytical Chem.)、
Vol.30、頁13−87(1958)に掲載のNelsonおよび
Eggerstenの論文「Adsorption Measurement
By Continuous Flow Method」に報告されてい
る。この方法においては、窒素およびヘリウムの
ガスの流れから、液体窒素温度で窒素を吸着媒に
よつて吸着し、試料の加温時に取出す。放出され
た窒素は、熱伝導率によつて測定する。したがつ
て、吸着された気体の量は、大気圧以下の圧力で
の容量測定によるのではなく、大気圧での連続流
れ系における濃度測定によつて決定される。この
方法は、吸着等温線を決定するためのクロマトグ
ラフイ法と称されている。と言うのは、クロマト
グラフイ法に類似しているからである。この方法
の2つの要件は、キヤリヤガス(連行ガス)およ
び被吸着剤ガスが定常流量であることおよびこれ
ら2種類のガスがその場で混合可能であることで
ある。しかしながら、このNe/sen他の方法にお
いても、流量制御は毛細管によつて行われてい
る。これに対して、アナリテイカル・ケミストリ
(Analytical Chem.)、Vol.43、No.10、頁1307
(1971)に掲載のFareyおよびTuckerの論文
「Determination of Surface Areas By An
Improved Continuous Flow Method」におい
ては毛細管の代りに、一連の圧力および質量流量
コントローラを用いて、定常流を達成する試みが
なされている(さらにまた、Bhat、R.および
Krishnamoorthy、T著のインデイアン・ジヤー
ナル・オブ・テクノロジー(Indian Journal of
Technology)Vol.14、頁170(1976)も参照され
たい)。この実験に適した窒素流量は、2ないし
20ml/分であつた。しかしながら、同上論文の
1309頁にも記述されているように、検出器を通る
流量は、吸着/脱着サイクルで出合う急激な温度
変化で瞬時的に変動する。Farey他のクロマトグ
ラフイ法にはこの問題は生じない。その理由は、
各データ点は比較的短期間(例えば20分)に亘つ
て不連続ベースで発生され、不連続なピーク、即
ちデータ点の発生中、このような変動は質量流量
コントローラによつて補償することができるから
である。各ピークに必要とされる短い持続期間
で、長時間に亘る環境変動により発生される誤差
の累積も避けられる。これに対して本発明の方法
では、追つて述べる場合を除き、(例えば吸着の
場合には約4時間そして脱着の場合には約12時間
の)分析過程中における質量流量の小さい制御不
可能な変動さえも除去することができるのであ
る。本発明では、この目的を達成するために、
0.2ないし0.4ml/分の範囲の質量流量が典型的に
用いられるという事実も考慮される。このような
低い流量は、典型的に、大きい表面積の物質にと
つて非常に低い平衡吸着量または脱着量より大き
い量で吸着媒に気体を供給したり或いは脱着媒か
ら気体を脱着するのを回避するのに有利であるか
らである。その理由は、慣用の質量流量コントロ
ーラにおいては、典型的に、気体の流れを計量す
るための手段として該コントローラを通る気体の
熱伝導率が用いられているという事実によるもの
である。この問題は、慣用の質量流量コントロー
ラの流量計の感知要素における不所望な制御でき
ない累積変動を生ぜしめる環境温度変動によりさ
らに由々しくなる。さらにまた、低圧力および低
流量における気体の低い熱伝導率で、流量に環境
的に誘起される変動が生じ、慣用の流量および圧
力の使用と比較し、流量の相対誤差に大きく寄与
する。したがつて、慣用の質量流量コントローラ
は、本発明方法を実施する上での使用には不適当
である。なお、慣用の質量流量コントローラの主
要な構成要素を形成する慣用の流量計およびサー
マル弁(熱応答弁)は、米国特許第3650505号、
3851526号、3938384号および4056975号各明細書
に記述されている。 上の説明から明らかなように、収着等温線を求
めるために迅速で簡素で然もより正確な方法およ
び装置に対し間断ない需要が存在する。本発明
は、この需要に答えるべく開発されたものであ
る。 発明の梗概 本発明の1つの様相によれば、固体吸着媒によ
つて吸着される気体被吸着剤の量を決定する方法
において、 (a) 既知の容積の排気され室を設けて該室内にガ
ス放出した吸着媒試料を置いて既知の温度に維
持し、 (b) 上記吸着媒により被吸着剤の少なくとも1部
分の吸着が得られるのに充分な時間、既知の実
質的に一定の質量流量で上記試料を収容してい
る室内に気体被吸着剤を導入し、この場合上記
質量流量は上記吸着媒による上記被吸着剤の平
衡吸着量よりも大きくなく且つ標準温度および
圧力条件で約0.7ml/分よりも大きくなく、 (c) 時間の関数として上記室内に導入される際に
上記被吸着剤の平衡圧力を設定し、該平衡圧力
は標本化室圧力であり、そして (d) 被吸着剤の上記標本化室圧力、被吸着剤の質
量流量および上記標本化室圧力を達成するのに
必要な時間を、上記標本化室圧力で上記吸着媒
により吸着される被吸着剤の量と相関する段階
を含む方法が提案される。 本発明の他の様相によれば、凝縮された被脱着
剤で飽和した固体脱着媒から気体として脱着され
る被脱着剤の量を決定する方法において、 (a) 予めガス放出されて凝縮された被脱着剤を有
する脱着媒の試料を気相の被脱着剤からなる室
雰囲気と平衡関係で収容した既知の容積および
温度の室を設け、 (b) 上記試料の孔から凝縮された被脱着剤を脱着
するのに少なくとも充分な期間、脱着媒からの
被脱着剤の平衡脱着量より大きくない既知の実
質的に一定の質量流量で上記室から上記被脱着
剤を取出し、 (c) 上記室から被脱着剤が取出される際に時間の
関数として上記被脱着剤の平衡圧力を設定し、
該平衡圧力は被脱着剤の標本化室圧力であり、 (d) 被脱着剤の標本化室圧力、被脱着剤の質量流
量、および上記標本化室圧力を達成するのに必
要とされる時間を上記標本化室圧力で脱着され
る脱着剤の量と相関する段階を含む方法が提案
される。 本発明のさらに他の様相によれば、固体吸着媒
試料により吸着される気体の量または固体脱着媒
試料から脱着される気体の量を決定するための装
置において、 (1) 上記固体試料並びに室手段に導入される気体
または該室手段から取出される気体を収容する
ための既知の一定の容積の少なくとも1つの室
を画定する室手段と、 (2) 上記室手段に気体を連続的に導入または該室
手段から気体を連続的に取出すための手段と、 (3) 気体が上記室手段に導入または該室手段から
取出される際に該室手段内に時間の関数として
上記気体の圧力を設定するための手段と、 (4) 上記室に導入されつつある上記気体または上
記室から取出されつつある上記気体の質量流量
を制御して、(a)該質量流量が上記室内の気体の
少なくとも約0.02ないし約1.0の全分圧範囲に
亘り実質的に一定にすると得に、(b)上記気体の
導入中は吸着媒試料による気体の平衡吸着量よ
りも大きくせず、そして上記気体の取出し中は
脱着媒試料からの気体の平衡脱着量よりも小さ
くする制御手段と、 (5) 上記室手段から上記気体の取出し中上記室手
段から気体を上記制御手段を介して排気するた
めの手段と、 (6) 上記室内の気体の既知の温度を実質的に一定
に維持するための手段とを含む装置が提案され
る。 以下、図面を参照し本発明の好ましい具体例に
ついて説明する。なお第2図および第3図におい
ては、当業者が実際の装置運転において望ましい
と考えるような要素が省略してある。これは、本
発明の図解を簡略化し、既に良く理解されている
技術的細末に関し説明する労を省くためである。
したがつて、例えば、電力の供給、ソレノイド弁
の電気的接続、コンピユータ支援自動化等に明ら
かに必要とされるような或る種の設備が、図示を
省略されている点に留意されたい。 好ましい具体例の説明 本発明の方法は、動的もしくはダイナミツクで
あると共に容量法であることを特徴とする、この
方法は、吸着モード、脱着モードまたは吸着モー
ドに脱着モードが続く上記2モードの組合せモー
ドで実施することができる。 吸着モードは、初期においてガスもしくは気体
として存在する物質ならびに固体を用いて行なわ
れる。なお本明細書においては、上記気体を被吸
着物質もしくは被吸着剤と称し、そして固体を吸
着媒もしくは吸着剤あるいは試料(サンプル)と
称する。吸着モードの実施中、被吸着物質もしく
は被吸着剤は、吸着の性質が物理的なものとなる
ように企図され制御されるかあるいは物理化学的
となるように制御されるかに依存して変えられ
る。公知のように、吸着現象は、用いられる糸お
よび用いられる温度に依存する物理的または化学
的プロセスの結果であり得る。物理吸着(しばし
ばヴアン・デル・ワールス吸着とも称される)
は、固体と気体との間の比較的弱い相互作用の結
果である。この種の吸着の特徴の1つは、固体に
よつて吸着された総ての気体を、気体が吸着され
たのとほぼ同じ温度で排気することにより取出す
ことができる点である。化学吸着(このプロセス
においては物理吸着も生ずる)では、物理吸着よ
りも相当強い相互作用が固体と気体との間に働
く。化学吸着された気体は、該気体が吸着された
のとほぼ同じ温度での排気により固体から除去す
ることはできず、化学的被吸着物質の初期の除去
には吸着温度よりも相当に高い温度での排気が要
求れる。典型的には、化学吸着中、吸着媒は化学
的に被吸着物質と反応する。したがつて、物理吸
着の場合には、被吸着物質は吸着媒に対して化学
的不活性であるように吸着媒と関連して選択され
る。さらに、所与の圧力で物理吸着される気体の
量は、温度の減少と共に増加するので、被吸着物
質は典型的な例として、典型的に約−195℃から
約100℃(例えば−195℃ないし0℃)の非常に低
い温度で液化するように選択される。本発明の方
法で用いられる被吸着物質もしくは被吸着剤は、
気体収着容量分析方法において慣用のものであ
る。 物理吸着に慣用的に用いられる被吸着剤の代表
的な例としては、窒素、アルゴン、炭化水素、例
えばブタン、ヘキセン、ベンゼン、H2Oおよび
CO2がある。 化学吸着を行なうのに通常用いられる本明細書
で化学被吸着物質もしくは化学被吸着剤と称され
る被吸着剤の代表的な例には、O2、CO、CO2
H2O、H2等が含まれる。吸着媒もしくは試料は、
表面積のようなその形態学的特徴について分析し
ようとする任意の固体である。ここに述べる方法
は、典型的には約0.01なしい約1500、好ましくは
約0.05ないし約1200、そして更に好ましくは約
0.5ないし約800m2/gの表面積および、典型的に
は約5ないし約550オングストローム、好ましく
は約7ないし約450オングストロームそして更に
好ましくは約9ないし約400オングストロームの
孔径を有する試料もしくは標本に適用可能であ
る。なお上記の孔隙寸法範囲には後述するケルビ
ン方程式における固有の限界が反映されている。 或る試料もしくは標本により吸着された被吸着
物質の量を測定する前に、窒素、酸素、水蒸気等
のような吸着された大気ガスを除去(即ち、ガス
抜きもしくはガス放出)することにより試料は不
純物から清浄にされる。これは、Orr、C.および
Dallavalle、J.著の「Fine Particle
Measurement」、Macmillan Company社発行、
頁164−204(1960)に記述されているような慣用
の方法によつて達成される。なお、この文献の開
示内容は本明細書において参考のために援用す
る。この方法によれば、ガス抜きは、例えば、試
料を真空中で約110℃ないし約600℃(例えば300
ないし400℃)の温度で、約4時間ないし約12時
間(例えば8時間ないし12時間)の期間に亘つて
加熱することにより達成される。試料の重量、場
合により密度もしくは濃度も、試料を被吸着物質
と接触する前に慣用の方法に従がつて測定する。 追つて詳細に述べる吸着モードが行なわれる装
置は、排気することができる室を備えている。こ
の室は、説明の便宜上、2つの部分から構成され
るものとする。即ち、試料ホルダと実験中に制約
されない仕方で試料ホルダと連通する装置の管路
であり、この管を介して被吸着剤は試料ホルダ内
へと通され導入される。室の容積は慣用の容量分
析方法および理想気体の法則に従がつて予め正確
に決定しておく。この容積は、試料が存在する場
合、試料の容積を室の容積から減算し、試料の密
度に基づいて試料の容積に関し修正するのが好ま
しい。しかしながら、室の容積と比較して非常に
小さい容積を有する高表面積試料を用いる場合に
は、試料の容積は便宜上無視することができる。
本発明の装置を用いる場合には、試料ホルダは止
コツクを用いて機密密封し、室の管路部分から着
脱可能に取外すことができる。したがつて、便宜
上の問題ではあるが、試料もしくは標本の計量、
ガス抜きおよび排気は、通常、室から取外された
試料ホルダ内で行ない、そして密封し排気された
試料ホルダを然る後に室の管路部分と接続するの
が有利である。慣用の容量型ガス吸着分析方法に
従えば、試料ホルダの容積は典型的に、試料の容
積の約10倍ないし約200倍に選択される。これは、
吸着および脱着双方に対し基準(ブランク)を正
確に決定し、液体窒素レベルにおける液体浴−空
気界面で管路容量値に介入し得る誤差を最小にす
ると共に、試料の密度を決定する上の誤差を最小
にするためである。 被吸着物質の温度も既知であり、実験中一定で
あるのが好ましい。室の試料ホルダ部分内の被吸
着剤の温度は、室の試料ホルダ部分の温度である
と仮定し、典型的には、大気圧で被吸着剤の沸点
の約±1℃内となるように制御される。従つて、
室の試料ホルダの温度も求められる。これは、予
め知られている好ましくは一定の温度の液浴内に
試料ホルダの大きな部分を浸漬することにより達
成される。便宜上の問題としてではあるが、大気
圧を越える圧力の使用を避けるために、液浴の温
度は、典型的には、ほぼ大気圧で被吸着剤の凝縮
を生ぜしめるのに充分な温度とする。このこと
は、標本もしくは試料ホルダの温度を制御する液
浴として大気圧で液相である被吸着剤を用いるか
あるいは大気圧で被吸着剤の沸点より高くない温
度で沸騰する特別に調合された液体を用いること
により容易に達成される。しかしながら、液浴が
液化された被吸着剤である或る種の事例において
は、液浴内の不純物で浴の温度は、純粋の液化さ
れた被吸着剤の沸点よりも若干高くなる場合があ
る。その結果、被吸着剤もしくは被吸着物質の飽
和圧力(被吸着気体が液化された被吸着剤と平衡
になる圧力)は、1気圧より高くなり得る。この
場合、被吸着剤は、ほぼ大気圧で凝縮する。試料
ホルダ自体は、典型的には、2つの部分から構成
される。即ち、試料を収容する比較的大きい容積
の部分と、比較的小さい容積の毛細管頚部であ
る。毛細管頚部の約半分が液浴内に浸漬されて液
浴温度になり、他方、毛細管頚部の残部(室温に
ある)は装置に接した場合、室の管路部分の一部
となる。室の管路部分の温度は、室管路容積VC.T.
の約98%を既知の一定の温度制御された環境(例
えば約39℃)に維持することにより一定に維持さ
れ、したがつて、この容積内の被吸着剤を制御さ
れた環境温度に等しくすることができ、したがつ
てまた一定にすることができる。したがつてVC.T.
は制御された環境内で一定の温度における室管路
容積を表わす。次に、容積VC.T.内の座吸着剤の圧
力読取りを行なう。容積VC.T.内の被吸着剤の温度
は、室温にある室管路容積の残りの2%の部分
(VR.T.)内に存在する被吸着剤と平衡状態にある
と想定する。したがつて、室温の変動は、補償さ
れ、無視することができる。したがつて、VC.T.
VR.T.との間の温度差は、充分に小さく、VC.T.の容
積は全室管路容積(VC.T.+VR.T.)に対して充分に
大きく、そして残りの室管路容積は、全室容積に
比較して充分に小さく、したがつてこの温度差は
無視することができ、VC.T.の温度は、式1ないし
3の室管路容積(VL)の温度(TL)に等しくな
る。 このようにして、ガス放出された試料を収容し
既知の実質的に一定の温度に維持された既知の容
積の排気された室が用意される。この室には、好
ましくは連続的に、好ましくは後述する少なくと
も0.20の被吸着剤分圧を達成するのに充分な時
間、そしてさらに好ましくは被吸着剤の少なくと
も一部分が吸着媒に凝縮する(即ち分圧が1にな
る)のに充分な時間、既知の実質的に一定の質量
流量で被吸着剤を導入し、他方、室内には被吸着
剤の導入に際しその時間の関数として被吸着剤の
圧力を設定する。本明細書ではこの圧力を、標本
化室圧力と称している。 質量流量と関連して用いられる術語「実質的に
一定」とは、気体の全導入期間中に用いられ且つ
実質的に気体の全取出し期間において、質量流量
が0.2ml/分より小さくない場合に、該質量流量
に変動が生じてもその変動が±0.4%より大きく
ない、好ましくは±0.2%より大きくない、そし
て最も好ましくは±0.15%よりも大きくない質量
流量を定義するのに用いられており、そして術語
「実質的に全気体取出し期間」もしくはそれに類
する表現は、気体の取出しが行なわれる分圧範囲
と関連して追つて述べるように定義される。質量
流量が約0.05と約1.19ml/分との間にある場合に
は、術語「実質的に一定」とは、質量流量におけ
る約±1%を越えない変動が存在しても良い質量
流量であると定義される。約0.05よりも小さい質
量流量は実際上用いられない。と言うのは、この
ように小さい質量流量は測定サイクルを完了する
のに経済的に甘受し得ない程の時間を要するから
である。実質的に一定な質量流量を用いることに
より、後述するようにして、被吸着剤が室内に導
入される全期間中の質量流量を、Innesおよび
Bosch他の毛細管方法のような慣用の方法では従
来達成できなかつたような極めて高い精度で測定
することができるのである。 被吸着剤が室内に導入される流量は、試料によ
る被吸着剤の平衡吸着量(率もしくは速度)より
も大きくないように選択される。さらに具体的に
は、任意の容積、温度、圧力および試料と接触す
る被吸着剤の量の組合せ条件において、被吸着剤
の分子が試料に衝突して吸着される割合もしくは
量は、吸着された被吸着剤分子が試料の表面から
出る量と終局的には等しくなる。この情況が生ず
ると、その時の吸着量もしくは吸着速度が、平衡
吸着量もしくは速度と称される。 一定の容積および温度と言う条件で、この平衡
状態の達成は、例えば約20ないし40分の期間に亘
り被吸着剤の圧力が一定である(即ち変動が±
0.25%を越えない)ことにより確認される。本発
明で用いられる質量流量が平衡吸着量もしくは速
度より大きくなると被吸着剤の導入は中断され、
そして室内の圧力が一定になるまでには有限の期
間を要する。しかしながら、質量流量が平衡吸着
量もしくは速度より大きくない場合に、吸着剤の
供給を中断すると、圧力は中断時点から一定にな
る。したがつて、質量流量を平衡吸着量よりも大
きくならないように制御することにより、被吸着
剤の導入中の任意時点で設定される圧力は平衡圧
力であると言うことになる。このことは非常に有
意味である。と言うのは、吸着等温線は、所与の
平衡圧力における吸着された被吸着剤の量をプロ
ツトすることにより得られるからである。このよ
うにして、吸着等温線は簡単に求められる。 上述の平衡流量制限条件を満足することができ
る質量流量は、試料の重量に比例する。さらに、
大きい表面積の試料と比較して小さい表面積の試
料に対しては若干高い質量流量を用いることがで
きよう。と言うのは、平衡圧力は前者の場合より
迅速に設定されるからである。この点を考慮し
て、約0.1ないし1.0gの試料の重量に対し標準温
度および圧力条件(S.T.P.)における質量流量
は、約0.7ml/分より大きくなく、好ましくは0.5
ml/分よりも大きくなく、そして最も好ましくは
約0.4ml/分より大きくなく、典型的には約0.05
ないし約0.7ml/分(例えば0.05ないし0.19)、好
ましくは約0.2ないし約0.5ml/分、そして最も好
ましくは約0.2ないし約0.4ml/分の範囲で変動し
得る。試料の表面積および有孔率は未知であるこ
とが多いので、0.5ml/分、典型的には0.2ないし
0.4ml/分より小さい質量流量が殆んどの試料に
対して適当であることが判明した。上に述べた流
量を質量流量と表現したのは、後述する質量流量
コントローラが気体の質量に比例する気体の熱伝
導度に応答するからである。したがつて、ミリリ
ツトル(ml)/分は、Arrheniusの式により質量
に変換することができる。 上に述べたように、被吸着剤は、表面積の測定
を目的とする場合には、少なくとも約0.20の被吸
着剤分圧を達成するのに充分な時間に亘つて室に
導入するのが好ましい。しかしながら、完全な吸
着等温線が望ましい場合には、少なくとも0.98の
被吸着剤分圧が要求される。被吸着剤の分圧
(P/Ps)とは、例えば吸着剤の導入中の任意時
点における室圧力(P)を、該室の自由空間にお
いて被吸着剤の液化が生ずる(室温度および容積
条件下での)被吸着剤の圧力、即ち飽和圧力
(Ps)で除した商である。この分圧は本明細書に
おいてはまた相対圧力とも称される。0.4よりも
高い被吸着剤分圧においては、吸着等温線から導
出される後述の式5のBET曲線の直線性は徐々
に喪失する。したがつて表面積を求めるのに
BET式を用いる場合には、典型的には約0ない
し約0.4、好ましくは約0ないし約0.35、そして
特に好ましくは約0ないし約0.30の被吸着剤分圧
範囲における吸着等温線のデータを利用するのが
好ましい。しかしながら、吸着等温線におけるさ
らに高い吸着分圧で表面積を求めるための他の数
学的モデルが利用可能であれば、これらのデータ
も勿論利用可能であろう。ここに述べる方法は、
被吸着剤吸着量を測定することが可能な方法であ
り、したがつて被吸着剤の導入は、少なくとも、
試料が少なくとも被吸着剤の一部分を吸着するの
に充分な期間続ける必要がある。 上に述べたように、被吸着剤は、少なくとも被
吸着剤の一部分が試料に凝縮するのに充分な時間
に亘つて室に導入するのが最も好ましい。試料ホ
ルダの自由空間における被吸着剤の液化である凝
縮は吸着とは区別すべきである。吸着は、被吸着
剤の試料との接触開始後直ちに生ずる。これに対
して、凝縮は試料の存在下で室内の雰囲気が被吸
着剤で飽和し始めるのに伴つて生ずる。したがつ
て凝縮は被吸着剤分圧(P/Ps)=1で生ずる。
この理由から、凝縮が生ずるまで被吸着剤の導入
を続けることにより、完全な吸着等温曲線を最終
的に求めることができる。 したがつて、表面積測定の目的で被吸着剤の単
一層を実現するに必要とされる充分な吸着を達成
するために、被吸着剤は、典型的には約0.1より
も大きく、好ましくは約0.2よりも大きく、そし
て最も好ましくは約0.3より大きく(例えば0.35
よりも大きい)、そして典型的には約0.2から約
0.35、好ましくは約0.25から約0.35、そして最も
好ましくは0.30から約0.35の変動範囲にある被吸
着剤分圧を得るのに充分な期間に亘つて被吸着剤
を室内に導入する。完全な吸着等温線を得るため
には、被吸着剤の導入は、典型的には約0.95より
大きく、好ましくは約0.98よりも大きく、そして
最も好ましくは1よりも大きい分圧を発生するの
に充分な時間続ける。一般に、本明細書に記述さ
れている質量流量(実際にはこの質量流量は後述
するように実際に用いられる温度および圧力を反
映するように変換される)で、上記のような分圧
は、典型的には約2時間ないし15時間、好ましく
は約3時間ないし約12時間そして最も好ましくは
約4時間ないし10時間の連続した被吸着剤導入時
間で達成される。 被吸着剤が導入される際の室の圧力は、例えば
被吸着剤導入の開始から出発して時間の関数とし
て被吸着剤の平衡圧力を測定することにより検出
される。平衡吸着量より大きくない質量流量で動
作している時には、標本化室圧力は被吸着剤の吸
着平衡圧力に等しい。被吸着剤の平衡圧力は、吸
着等温線の正確な一部または全部が実現されるよ
うに被吸着剤の導入期間中充分な回数で測定する
のが好ましい。典型的には、この測定は、被吸着
剤の導入中、約100ないし約10000、好ましくは約
200ないし約2000、そして最も好ましくは約300な
いし約600個の圧力データ点が得られるように行
なう。また所望ならば、被吸着剤の吸着平衡圧力
を連続的に測定することも可能である。しかしな
がら、被吸着剤の分圧が約0ないし約0.35の範囲
である時には約400ないし600回の圧力標本化頻度
が、吸着モードでのBET表面積測定にとつて最
も有効であることが判明した。 質量流量は、試料による被吸着剤の吸着中必ず
しも知られず、試料の吸着サイクル前または後、
好ましくは前の任意時点で求められる。この質量
流量を求める最も簡便な方法は、ブランクテスト
を行なうことである。このブランクテストにおい
ては、試料が存在する場合に用いられるのと同じ
条件下で、試料の不在の状態で被吸着剤を室内に
導入し、基準圧力と称する室の平衡圧力を時間の
関数として測定する。この場合、標準温度および
圧力条件における質量流量は次式から求めること
ができる。 MFR=273/760・△P/t(VL/TL+VS.H./TS.H.) ……(式1) 上式中、MFRは、ブランクテストにおける質
量流量をml/分で表わし、△P(mmHg)は、期間
(t)中の室圧力の変化を表わし、Vは温度TL
おける室管路容積(cm3)を表わし、VS.H.は温度
TS.H.における試料ホルダ容積(cm3)を表わし、
TLは容積VLの室管路温度(〓)を表わし、そし
てTS.H.は容積VS.H.の試料ホルダの温度(〓)であ
る。 期間(t)は、通常、室への被吸着剤の導入の
開始から被吸着剤が室内で凝縮するのに充分な時
間まで測定される期間である。しかしながら、校
正のためのブランクテストサイクルにおける圧
力/時間関係は実質的に一定の流量で直線形とな
るので時間(t)は、被吸着剤の凝縮が生ずる圧
力まで圧力/時間曲線を正確に外挿できるのに充
分な長さであればよい。 質量流量が、ブランクテストにおいて、標本化
室圧力/時間関係を求めるための同じ質量流量を
用いて設定されたならば、吸着された被吸着剤の
容積(Vads)は、次式に従い被吸着剤の導入中の
任意時点(t)で算出することができる。 Vads=273/760△P(VL/TL+VS.H./TS.H.) −△P′(VL/TL+V′S.H./T′S.H.) ……(式2) 上式中P、VL、TL、VS.H.、およびTS.H.は式1
と関連して述べたパラメータであり、P′はPを求
めるのに同じ期間(t)中の標本化室圧力の変化
を表わし、V′S.H.は、温度T′S.H.における試料ホル
ダ容積に対して補正された試料ホルダ容積を表わ
し、そしてT′S.H.は試料を有する容積V′S.H.の試料
ホルダの温度を表わす。室容積と比較して非常に
小さい試料ホルダ容積を用いて、それにより試料
ホルダ容積に対する補正を不必要にし被吸着剤の
導入の開始からの期間を無視すると、式2は次式
のように書換えられる。 Vads=273/760(VL/TL+VS.H./TS.H.)(P−P′)
(式3) 上式中Pは、基準圧力であり、P′は被吸着剤の
供給時間(t)後の標本化室圧力であり、そして
残りの変量は式1で定義したものと同じである。
Bosch他によつて用いられているような他の数式
をも導出することができる。この場合には、試料
が存在する場合と存在しない場合とのにおける特
定の被吸着剤平衡圧力に達するのに要する時間差
を用いて、試料により吸着された被吸着剤の量例
えば容積を計算する。しかしながらいずれの場合
にも、量、例えばVadsは試料の存在下における被
吸着剤の平衡圧力、質量流量および該被吸着剤の
平衡圧力に達するのに要する時間を相関すること
により求められる。 脱着では、P′がPより大きくその差には正の記
号が付けられる点に注意されたい。 脱着モードは吸着モードの逆のモードである。
脱着モードにおいては本明細書において脱着媒ま
たは試料と称される形態学的特性を測定しようと
する固体ならびに被脱着剤と称する気体もしくは
液体が用いられる。被脱着剤は、脱着モード中試
料から蒸発される。したがつて、脱着モードにお
いては、出発物質として、先ずガス放出されてそ
の表面および孔が、被脱着剤が凝縮するように該
被脱着剤と接触しており、孔が充満されそして試
料の外部表面が少なくとも単層の凝縮した被脱着
剤で覆われている試料が用いられる。便宜上、試
料は、該試料の孔の完全な充填を確保するために
脱着剤で飽和される。試料上に凝縮する気体を被
脱着剤と称する。したがつて、術語「被脱着剤」
はそれを構成する気体または液体が用いられるモ
ードを単に識別するために「被吸着剤」の代りに
用いられるものであつて、被吸着剤および被脱着
剤を構成する物質は同じものである。 脱着モードの実施に当つては、既知の好ましく
は、吸着モードと関連して説明した一定の容量お
よび温度を有する室に、被脱着剤が凝縮している
試料を置き、気相の被脱着剤からなる室雰囲気と
平衡状態にする。これは、典型的には、先に述べ
たように、試料の飽和が生ずるまで吸着モードを
実施することによつて達成される。被吸着剤をそ
こで好ましくは連続的に、少なくとも試料から凝
縮した被脱着剤を脱着するのに充分な期間、そし
てさらに好ましくは試料から被脱着剤が完全に除
去されるまで、既知の実質的に一定の質量流量で
室から取出す。ここで術語「実質的に一定」と
は、被脱着剤質量流量と関連して用いた場合、約
0.02より小さくなく、好ましくは約0.03よりも小
さくなく、特に好ましくは約0.04よりも小さくな
い被脱着剤分圧(P/Ps)においてのみ妥当す
る。約0.02より小さい被脱着剤分圧では、質量流
量コントローラは、質量流量を実質的に一定に維
持できない。しかしながら、このことは、結果の
精度に影響を与えるものではない。と言うのは
0.02ないし0の分圧範囲においては使用可能なデ
ータは得られないからである。 被脱着剤取出し質量流量は、(吸着時の質量流
量に類似の仕方で)試料からの被脱着剤の平衡脱
着量よりも大きくならないように制御される。平
衡脱着量もしくは速度とは、気体が室内に導入さ
れるのではなく気体を室から取出す条件下で平衡
状態が設定される点を除き、平衡吸着量もしくは
速度に関して先に定義したのと同じ意味である。
このような流量を用いることにより手順が簡略化
される。と言うのは、被脱着剤の取出し中の任意
時点における室圧は被脱着剤の平衡圧力であり、
脱着等温線をプロツトする上の軸線のデータ点と
なるのがこの被脱着剤平衡圧力であるからであ
る。 約0.05ないし約1.0gの試料重量で且つS.T.P.条
件下での脱着質量流量は、典型的には約0.7ml/
分より大きくなく、好ましくは約0.5ml/分より
も大きくなく、そしてさらに好ましくは約0.4
ml/分よりも大きくなく、そして典型的には約
0.05ml/分ないし約0.7ml/分(例えば0.05ないし
0.19および/または0.2ないし0.7ml/分)、好まし
くは約0.2ないし0.4ml/分、そしてさらに好まし
くは約0.2ないし約0.3ml/分の範囲で変動する。 高い有孔度の試料と比較して低い有孔率の試料
に対しては若干高い脱着質量流量を用いることが
できる。その理由は平衡圧力が前者の場合より迅
速に生ずるからである。試料の有孔度が未知であ
る場合には、0.5ml/分より小さい、典型的には
0.2ないし0.4ml/分の脱着質量流量が多くの試料
に適している。 先に述べたように、被脱着剤の取出しは、少な
くとも、試料の孔から凝縮した被脱着剤を脱着す
るのに充分な期間続けられる。これと関連して、
先に述べた凝縮と吸着との相違に関する記述は、
脱着モードについても当嵌る。即ち、(試料内の
孔とは区別して)試料の表面からの被脱着剤の完
全な脱着は生起する必要はない。その理由は、脱
着等温線は主に試料の多孔特性に左右されるから
である。凝縮した被脱着剤が試料の孔から除去さ
れるまで被脱着剤の取出しを続けることにより孔
の壁に吸着されて残存している被脱着剤に関し算
術的に補正を行なつて、孔寸法もしくは孔径の分
布を求めるのに必要とされる重要な情報が得られ
る。便宜上の問題として、総ての被脱着剤を試料
から除去するのが望ましい。 試料から凝縮した被脱着剤の脱着は、典型的に
は、約1.0よりも小さい被脱着剤分圧(P/Ps
で生ずる。この被脱着剤分圧は、被吸着剤分圧に
ついて定義したのと同じ意味で用いられている。
したがつて被脱着剤は、室から、典型的には約
0.20より小さく、好ましくは約0.10より小さくそ
して最も好ましくは約0.04よりも低く、しかも典
型的には約1.0から約0.2、好ましくは約1.0ないし
約0.1、そして特に好ましくは約1.0ないし約0.02
の範囲内で変動し得る被脱着剤分圧を得るのに充
分な時間に亘り室から取出される。一般に、後述
のように、実際の使用温度および圧力を反映する
ように変換される被脱着剤質量流量においては、
このような分圧は、典型的には約8時間ないし20
時間、好ましくは約8時間ないし約16時間、そし
て特に好ましくは約9時間ないし約14時間の連続
した被脱着剤取出し時間で達成される。 吸着モードの場合と同様に、試料の存在時の室
圧力(脱着モードにおける標本化室圧力と称す
る)は被脱着剤の取出し中時間の関数として求め
られる。このことは、例えば、被脱着剤の取出し
開始から出発して、被脱着剤が取出される際の時
間の関数として被脱着剤の平衡圧力を測定するこ
とにより達成される。典型的には被脱着剤平衡圧
力は、正確な脱着等温線の一部分、好ましくは全
体の実現が可能なように被脱着剤の取出し期間中
充分な時間に亘つて測定される。このようにし
て、典型的には、約500ないし約40000個、好まし
くは約1000ないし約10000個、そして最も好まし
くは約1000ないし約5000個の圧力データ点が、上
に述べた分圧範囲での被脱着剤取出し中に得られ
る。約2000回の圧力標本化頻度が、典型的な孔径
分布測定に対し殆んどの試料に対して適当である
ことが判つた。 吸着モードの場合と同様に、脱着質量流量は、
ブランクテストにより、試料の存在下での脱着モ
ードの実行する前または後で適宜決定される。 即ち、空の試料ホルダを凝縮した被脱着剤で飽
和し、次いで脱着基準圧力と称する室圧力を測定
しつつ脱着モード中に用いられるのと同じ脱着質
質流量ならびに温度および容積条件で被脱着剤を
取出す。次いで、前述の式1に従つて脱着質量流
量を求めることができる。脱着のための校正用ブ
ランクテストサイクルにおける圧力/時間関係は
試料ホルダ壁に凝縮した被脱着剤の除去後の分圧
点から約0.02の分圧まで直線形である。したがつ
て、被脱着剤取出し時間(式1の時間t)は、凝
縮した被脱着剤が試料の孔から蒸発する脱着標化
室圧力、そして好ましくは完全な脱着が生ずる脱
着標本化室圧力まで、ブランクテストの圧力/時
間曲線の正確な外挿が可能となるのに充分な長さ
であるだけで良い。 脱着質量流量を一旦求めたならば、この質量流
量を用いて脱着標本化室圧力/時間関係を決定
し、それにより、先に述べた式2または式3に従
い適当に置換し、試料の存在時の被脱着剤平衡圧
力、被脱着剤質量流量および上記被脱着剤平衡圧
力に達するのに必要な時間を相関することによ
り、被脱着剤の取出し中の任意時点(t)におけ
る脱着された被脱着剤の容積(Vdsb)を計算によ
り求めることができる。 上記のようにして求められたVadsまたはVdsb
ら、吸着等温線および(または)脱着等温線を求
めることができる。例えば、吸着等温線の場合に
は、Y軸にVadsをとりX軸には対応の相対圧力
(P/Ps)、(但しPは吸着平衡圧力であり、Ps
室温における吸着剤の飽和圧力である)をとり、
Vadsの曲線をプロツトすることができる。他方、
脱着等温線の場合には相対圧力(P/Ps)に含ま
れる吸着平衡圧力(P)の代りに対応の脱着平衡
圧力を用いる。吸着等温線に具現された情報を用
いて、BET式により試料の表面積を求めること
ができる。また、脱着等温線に具現された情報を
用いてケルビン(Kelvin)の式から孔径分布を
求めることができ、且つ試料のグラム当りの全孔
容積(Vp)を、飽和圧力(Vs)、被脱着剤の分子
重量(M)、被脱着剤の分子容積(Mv)および液
相被脱着剤の密度に基づき、式11に従つて、試料
のグラム当りの吸着された被脱着剤のS.T.P.(標
準温度及び圧力)における全容積から計算するこ
とができる。 BET式を用いて、物質もしくは材料のBET表
面積を求めることができる。このBET式は、典
型的には、多孔性物質の内部BET表面積を決定
するために、0ないし0.35の相対圧力範囲で用い
られる。BET式の線形化された形態は次の通り
である。 Pr/V(1−Pr)=1/VnC+C−1/VnCPr ……(式4) 上式中Prは、吸着等温線から得る相対圧力
(P/Ps)であり、Vは、相対圧力Prにおいて試
料1g当りで吸着される被吸着剤のS.T.P.におけ
る容積であり、Vnは被吸着剤の単層容量、即ち
試料上に単層として吸着された吸着剤の容積を表
わし、そしてCは吸着エンタルピーに依存する
BET定数である。 Prに対し式4の左辺をプロツトすれば直線が
得られる。この線Vnの勾配およびY切片は、次
式から計算することができる。 Vn=1/勾配+1/切片 ……(式5) したがつて、BET比表面積(SABET)は、次式
から計算することができる。 SABET=Vn・Nav・Snpl/Vnpl・W ……(式6) 上式中、Vnは式4で記述されるものであり、
Navはアボガトロ数であり、Snplは吸着剤分子の
横断面積であり、VnplはS.T.P.における吸着剤分
子の横断面積であり、VnplはS.T.P.における吸着
剤モル気体容積でありWは試料の重量である。 単層内の被吸着剤分子が、六角形に極く近似し
て詰つていると仮定すると、吸着された分子
(Snpl)の横断面積は次式から計算することがで
きる。 Snpl=1.091〔M/Nav)D〕2/3 ……(式7) 上式中Mは被吸着剤の分子重量であり、Nav
既に定義した量であり、そしてDは被吸着剤の密
度である。 多孔性物質の孔径分布を計算するためにケルビ
ン方程式が用いられる。この方程式によれば、次
に示すように、グラム当りの方面積に対する孔容
積の比の関数として、1つの孔(または毛細管)
内に収容されている液体に関する蒸気圧が得られ
る。 dv/ds=−VL(σL)cosφ/(R)(T)(lnPr
)……(式8) 上式中、VLは、S.T.P.における液相被脱着剤
のモル容積であり、σLは液相にある時の被脱着剤
の表面張力であり、Rは気体定数であり、Tは被
脱着剤の絶対温度であり、Prは被脱着剤の相対
圧力であり、そしてφは、液相脱着剤と孔壁との
間の接触角である。 総ての孔が円形であつて交差しないと仮定する
と次のような置換が可能である。 dv/ds=1/2Rk ……(式9) 上式中、Rkは、試料のケルビン孔半径である。
当業者には有らかなように、孔が異なれば、他の
置換が必要であろう。ここで、液相被脱着剤は孔
内で全表面を湿潤するものと仮定する。即ち、φ
=0かつcosφ=1であると仮定する。この仮定
は、多孔質物質からの脱着に対しては有利であ
る。したがつて式8は次式のように書変えること
ができる。 lnPr=−(z)(VL)(σL)/(Rk)(R)(
T)……(式10) 孔径分布を計算するために、特定の圧力間隔で
脱着された被脱着剤の容積(Vdsb)を、脱着等温
線から求める。この圧力区間中に被脱着剤が脱着
する孔の半径は、ケルビン方程式から厚さ(t′)
を有する孔の壁に吸着した状態で留る被脱着剤の
量に対し、式Rp=Rk+t′に従いRkを補正した後
に計算で求められる。ここでT′はハルゼイ
(Halsey)の式から求められるものである。脱着
した被脱着剤の容積を孔半径の差で除することに
より孔径分布曲線における頻度が得られる。 Y軸として△Vdsb/△Rpの値を用い、そして
X軸にオングストローム単位のRpの対応の値を
用いて孔径、即ち半径(s)の分布をプロツト
し、プロツトされた曲線における各ピークの下側
の領域を積分することにより、試料の単位容積当
りの特定の半径Rpにおける孔の容積を求める。
空の孔の壁に吸着している液相被脱着剤の量に対
するRk補正に関しては、N.Y.Academie Press社
発行のGreggおよびSing著の「Adsorption、
Surface Area、and Porosity」に記述されてい
る。 試料のグラム当りの孔容積は次式から求められ
る。 Vp=(Vs)(M)/(Mv)(D′)……(式1
1) 上式中、変数は、既に定義した量である。 本発明は、吸着あるいは脱着等温線に具現され
る情報を用いるための特定の数学モデルに制限さ
れるものでないと理解されたい。この情報は、所
望により慣用の手順もしくは手法に従つて操作す
ることができる。 本発明による方法および装置はまた、化学収着
を行なうのに用いることもできる。この化学収着
は次のような理由から有用である。即ち(触媒活
性を有する粒子のような)非常に小さい粒子の表
面および(または)分散を求めることができるか
らである。なお、本明細書においてはこのような
粒子を化学被収着剤または活性相と称する。この
粒子は、触媒支持体のような大きな粒子上に付着
するものであつて、本明細書では支持固体と称す
る。 活性相の分散は、触媒の評価において非常に有
用である。その理由は、支持体の表面における触
媒領域の数に関する情報が得られるからである。
この分析化学分野は相当な発展を遂げており、特
定の活性相と共に用いるのに適当な化学被収着剤
および収着温度の適切な選択に関しては、例え
ば、「J.Rev.Pure Appl、Chem.」Vol.19、頁151
(1969)のMullerの論文、「AICHE Symp.
Series」、Vol.143、頁143、709−22(1970)の
Farranto、R.の論文に記述されている。なお、
これら論文の内容は参考のために本明細書でも援
用している。化学収着法で実効的に求めることが
できる活性相には、Pt、Pd、Ni、Co、Cu、Ag
およびFeならびにCr2O3、CuO、NiO、硫化物等
が含まれる。例えば、触媒がプラチナである場合
に適当な化学被収着剤は、約0℃より高い温度で
プラチナと反応する水素である。したがつて、化
学収着試料ホルダの温度は少なくとも上記の温度
となるように制御される。 化学収着モードは、固体支持体に存在する活性
層と関連して適当な化学被収着剤を、該化学被収
着剤が固体支持体ではなく活性相の表面に選択的
に化学収着するように選択することによつて実施
される。活性相の分散を求めたい場合には、支持
体に付着した活性層の重量%を知らなければなら
ない。吸着モードは、被吸着剤として化学被収着
剤を用い、そして試料として固体に支持された活
性相を用いて本明細書に述べるように実施され
る。室の温度は、適宜、化学収着を確実にするた
めに、化学被収着剤−活性相反応閾値と関連して
選択される。吸着サイクルの完了時に、時間の関
数として物理的および化学的に吸着された化学的
被収着剤全量を求める。この吸着サイクル中、化
学的被収着剤は、室を実質的に排気した時に、化
学的被収着剤が活性相の表面から脱着しなくなる
程度まで物理的にもまた不可逆的に化学的にも収
着される。それと対照的に、化学被収着剤は、支
持固体によつて物理的にのみ吸着され、そして固
体支持体からの化学的被収着剤の完全な脱着は、
続いて行なわれる排気の際生起する。 さらに第1回目の吸着サイクルにおける活性相
による化学的収着は、活性相が上記排気に続く化
学的被収着剤との接触に際して化学的に不活性と
なるように、活性相の反応領域を実効的に不活性
化する。 最初の吸着サイクルの完了時に、室は、典型的
に、脱着可能な化学的被収着剤を脱着するために
迅速に排気される。この排気中は、圧力測定を行
なう必要はなく、そして排気速度は、時間を節約
するためにできるだけ早く行なわれるように選択
される。排気の完了時に、吸着モードを好ましく
は直ちに、典型的には最初の吸着サイクルで用い
たのと同じ室温および質量流量で同じ化学的被収
着剤を用いて2回目のサイクルとして繰返えす。
この2回目の吸着サイクル中には、試料による物
理的吸着だけが生起し、最初の吸着サイクルに生
起した化学的被吸着剤の吸着は減少する。この量
は時間の関数として求められ、そして最初の吸着
サイクルおよび2番目の吸着サイクルで吸着され
た化学的被吸着剤の量の差を同じ期間について求
める。この差が、活性相により化学収着された化
学収着剤の量である。 そこで固体支持体上の活性相の%分散を次式に
追つて求めることができる。 %活性相分散=A/B×100 上式中、Aは活性相により化学収着された化学
被収着剤の原子の数であり、Bは固体支持体上の
活性相の原子の数である。Aの値は上述の差量か
ら求められ、そしてBは支持固体上の活性相の重
量%から求められる。%活性相分散に加えて、活
性相の表面積を不可逆的に化学収着された化学被
収着剤の量を化学被収着剤の対応の分子(または
原子)数に変換することにより求めることもでき
る。そこで活性相の全表面積を、活性相の金属原
子当り化学収着された化学被収着剤分子(原子)
数と各活性相金属原子の面積との間の既知となつ
た関係から求める。 本発明の方法を実施するのに用いられる装置の
好ましい実施例に関し添付図面を参照して説明す
る。 第1図は、装置を構成する好ましい要素のブロ
ツクダイアグラムである。これら要素には、被吸
着剤或いは被脱着剤の源としての働きをなす気体
もしくはガス供給部と、室を10-5mmHgを超えな
い圧力、好ましくは10-7mmHgを超えない圧力そ
して特に好ましくは10-9mmHgを超えない圧力に
排気することができる真空もしくは排気部と、吸
着されつゝある気体または脱着されつゝある気体
の質量流量を、後述する被吸着剤および被脱着剤
の分圧で後述する一定の値に制御することができ
る質量流量制御装置(コントローラ)を備えた流
量制御部と、典型的には真の圧力値の約±0.05mm
Hg内の精度で被吸着剤または被脱着剤の圧力を
測定し記録することができる圧力検知/記録部
と、試料および被吸着剤または被脱着剤の試料ホ
ルダへの導入または該試料ホルダからの取出しを
可能にすると共に後述するように容積および温度
の制御を可能にする室を備えた吸着または脱着部
と、試料のガス放出を助成するために上記真空も
しくは排気部を用いるガス放出部とを含む。 第2図には、装置の上述の各部の構成が簡略図
で示してある。具体的に述べると、ガス供給部
は、典型的な例として、吸着または化学吸着用の
各種の異なつた気体もしくはガスを有する1つも
しくは2つ以上の気体シリンダ101ないし10
4を備えている。各気体シリンダは、それぞれ慣
用の排気ソレノイド弁(ASCOTM)7ないし1
0によつて管路211に接続されている。これら
弁は、適当な時点でコンピユータ117からの信
号に応答して作動し、それによりガスもしくは気
体を管路211に流入せしめるように構成するの
が好ましい。管路211は、排気ソレノイド弁3
を備えた管路201および200を介して質量流
量制御部に接続されている。ガスもしくは気体を
試料ホルダ109内に導入する間、排気ソレノイ
ド弁6は閉ざされており、ガスは管路211から
開いている弁3、管路200および201を経て
質量流量制御部に流入する。 装置の質量流量制御部は、質量流量制御装置も
しくはコントローラを備えている。この質量流量
コントローラは、調節可能な開度(アパーチヤ)
を用いる原理で動作する電子的デバイスである。
この質量流量制御装置は、例えば校正動作で用い
られる流量のような特定の実質的に一定な質量流
量でガスを管路202に送出するようにプリセツ
ト(予め設定)されている。しかしながら、この
質量流量コントローラを通るガスは、試料ホルダ
109に導入されつつあるガスかまたは該ホルダ
から取り出されつつあるガスであるという事実か
らして、試料ホルダ内には正の背圧(吸着中)ま
たは負の背圧(脱着中)が発生し、それにより質
量流量はプリセツト値に対し減少せしめられる。
質量流量コントローラは、連続的に、流量計で実
際の流量を検知して、それをプリセツト値と比較
し、プリセツト値から偏差があれば、開口もしく
はアパーチヤを開閉して、上記プリセツト流量が
再び設定されるまで流量を増減することにより補
償する。 試料ホルダ内の圧力における変動によつて惹起
される流量の変動に加えて、後述するように実質
的に一定な質量流量を達成するために制御しなけ
ればならない他の因子が存在する。 例えば、吸着および化学吸着モードで質量流量
コントローラを成功裡に用いるためには、流量コ
ントローラへのガスの供給は実質的に一定の圧力
に維持すべきである。その理由は、この種の質量
流量コントローラは、入口ガス圧力における変化
もしくは変動を比較的に緩慢に補正する性質のも
のであるからである。ここで実質的に一定の圧力
とは、質量流量コントローラに流入するガスの圧
力に偏差もしくは偏移が有つた場合に、該偏差
が、約±0.35psi好ましくは約±0.30psi、そして
特に好ましくは±0.20psi超えない偏差を意味す
るものと定義される。圧力変動は、更に、後述す
るようにマニホールドに狭隘な管を用いることに
より減少される。吸着モードの場合には、質量流
量コントローラに供給される被吸着剤の圧力は、
典型的には、約15ないし約25psig、好ましくは約
16ないし18psigに制御される。 さらに重要なことは、慣用の質量流量コントロ
ーラで成功裡に用いられる流量計は、熱が流動し
ているガスに伝達されるかまたは該流動している
ガスから取り出され、そしてガス流量における変
動により、ガスの流れの異なつた点に誘起される
温度差が、センサの伝導率に、ガスの流量におけ
る変化もしくは変動に比例する変動を生ぜしめる
ように用いられるという原理に基づいて動作する
点である。流量計に流入する際のガスの温度の変
動は、特に、被吸着剤温度における各単位℃変動
に対し質量流量約1.5%台で後述の条件下で動作
している場合、このような流量計の熱検知機構に
誤差もしくはエラーを生ぜしめることが判明して
いる。このエラーもしくは誤差は、長い期間に亘
つて累積し、求めようとする流量の精度に大きく
影響を与える程度にまでなる。また、後述の吸着
および脱着で用いられる周囲温度(例えば室温)
における長期間の変動も流量計の熱応答検知機構
および流量コントローラの電子回路における擾乱
に起因して、流量のプリセツト値に対し質量流量
に相当大きな累積誤差を生ぜしめることも判明し
ている。上述のような誤差が組合さると、本発明
の方法が実施されるあらゆる条件下で、慣用の質
量流量コントローラを用いて実質的に一定な質量
流量を達成することは不可能になる。 したがつて、実質的に一定な質量流量を達成す
ることができる質量流量コントローラが開示され
る。 この質量流量コントローラの好ましい実施例
が、第3図および第4図に集約的に示されてい
る。また第2図には、質量流量コントローラ30
1の本発明の装置への組込みもしくは一体化が図
解されている。 第3図を参照するに、圧力制御装置もしくは圧
力コントローラ311を除き、質量流量コントロ
ーラの構成要素は温度制御される箱もしくはボツ
クス119内に収容されている。この箱もしくは
ボツクスは、内部空間608を有しており、この
内部空間は箱外部で通気口601を介して大気と
流体結合しており、したがつて典型的には空気が
充満している。この箱は、典型的には、シート材
料のような堅牢な材料から作られており、典型的
には約2500c.c.の容積を有する。 箱内の大気の温度は、箱温度の能動的な制御を
可能にしそれにより該温度を一定に維持するため
に、周囲の室温より高く維持するのが好ましい。
典型的な例として、この温度は、箱内に収容され
ている電子系の損傷を回避し且つ箱内部および箱
外部の大気間に十分な温度勾配を与えて、それに
より箱外部から部屋の空気がフアン407により
箱内に吸引される時に箱内に動的温度平衡が達成
されるように、約35℃と45℃の間の温度(例えば
39℃)の温度に維持される。したがつて、選択さ
れる箱温度は、別の熱源が存在しない場合に、質
量流量コントローラの電子系によつて放出される
熱に起因して箱が達する温度よりも上の温度にす
るのが有利である。したがつて、箱の外部環境か
らの空気は、箱内の空気と混合されて加熱され、
箱内に達成された温度平衡は質量流量制御装置の
電子系により擾乱されることはない。 箱内の温度制御は、流量コントローラブロツク
403の基底部に取付けられるサーミスタ404
と比例積分微分(以下PIDと称する)コントロー
ラ405と、加熱ストリツプ406と、フアン4
07との組合せによつて達成される。サーミスタ
404は、0ないし100℃の温度範囲に亘り箱内
の空気温度を検知して、それに比例する電気信号
を発生し、この信号はPIDコントローラ405に
供給される。該PIDコントローラ(RFLモデル7
0A)は、プリセツト(予め設定)された箱温度
と実際の箱温度との間の差に比例する電気信号を
発生するように予め設定されている。PIDコント
ローラで発生された電気信号で、(例えば抵抗型
300W容量の)加熱ストリツプ406が付活され
る。したがつて、PIDコントローラから加熱スト
リツプに与えられる電気信号の大きさは、実際の
箱温度がプリセツト温度に接近するに伴い徐々に
弱くなり、そして実際の箱温度が、環境に対する
熱損失を補償してプリセツト温度に等しくなつた
時には、上記信号は実質的に一定となる。このよ
うにして極めて正確な温度制御が実現される。フ
アン407は、質量流量コントローラの動作中連
続的に作動して、毎分、箱容積の約10ないし100
倍(例えば10ないし75倍)の高流量またはそれよ
り高い流量で箱内の空気を加熱ストリツプの回り
に循環する。フアン407は、新鮮な空気を箱1
19内に吸引するように通気口もしくはベント6
01の近傍に配設するのが好ましい。 箱119の温度制御は少なくとも4つの重要な
機能を果す。即ち(1)管路201の流入ガスを加熱
し、該ガスが流量計の検知コイル411に達する
時点までには、該ガスは室温の変動に関係なくボ
ツクス119の温度と同じ一定の温度になる。(2)
回路板401に設けられている電子回路、熱応答
弁302および圧力変換器もしくはトランスジユ
ーサ108(後述する)の温度感知を補償する。
(3)管路210のガスの温度が、圧力トランスジユ
ーサ108によつて測定される箇所で一定になる
ことが保証される。(4)第2図に示すように、箱1
19内に収容されている室管路空間内のガスに対
する周囲温度の変化の影響が除去される。もしこ
のような温度制御が行われないとすれば、この変
化でこれら管路内のガスの圧力測定に誤差が生じ
得る。上述の機能(1)および(3)の実現を助成するた
めに、管路201はコイル213を形成するよう
に適応されており、そして管路210はコイル2
12を形成するように適応されている。コイルの
容積(即ちコイルの内部通路容積)は、コイル2
13の場合、0.5c.c.で、そしてコイル212の場
合には0.8c.c.とするのが適当であり、このように
すればコイル内のガスと箱温度との温度平衡が達
成できる。 質量流量コントローラ自体は、第2図にブロツ
ク301で示されている。質量流量コントローラ
301の入口は、管路201に接続されている。
この管路201には、質量流量コントローラに流
入するガスの圧力を実質的に一定に維持する目的
で該コントローラと直列に圧力コントローラ31
1(SERTATM モデル204)が設けられて
いる。質量流量コントローラの出口は、管路20
2に接続されている。質量流量コントローラ30
1は、第3図および第4図により詳細に示されて
いる。第3図を参照するに、質量流量コントロー
ラの一次側の要素には次のものが含まれる。即
ち、(A)検知導管201aと、検知コイル411
と、該検知コイル411の下流側に配設された熱
応答弁302の制御可能なアパーチヤもしくは開
口部を収容し、上記検知導管201aが熱応答弁
302と接続するために全長に亘つて延在してい
るステンレス鋼ブロツク403と、(B)検出ブリツ
ジ回路408と、線形化回路409と、増幅器4
10と、比較コントローラ回路600とを含む流
量コントローラの電子回路を備えた回路板401
と、(C)熱応答弁もしくはサーマル弁302であ
る。圧力コントローラ311は必要ではあるが、
しかしながら質量流量コントローラの補助要素で
ある点に注意されたい。 検知導管201aに対するガスの導入および取
出しは、それぞれ導管201および202を介し
て行われる。検知導管201aはブロツク403
の入口から始まり、検知コイル411(第2図に
は単一のコイルとして示されているが、具体的に
は第3図に示すように2つの別のコイルから構成
される)を通り、熱応答弁302の入口部分に接
続されている。熱応答弁もしくはサーマル弁30
2の出口部分は、管路202に接続されており、
該管路を介しガスはブロツク403を去ることが
できる。サーマル弁の本体および電子的回路は、
ブロツク403の頂部に螺着されておりプラスチ
ツクのハウジング412内に包入されている。 好ましい熱応答弁もしくはサーマル弁は、
Teylan Corporation社から市販品として入手可
能であり、そして米国特許第3650505号明細書に
詳細に記述されている。なお、この米国特許の開
示内容は、参考のために本明細書において援用す
る。 回路板401はプラスチツク製のハウジング4
02内に包入されている。 次に、質量流量コントローラの回路および動作
を、第4図を参照し説明する。第4図の破線51
6で示したブロツク内には、検知導管201aに
結合されたブリツジ回路517を含む流量コント
ローラの流量計部分が示されている。ブリツジ回
路は慣用の設計のものであつて、第1のブリツジ
抵抗器501と第2のブリツジ抵抗器502とか
ら形成されている。さらに、ブリツジ回路は上流
側センサ要素411aと下流側センサ要素411
bを備えている。これらセンサ要素411aおよ
び411bは互いに隣接して検知導管201aを
取り巻いて巻装されており、上流側のセンサ要素
411aは管201aの入口端518に接近し、
下流側のセンサ要素411bは導管202の出口
端519に近接して設けられている。 ブリツジ回路517はまた、DC電源および変
換器506(この回路はAC電源507で動作す
る)を備えている。該ブリツジ回路の一側は線路
604を介してセンサ要素411aと411bの
接続点に接続されており、該電源の他側はスイツ
チ505を介してブリツジ抵抗器501と502
との接続点に接続されている。ブリツジ回路から
の出力信号は、第1の出力端子503と第2の出
力端子504に供給される。第1の出力端子50
3は、上流側のセンサ要素411aと第1のブリ
ツジ抵抗器501との接続点に接続され、そして
第2の出力端子504は下流側のセンサ要素41
1bと第2のブリツジ抵抗器502との接続点に
接続されている。上流側のセンサ要素411aお
よび下流側のセンサ要素411bは、導管201
aの外径部の回りに巻装された温度感知抵抗線か
ら形成されている。このような抵抗線としては、
例えばBalco(Wilbur−Driver Company社の製
品)のような鉄−ニツケル合金とすることができ
る。 上述の回路の設計は次の点を除いて慣用のもの
である。即ち、検知導管201aの内径が、典型
的には約0.2mm、好ましくは0.05mmそして最も好
ましくは約0.02mmを超えず、そして約0.005ない
し約0.2mm、好ましくは約0.01ないし約0.1mm、そ
して最も好ましくは約0.01ないし0.05mmの範囲内
の毛細管の大きさのものであり、それにより実質
的に一定の流量を達成している点を除いて、従来
設計のものとすることができる。さらに、流量計
で処理される流量は低圧流量であるので、この種
の質量流量計で通常用いられているバイパス管路
は省略すべきである。また、検知導管201aの
内径を過度に大きくした場合には、本明細書で述
べている圧力および流量における管内のガスの密
度が低くなり、そのために、ガスの熱伝導度が降
下して、流量計の(後述する)熱検知機構が擾乱
を受け、その結果、実質的に一定の流量が達成さ
れないことが判明した。 結合されたブリツジ回路出力信号503および
504は、線形化回路409に接続される。この
線形化回路409は電子的に、質量流量の関数と
して線形出力電圧を発生する。この電圧は増幅器
410を介して比較コントローラ600に印加さ
れる。なお線形化回路、増幅器、および比較コン
トローラ回路は全て慣用のものである。 動作において、スイツチ505を閉じると、電
流がセンサ要素411aおよび411bを流れ、
該センサ要素は熱を発生し、その結果、該センサ
要素に隣接する管201aの温度が上昇する。ま
たこれらセンサ要素411aおよび411bの加
熱でそれらの抵抗値も大きくなる。管路201a
における流体流量が零であるときには、センサ要
素411aおよび411bの温度は互いに等し
く、ブリツジは平衡状態にあり、端子503およ
び504間には零出力電圧が発生する。流体が、
管201aの入力端518に流入すると、要素4
11aおよび411bによつて発生される熱は流
体により管201aの出口端519に向つて下流
側に搬送される。したがつて、管201aに沿う
温度プロフイールの遷移に起因して要素411a
と411bとの間には温度差が生ずる。管201
a内の流体流量が増大するにつれて、上流側の要
素411aの温度ならびにその抵抗値は減少し、
他方、同時に、下流側の要素411bの温度なら
びにその抵抗値は増加する。したがつて、端子5
03と504との間のブリツジ出力電圧は流量に
ほぼ線形的に比例して増加する。端子503およ
び504に現われるブリツジ出力電圧の線形化お
よび増幅後に、増幅器410は、ガスがサーマル
弁302に達する前に、ガスの質量流量の絶対値
に対応する線形電圧を発生する。増幅器410か
らの電圧は、比較コントローラ回路600に印加
され、そこで指令信号源ならびに選択された質量
流量に対応するようにプリセツトされているセレ
クタ520からの外部電気指令信号514と比較
される。比較コントローラ回路は、指令信号電圧
と増幅器出力電圧との間に差があれば、差出力信
号を発生し、この差出力信号は、線路603を介
してサーマル弁302のアクチユエータ302a
を付勢するのに用いられる。このように制御され
るサーマル弁アクチユエータは、比較制御回路6
00が、質量流量が指令信号と平衡するのには不
十分であることを示した時には、サーマル弁を開
き、そして逆の場合にはサーマル弁を閉じる。 セレクタ520を用いて指令信号が選択される
時に、該セレクタ520はまた、線路132を介
してデイジタル信号を第2図のコンピユータ11
7に送る。このデイジタル信号は、選択され且つ
予め行なわれたブランクテストサイクルで校正さ
れた流量を表す信号である。 さらに好ましい別の実施例において、センサ要
素411aおよび411bは、米国特許第
3938384号明細書に開示されているように、中心
タツプを有する単一のコイルに結合することがで
きる。なお、上記米国特許明細書の開示内容は参
考のために本明細書で援用する。2つの別々のセ
ンサ要素の代りに、中心タツプを有する単一のコ
イルを用いることによつてコイルを密接に配置す
ることができ、それにより熱損失は減少され、上
流側および下流側のセンサ要素間における等化が
容易となり、そして回路の利得(単位流量当りの
温度変化)は大きくなる。さらに、回路の応答は
迅速になり、そして有用流量測定範囲ならびに回
路の線形性が増大する。 第4図に示した回路の選択的な特徴として、結
合された出力端子503および504間に電圧計
510を設けることができる。この電圧計からの
電気信号は、変換器(図示せず)によりアナログ
形態からデイジタルBCD信号に変換され、そし
てこのBCD信号は線路303を介して第2図の
コンピユータ117に送られる。校正のためのブ
ランクテストサイクル中、コンピユータは、約10
分の期間に亘り電圧計510から出力を標本化す
る。この期間中、コンピユータは毎秒1データ点
の割合でデータを取込み、取込まれたデータを平
均化して、その結果得られるデータは、校正され
た値としてデータベースに格納される。吸着およ
び脱着動作中は、コンピユータは上記校正値と、
電圧計から標本化された実際の値とを比較して、
動作が確実に行なわれているかどうかを判定す
る。この動作は、動作の完了後に所望の流量から
の偏差を読取ることを可能にする品質管理機能で
ある。 上には、特定の流量計と関連して質量流量コン
トローラについて説明したが、例えば米国特許第
3650151号、第4056975号、第4100801号他に記述
されているような電気信号対流量関数を発生する
他の種類の流量計を使用することができるものと
理解されたい。また上に述べたサーマル弁もしく
は熱応答弁で流量を調整するのが好ましいことで
はあるが、本明細書に記述した使用条件下で実質
的に流量を一定に制御することができる能力およ
び感度を有する他の電気的に作動する手段をも用
いることができる。同じことが、質量流量コント
ローラ自体に関しても言える。本発明の実施に当
つては、本明細書に述べてあるような長時間に亘
り、低流量および低圧力状態の範囲全体に亘り、
実質的に一定の流量を達成する能力が必要とされ
る。このような能力を有する装置を開発したのは
本発明者等が最初であると信ずるが、しかしなが
ら本発明の方法および装置は、将来開発され得る
質量流量コントローラおよび関連の環境制御箱の
必要な機能を行ない得る別の手段の使用を除外す
るものではない。 再び第2図を参照するに、環境制御箱119内
に配設されている管路201を通つて流れるガス
は、コイル213を通り、そこで該ガスの温度は
箱119の温度と平衡になり、次いで、流量コン
トローラ301を通り、そこで該ガスの流量は既
述のように調整されて、管路208,209、排
気ソレノイド弁4および5並びに止コツク19を
介して試料ホルダ部の試料ホルダ109に流入す
る。 試料ホルダ部は、試料ホルダ109と、液体浴
容器111と、液体レベルコントローラ(制御装
置)113,20と、液体浴112とを含む。試
料ホルダ109は、典型的には内径が約2mmのガ
ラス製の毛細管頚部122を有し容積が20mlのガ
ラス製フラスコである。毛細管頚部122は、管
路125の研磨された雄型ガラス継手もしくはジ
ヨイント124を受けるように適応されたすりガ
ラスジヨイント123で終端する。試料ホルダ1
09に試料もしくはサンプル110を付加した
り、あるいは該ホルダから取外すために、すりガ
ラスジヨイント123および124は分離され
る。ガラスジヨイント124、止コツク19に接
続された管路125、該コツク19に接続された
管路126ならびに関連のすりガラスジヨイント
127を含む組立体もしくはアツセンブリ(以下
アツセンブリAと称する)が、例えば、ガラスジ
ヨイント21の個所で試料ホルダ109をガス放
出部かまたは例えばガラスジヨイント128を用
いて管路209の端に質量流量コントローラ部を
密封および(または)接続するのに用いられる。
例えば、アツセンブリAは、ガス放出および排気
後に、止コツク19を閉ざすことにより、試料を
有する試料ホルダを密閉することを可能にする。
このように、アツセンブリAおよび試料ホルダ1
09は、該試料ホルダ109を密閉して装置内の
所望の場所に移動することを可能にするのであ
る。 液浴容器111は、典型的には、液体窒素のよ
うな液浴を保持することができるデユワーフラス
コ(魔法びん型フラスコ)であつて、質量流量制
御に接続された場合に、試料ホルダ119の浸漬
を許容するような充分な大きさのものである。既
に述べたように、液浴112は、典型的には、被
吸着または被脱着液であり、浴112のレベル1
29が吸着または脱着中液浴容器111内で一定
に維持される場合には、該浴112は浸漬された
試料ホルダ109の温度を制御する働きをなす。
また、試料ホルダ109の浸漬深さに対する浴1
12のレベル129は、式1、2および3におけ
る試料ホルダの容積VS.H.を規定し、他方、浴11
2の温度がこれらの式における温度TS.H.および
(または)T′S.H.を規定する。例えば、容器111
は、容器112内の浴レベル129が上述の毛細
管頚部122における点もしくは個所130で試
料ホルダ109の毛細管頚部122と交差するよ
うに充分な浴112で満される。点130の位置
は、典型的には、すりガラスジヨイント123と
点132における試料ホルダ109の毛細管頚部
の終端との間の中間にある。容器111内には、
試料ホルダを安定化し且つ、浴レベル129が一
定である時に、各動作に際し、試料ホルダ109
が浴112内の同じ深さに浸漬されることを確保
するために試料ホルダラツク131が設けられて
いる。したがつて、VS.H.は、浴112内に浸漬さ
れている試料ホルダ109の容積即ち試料ホルダ
109の点130から132までの毛細管頚部の
容積に残りの非毛細管部の容積を加えた和に等し
い。 容器111内の浴112のレベル129は、本
実施例で使用するように適応されたセンサ113
により作動される制御弁20および浴レベルセン
サ113として集約的に示されている
Hungtington Electronics Inc.社の「モデル200」
のような慣用の液体レベル制御装置を用い一定に
保持される。例えば、液浴として液体窒素を用い
る場合には、液体窒素は実験過程中に蒸発する傾
向を示す。したがつて、浴レベルを実質的に一定
に維持するためには追加の液体窒素を補充しなけ
ればならない。この目的で浴レベルセンサ113
は浴レベルの変化を検知して制御弁20を付活
し、新しい液体窒素を管路308および310に
流入せしめる。しかしながらこの液体窒素が管路
308および310に流入する際には、管路の温
度は液体窒素よりも高くなり、それにより窒素は
爆発的に蒸発する。したがつて、液体窒素および
気化した窒素が、通常は、液浴112内に激しく
放出されることにより、それにより浴レベル12
9が擾乱する。この結果、時間の関数として記録
される圧力に誤差もしくはエラーが生ずる。この
問題は新鮮な浴液が液体浴容器に流入する前に、
新鮮な浴液から新鮮な浴蒸気の分離を行なう通気
もしくはベント管路309を設けることにより実
効的に完全に解決できることが判明した。この方
法によれば、浴レベルの約±0.5mmの偏差内で液
浴112が蒸発すると、制御弁20は、該液浴源
(図示せず)に接続されている管路107から新
鮮な液を受ける。浴液は制御弁20から管路30
8を経て管路310に流れる。該管路310の開
端が液浴112内に浸漬されている。管路309
は、大気に開き且つ管路308および310と液
体連通関係にあるベントを構成する。管路310
の端はガラスウールのプラグを挿入されており、
それにより背圧が形成され、気化された液体は、
液浴112内に激しく放出されるのではなく通気
管路309を介して流出する。このようにして、
浴レベル129の激しい変動は回避され、浴レベ
ルは実質的に一定に維持される。浴レベル129
を実質的に一定に維持することにより、温度TS.H.
における容積VS.H.も実質的に一定に保持される。 このように、室管路空間の温度を制御するため
に、箱119を使用し且つそれと組合せて試料ホ
ルダ室の温度を制御するために液浴を用いること
により、全室容積およびその中に収容されている
ガスもしくは気体は実質的に一定の温度に維持さ
れる。ここで全室容積に関して用いられる術語
「実質的に一定の温度」とは、全室容積の平均温
度に存在し得る偏差が典型的には、該平均温度値
の±0.35%を越えず、好ましくは0.20%を越えず
そしてさらに好ましくは0.17%を越えないことを
意味する。 装置の圧力感知および記録部の主たる構成要素
には、圧力変換器もしくはトランスジユーサ10
8(SETRATM 204 300A)およびコンピユー
タ117(Apple IITM)のような圧力記録装置
および(または)ストリツプ紙記録装置118が
含まれる。圧力変換器108は、環境制御箱11
9内に配設されており、その入口端は、管路21
0およびコイル212を介し(排気ソレノイド弁
4および5間に位置する)管路208に接続され
ており、そしてコイル212も環境制御箱119
内に配設されている。管路208は、吸着および
脱着中試料ホルダと流体連通関係に置かれる。コ
イル212内で、管路210のガスは箱119の
平衡温度に加熱される。したがつて、管路208
を流れるガスの或る量は管路210およびコイル
212を流れて圧力変換器108の入口端に接触
する。コイル212内のガスの温度、即ち箱の温
度は従つて一定であり、管路210内の圧力変化
は確実に試料ホルダ109内の圧力変化となつて
反映する。圧力変換器108は、一定温度におけ
る管路210内の圧力を感知して、感知された圧
力を電気信号に変換し、該電気信号は圧力変換器
108の出力端から、線路304を介して相互作
用型のA/D変換器121(モデルA003−4)
の入力端に印加される。このA/D変換器121
は、圧力変換器108からのアナログ電気信号を
デイジタル電気信号に変換する。このデイジタル
信号は、A/D変換器121の出力端から線路3
06を介してデイジタルコンピユータ117に供
給される。 圧力変換器108からのアナログ出力信号は適
宜線路305を介してストリツプ紙レコーダ11
8に供給することができる。 コンピユータ117およびストリツプ紙レコー
ダ118は、時間の関数として、試料ホルダ10
9に導入または該ホルダ109から取出されつつ
あるガスの圧力を記録するための代替的手段であ
つて、それぞれ単独に使用することもできればま
た組合せで使用することもできる。しかしなが
ら、コンピユータの使用の方が好ましい。 吸着モードにおいてはコンピユータ117は次
のような動作が可能なようにプログラムされる。
即ち(a)時間の関数として圧力変換器もしくはトラ
ンスジユーサ108から直接受けるデイジタル圧
力信号を典型的には準連続ベースで記録して圧力
対時間の第1のデータベースを設定し格納するこ
と、(b)幾つかの異なつた質量流量のうちコンピユ
ータのオペレータによつて選択された質量流量の
第2のデータベースを確定し格納すること、(c)第
1のデータベースの圧力対時間情報ならびに第2
のデータベースの選択された質量流量を総ての吸
着等温線、即ちVads対(P/Ps)またはその一部
分の第3のデータベースに変換し、該第3のデー
タベースを格納すること、および(d)上記第3のデ
ータベースの情報から例えばBET式を用いて試
料の表面積を算出することである。 脱着モードにおいては、脱着モード動作中、コ
ンピユータ117は、吸着モードと関連して上に
述べた第1および第2のデータベースを確定し格
納するようにプログラムされる。次いでコンピユ
ータは、脱着等温線、即ちVdsb対(P/Ps)の第
3のデータベースを確定し格納して、この第3の
データベースを用い、ケルビンの式を用いるなど
して試料の孔径分布を算出すると共に、式11を用
いて全孔容積を計算する。 上に述べた圧力対時間の第1のデータベースを
確定するため、コンピユータは、吸着または脱着
動作中準連続ベースでデイジタル圧力信号を標本
化して格納する。この場合の標本化周波数はオペ
レータによつて制御される。選択された特定の周
波数に関しては追つて述べる。 上に述べた質量流量に関する第2のデータベー
スを確定するために、指令電圧源/セレクタ52
0は、ブランクテスト結果を用いて、約12の異な
つた電圧設定値で校正され、そして各ブランクテ
スト毎に実際の質量流量を決定する。代表的なも
のとして用いた12の流量は、S.T.P.(標準温度お
よび圧力)で約0.2から約0.7ml/分の範囲で変動
する。コンピユータはそこでこれらの校正された
流量ならびに各指令電圧と関連のデイジタル電圧
でプログラムされる。 したがつて、1つの動作に対してオペレータが
校正された指令電圧設定値の1つを選択すると、
指令電圧セレクタ520は自動的に、選択された
流量を表す対応のデイジタル信号を線路132を
介しコンピユータ117に送る。コンピユータ1
17はこの情報を用いて、後述するように、吸着
または脱着されたガスの量を計算するために用い
るべき質量流量を決定する。このような動作を自
動的に実行するコンピユータの能力は、実質的に
一定の質量流量を用いることにより可能にされる
1つの利点である。 コンピユータはまた、システムを完全に自動化
する働きをなす幾つかの付加的な機能を実行す
る。 即ち、コンピユータは装置の多くの機能要素を
操作する。これら操作には、ガス供給部からのガ
スの選択のためのソレノイド弁の開閉、試料ホル
ダ109に対するガスの導入または取出し、ガス
放出中の試料ホルダの排気および脱着プロセスに
対する予備操作として凝縮されたガスでの試料の
飽和が含まれる。コンピユータはまた、温度や持
続期間のようなガス放出条件を制御する。 排気部は試料のガス放出を行うために減圧し、
試料ホルダを排気し、そして脱着媒から被脱着剤
を脱着する。排気部は、真空ポンプ105および
圧力ゲージ120(Edward CP25 Gaugehead)
として集約的に示されている機械的格散真空ポン
プを備えている。機械的ポンプ(Varian O401
−K6820−301)は、管路204内の圧力を10-3
mmHgに減少し、他方機械ポンプと直列に配置さ
れている拡散ポンプ(Varian O160−82906−
301)は圧力を10-7ないし10-8mmHgの所望レベ
ルに減少する。 圧力ゲージ120は、真空ポンプが適正に機能
しているかどうかをチエツクするために管路20
4から直接圧力を読み取る。真空ポンプ105の
低圧側の端は、管路205および203に接続さ
れた管路204を介して装置に接続されている。
排気ソレノイド弁1および2を適当に開閉するこ
とにより、ガス放出および吸着/脱着部は交番的
に真空ポンプ105と結合される。 ガス放出部は、アルミニウム製の加熱ブロツク
14と、1つまたは2つ以上の慣用のカートリツ
ジ型ヒータ115と、排気ソレノイドニードル弁
11と、カートリツジ型ヒータに電流を供給する
ためのAC電源16を備えている。アルミニウム
ブロツクは、試料ホルダ109′を収容するよう
に適応された空間114を有するように研削され
ている。1つの空間114と1つの試料ホルダ1
09′しか示されていないが、アルミニウムブロ
ツク14は、典型的には、4つの試料ホルダを受
け且つ加熱するように適応されているものであ
る。すりガラスジヨイント127′、毛細管路1
26′、止コツク19′、毛細管路125′および
すりガラスジヨイント124′から構成されてい
るアツセンブリAで、試料ホルダ109′は、す
りガラスジヨイント21、電気的に作動される排
気弁ソレノイド11および管路206を介して、
排気部もしくは真空部に接続することができる。
試料ホルダ109′に試料を取り付けるためには、
アツセンブリAを切り離し、試料110′を試料
ホルダ109′に設置し、そしてアツセンブリA
を図示のように再び接続する。 試料のガス放出を行うために、真空ポンプ10
5を起動し、止コツク19′を開き、ソレノイド
弁1を閉じ、排気ソレノイド弁2を開き、そして
排気ソレノイド弁11を先ず間欠的に開いて、試
料110′が試料ホルダから吸引により分離され
ないようにする。次にカートリツジ型ヒータを投
入し、そしてガス放出が行われるまで低圧力下で
試料を加熱する。次いで、止コツク19′を閉じ、
他方、試料ホルダは減圧下もしくは真空下に維持
し、試料110′を排気された状態に維持しなが
ら吸着/脱着部に転送する。そこでソレノイドニ
ードル弁11を閉じ、そして試料ホルダ109′
に接続されているアツセンブリAをすりガラスジ
ヨイント21から分離する。試料ホルダ/アツセ
ンブリAの組合せを冷却し次いで既に述べたよう
に吸着/脱着部に接続する。 第2図に示されている全てのガス導管路は、金
属ガラスコネクタ135および136に到るま
で、0.05ないし0.2インチ内径のステンレススチ
ール管から構成されている。全てのガラス製ガス
導管路は、内径約2ないし6mmおよび外径7ない
し12mmの毛細管路である。また、弁1および弁1
1を除き、全てのソレノイド弁は、慣用の電気的
に作動される排気弁(Hardman−VA−250−
AE1−2−10−21)であり、弁1は空気作動弁
(ASCOTM)であり、そして弁11は電気的に作
動されるニードル弁(WhiteyTM)である。弁4
および2は、唯一つの方向でのみ働く逆方向弁で
ある。これら弁4および2の低圧側に圧力が加わ
ると、これら弁は逆止弁として働く。全ての金属
ジヨイントは、可能な限り溶接されている。 吸着モードの場合、既知でなければならない式
1、2および3のVLで表される管路容積は、管
路202,208,209,126,125およ
び122ならびに管路210およびコイル212
を含む管路122上の点130と弁302との間
で画定される容積である。 脱着モードにおいては、弁4は閉鎖され、そし
て、弁302から出発して式1、2および3の既
知のVLで表される管路容積を有する回路は、コ
イル213、管路201,207,208,20
9,126,125および122を含み管路12
2上の点130までの容積ならびに管路210と
コイル212の容積で定められる。 代表的な容積を挙げれば次の通りである。弁1
8から試料ホルダ109までの容積であつて、該
試料ホルダ109を含む容積は約20ml、弁19か
ら質量流量コントローラ301に到る容積は約19
ml、管路209における箱119の出口から管路
122上の点130までの容積は約0.6ないし0.8
ml、コイル213を含め管路201および207
の容積は約4ml、そして管路210およびコイル
212の容積は約7.5mlである。したがつて、第
2図から明らかなように、管路201,202,
208,210および207を箱119内に配設
することにより、圧力測定にとつて非常に重要な
管路容積の非常に小さい部分しか室温ならびにそ
れに関連の変動を受けない。したがつて、このよ
うな変動の影響は、無視できる程度まで減少され
る。したがつて、浴レベル129より下方の室管
路容積を除き、箱119内には、室管路容積の約
94ないし約99%、好ましくは約96ないし約98%を
維持するのが好ましい。 吸着プロセスの開始において、ガス抜きが完了
したならば、弁2を閉じ、そして排気された試料
ホルダ109およびアツセンブリAを、ガラスジ
ヨイント128に接続し、止コツク19を閉じ
る。したがつて、試料ホルダ109は液浴内に適
切に位置付けられる。そこで弁1,4,5および
6を開いて、排気ポンプ105を機動しシステム
を排気する。約5分後に排気が完了し、止コツク
19を開き、弁5および6を閉じる。次いで、弁
3および弁7ないし10のうちの1つを開いて、
質量流量コントローラを安定化する。この安定化
には約5分を要する。次に適当な指令電圧を選択
し、弁1を閉じ、弁6を同時に開く。被吸着剤
は、この時点における上に述べた開および閉状態
の弁によつて定められる入力経路を経て管路21
1から試料ホルダに流入し、圧力は上昇し始め
る。そこで、圧力対時間測定を行い、試料の表面
積を求める。 脱着モードの実行に当つては、試料ホルダ10
9を含めガス放出した試料を、上述したように吸
着モードの出発点と同じ位置に配置する。弁2
は、全動作過程中閉じた状態に留まる。次に弁
1,4,5および6を開いてシステムを排気す
る。この時には、止コツク19を開く。それによ
り試料は、弁1および6を閉じ、弁3および弁7
ないし10の1つを開いて関連の被吸着剤を選択
することにより該被吸着剤で飽和する。この飽和
プロセス中、弁4および5は開いた状態に留ま
る。質量流量は初期の状態においては高レベルと
なり得る。と言うのは、脱着モードが行われる時
には、飽和中、圧力読取りは行われないからであ
る。一般に、この飽和には、試料の孔が全て液相
脱着剤で充填しなければならないところから長い
時間、例えば約1時間ないし約8時間が必要とさ
れる。しかしながら、便宜上の問題として、被脱
着剤が試料ホルダ109の壁に凝縮する程度まで
試料を過飽和しないように注意すべきである。も
しこのような事象が生起すると不必要に脱着期間
が長くなる。試料が飽和したならば、脱着モード
を起動することができる。この脱着モードは、弁
5を開いた状態に留めて、弁3および4を閉じ、
弁1および6を開くことにより開始される。この
ような弁の開閉は、質量流量コントローラが1つ
の方向においてのみ動作するという事実により必
要とされるものである。その結果として、排気部
は、順方向動作方向における質量流量コントロー
ラを介し被脱着剤を吸引しなければならない。試
料が適切に飽和している場合には、被脱着剤圧力
は数分間一定に留まる。校正量の算出に当つて
は、圧力が降下し始める時点t=0が考慮され
る。この時点において、試料ホルダ壁ならびに試
料粒子間における全ての凝縮被脱着剤は除去され
る。しかしながら、脱着と同時に圧力検知および
記録が開始される。 吸着および脱着モードの組合されたモードを実
施するためには、先ず吸着モードを用いて試料を
飽和し、圧力対時間読取りを吸着および脱着中に
採取される。 以下に述べる実施例は、本発明の特殊な例示と
して与えられるものである。したがつて、本発明
は以下に述べる実施例の詳細に限定されるもので
はないと理解されたい。なお本明細書で述べる以
下の実施例および他の説明における部ならびに百
分率は、別旨の記述がない限り、重量部もしくは
重量パーセントで与えられるものと理解された
い。 以下の全ての実施例においては、第2図、第3
図および第4図の記述と関連して述べた好ましい
実施例による装置を用いた。 実施例 1 この実施例においては、3回連続して吸着モー
ドでの校正用ブランクテストサイクルを繰り返し
て、第5図に示すような圧力対時間関係を表すグ
ラフを得た。次表1には、用いた関連のパラメー
タが掲示してある。 表 1 被吸着剤: N2 飽和圧力: 760mmHg 室管路容積(VL): 20.01c.c. 試料ホルダ容積(VS.H.): 21.60c.c. 液体窒素浴温度(TS.H.): 77.2〓 管路温度(TL): 296.0〓 分圧の範囲: 0から0.263 標本化した圧力/時間データ点の数: 1.260 上述のようにこの動作サイクルは吸着モードで
行つた。流量は、式1から、S.T.P.で0.5ml/分
と計算された。コンピユータに係合された
Hwlett Packard 7225Aプロツタより圧力対時
間関係をプロツトした。第5図から明らかなよう
に、直線が得られ、この直線は実質的に一定の質
量流量を表す。データ点の分散度は、(1)全てのデ
ータ点に渡り最も良い直線に対応する圧力値から
の各データ点における圧力値の偏差の絶対値を求
め、(2)偏差絶対値を平均化し、(3)この平均値をシ
ステムの圧力に関連づけ、この値を百分率として
表すことにより算出した。 散布度は、流量の一定性を表す1つの方法であ
る。この実施例では、3回の全てのプロツトにお
ける散布度は0.8%であつた。 実施例 2 この実施例においては、脱着モードで校正用ブ
ランクテストサイクルを行つた。次表2には、用
いた関連のパラメータが提示してある。 表 2 被脱着剤: N2 飽和圧力: 760mmHg 室管路容積(VL): 36.68c.c. 試料ホルダ容積(VS.H.): 21.60c.c. 液体窒素浴温度(TS.H.): 77.2〓 分圧の範囲(P/Ps): 1.0から0 管路温度(TL): 296〓 標本化した圧力/時間データ点の数: 30000 質量流量は、0.24%散布度で、0.30ml/分と計
算された。コンピユータおよびプロツタにより発
生された圧力対時間関係を表すプロツトもしくは
グラフは第6図に示されている。第6図から有ら
かなように、このグラフは3つの線分A、Bおよ
びCに分けられる。線分Aは、試料ホルダ内の凝
縮した被脱着剤によつて生ぜしめられる一定の圧
力を表す。線分Aの終端で、全ての凝縮した被脱
着剤は除去され、したがつてグラフは急激に勾配
部に遷移し、この勾配部は線分Bを通して実質的
に一定に留まる。したがつて線分Bは、実質的に
一定の流量での被脱着剤の抽出を表す。 線分Bの終端で、絶対真空に近い圧力で、勾配
は再び変化する。質量流量コントローラが流量を
実質的に一定に維持し得なくなるのがこの点にお
いてである。しかしながら、この点は、約0.02の
分圧(P/Ps)に達するまで生じない。この分圧
は、試料の孔径分布を算出し且つ実質的に完全な
脱着等温線を得るのに必要とされる分圧よりも相
当に低い値である。 実施例 3 この実施例においては、実際の吸着度差を行つ
た。表面積決定もしくは測定に選ばれた試料は、
用いられる測定方法に依存し281ないし297m2/g
の間にあると報告されている表面積を有するシリ
カ−アルミナASTM Standard No.N10074であ
る。予め行なつた校正ブランクテスト(実施例1
および2)の結果を用いて質量流量を決定した。
試料は、400℃で700分にわたり真空下で試料ホル
ダ内でガス放出させた。この実施例の吸着の関連
のパラメータは次表に梗概してある。 表 3 被吸着剤: N2 試料の種類: シリカ−アルミナ 試料の重量: 1.074(g) 試料の密度: 3.2(g/c.c.) 飽和圧力: 760.00(mmHg) 室管路容積(VL): 20.01c.c. 試料ホルダ容積(VS.H.): 21.60c.c. 液体窒素浴温度(TS.H.): 77.2(〓) 管路温度(TL): 315(〓) 質量流量: 0.30(ml/分) 分圧の範囲: 0から0.263 標本化した圧力/時間データ点の総数:25440 コンピユータによつて標本化した圧力/時間デ
ータ点全体のうち、グラフ上の近似的に等間隔に
ある10個の標本化した室圧力点に関し、便宜上表
4にデータを纏めた。実際のプロツトもしくは曲
線は第7図に示してある。報告されている標本化
室圧力に対応する基準圧力も表4に示してある。
試料のグラム当りの吸着された被吸着剤のS.T.P.
での容積ならびにこの量が吸着された相対被吸着
剤圧力(P/Ps)は、式2および全圧力/時間デ
ータベースを用いてCRPとSCPとの間の差から
計算により求めた。
Industrial applications The present invention provides corresponding adsorption and/or desorption etc.
Find the temperature line and calculate the surface area, pore size distribution, and
and various morphologies of the solid such as average pore volume.
adsorbed by a solid in such a way as to determine its physical properties.
or determine the amount of gas or gases desorbed.
and a method and apparatus for measuring the same. Conventional technology Catalysts, catalyst supports, pigments, clays, minerals and
Morphological or structural properties of solids such as composite materials
The measurement of sex has long been an unsolved problem in analytical science.
It was a goal I was on track for. For example, very useful morphological properties of certain solids
One of these is surface area. Most widely used for surface area measurements
One of the most commonly used technologies is gas adsorption technology.
be. In this gas adsorption technology, a theoretical model
In this model, the
The surface of the test solid (i.e. adsorbent) is
a single layer of tightly packed molecules of adsorbent)
It is considered to be covered by So above
The amount of adsorbed material in a single layer (usually milliliter)
or expressed in ml), then
The area covered by the single layer, for example, the area within the single layer.
It can be easily calculated from the product of the number of children multiplied by the cross-sectional area of each molecule.
can be calculated. In 1938, Branauer,
Emmett and Teller are the adsorption isotherms of adsorbed materials.
To determine the amount of adsorbed material in a single layer from the line
proposed a mathematical formula called the BET formula (J.Am.Chem.
See Soc.Vol.60, 2309). Here, the adsorption isotherm is
Relative pressure or equilibrium pressure of adsorbed material at constant temperature
Plots the amount of adsorbed material adsorbed onto the solid against the force.
This is the curve that was to determine surface area
In order to use the BET formula accurately, at least
Determine the point on the adsorption isotherm at which “single layer capacity” occurs.
of sufficient numbers on the adsorption isotherm to be able to
Data points must be obtained. Here, "single layer volume"
"Amount" is one variable in the BET formula,
A single layer of closely packed adsorbed molecules is the adsorbent.
represents a point on the adsorption isotherm on the surface of this
Monolayer capacity is generally between about 0.8 and 2.5 adsorbed
Since it occurs due to the partial pressure of the agent, the surface area can be calculated using the BET formula.
over at least this partial pressure range to make it possible.
It is desirable to know the adsorption isotherm. however
Significant is the adsorbent partial pressure in the range 0 to 1.
, the total adsorption isotherm range (adsorbent partial pressure is arbitrary)
of the adsorbed material under a combination of constant volume and temperature conditions.
Equilibrium of the adsorbed material as a fraction of the pressure at which condensation occurs
) is one way to express pressure, but only the surface area
Although it is not necessary to know for the purpose of determination, the total adsorption isotherm
The embodied information is, nevertheless, as described below.
This is very useful for other reasons. Therefore, it has the ability to determine the total adsorption isotherm.
There is a motivation to develop analytical methods that Adsorption isotherm
is usually carried out using two common methods: gravimetric
method and volumetric method. In gravimetric methods, adsorption at equilibrium pressure is
Measure the amount of gas using a microbalance.
However, this gravimetric analysis method requires
(e.g. liquid nitrogen temperature
(It is not easy to control the sample with
Difficult to achieve effective temperature control
or complicated to achieve the high sensitivity required for measurements.
There are disadvantages such as the need for expensive equipment. this
In contrast, volumetric analyzers are simple and inherently
Highly reliable. In volumetric analysis, the weight of the gas adsorbed
The volume is measured instead. The capacitance analyzer is
For example, using nitrogen at a temperature of -195℃ as the adsorbent.
Ru. This type of device typically uses a gas storage unit.
Known volumes such as bolts and bullets or pipettes
V1It has a capacitance meter called a capacitance meter unit.
Exhaust or vacuum source connected in parallel to fixed equipment
It is composed of. Capacitance meter unit alternates
A vacuum source or gas reservoir is connected to the
Can be connected to storage unit. On the other hand, capacity
The meter unit is connected to the sample unit via another stopper.
i.e. the known volume V holding the test solid2room
connected in series. Operate various stop handles
By doing so, the capacitance meter and sample unit are
The evacuated and evacuated volume meter
It will be sealed and separated from the cooking room. After that, nitrogen
gradually moves from the gas storage unit to the capacitance meter unit.
flows and fills the volumetric unit. Capacity meter unit
When the capacity is filled, operate the stopcock again to increase the capacity.
Completely seal the meter unit and measure internal nitrogen pressure
do. Constant pressure P in the volumetric meter1Once achieved,
Open the stop that separates the sample chamber and volume meter.
and nitrogen in the capacitance meter.2into the sample chamber and expand it.
let Here, both the sample chamber and the volume meter are in the third volume.
Product V3(i.e. V1+V2). Volume V3internal pressure
When the force is constant and adsorption equilibrium is indicated
Then, measure the pressure. Using this equilibrium pressure,
N remaining in the gas phase2Calculate the number of moles of
N adsorbed on solids2The number of moles of is the volume of the capacitance meter V1
N that initially existed within2to the number of moles of , the volume V2
N in the sample chamber of2is equal to the sum of the number of moles of
Volume after equilibrium V3gas phase N within2less than the number of moles of
(In the initial cycle, the volume V2number of moles in
is zero, but increases with successive cycles
do). N adsorbed at a specific equilibrium pressure2set of quantities of
The combined data constitute a single point on the adsorption isotherm.
Repeat the above steps for other points on the adsorption isotherm.
seek. In successive cycles, the sample chamber
The pressure inside increases, and eventually the sample solidifies at atmospheric pressure.
Condensed N of the body2Saturation occurs due to paraphrase
free space within the sample and sample holder.
In N2Condensation occurs. according to common practice
For example, in the case of surface area measurements, approximately 8 points on the adsorption isotherm
data points are generated. Generally, pressure equilibrium is achieved.
Each data point takes one hour to complete. However,
Needless to say, this method
It takes a very long time and you have to wait until it reaches equilibrium.
Two delays are involved for each data point, and adsorption etc.
Hotline data points are generated on a discrete basis. Na
For more information on how to do this, please visit Surfice Technology.
(Surface Technology) Vol.4, pp. 121-160
(1976) Dollimore.D., Sponner, P.,
and Turner, A.’s paper “The BET Method
of Analysis of Gas Absorption Data and Its
Relevance to The Calculation of Surface
Areas”. The discontinuous volumetric gas sorption unit is
Automate the opening and closing of the sample chamber and capacity meter unit.
This has been improved by increasing the number of points.
Furthermore, the equilibrium time was determined experimentally and automatically simulated.
the stem to respond to a preset equilibration time.
The time required for equilibrium can be determined by programming
It is shortening the time. However, this
The discontinuous nature of the device's operation is not changed.
overly large data points to obtain relatively few data points.
High latency is still required. Bosch and Peppelenbos are
Bu Physics: Scientific Physics
Instruments (Journal of Physics E:
Scientific Instruments) Vol.10, pp. 605-608
(1977) to determine the data points on the adsorption isotherm.
We propose a dynamic method for Follow this method
For example, the adsorbed material in the gas phase is
So-called constant volumetric flow rate (e.g. about 1 at a partial pressure of about 0.25
cm3STPmin-1) with a known volume and temperature (e.g.
(e.g., liquid nitrogen temperature) into an evacuated sample chamber.
It will be done. The above constant volume flow rate allows the adsorbed material to pass through the capillary tube.
This is achieved by introducing the sample into the sample chamber through the
The amount of adsorbed material adsorbed by the adsorbent is determined by the time
In contrast, the pressure increase in the sample chamber in the presence of the adsorbent sample
It is calculated by comparing the additions. In addition
Blank test or blank cycle (i.e.
(measurement when no adsorbent sample is present in the sample chamber)
pressure increases as a function of time. adsorption
When a medium is present, the adsorbed gas is partially absorbed.
blank and to reach a certain pressure.
It takes more time than testing. However,
is adsorbed by the sample (Va) at a specific pressure.
The volume of gas or gas contained in the gas is calculated from the following formula:
Ru. [Va=φV(STP)△t]p In the above formula, φV(STP) is at standard temperature and pressure.
Volumetric flow rate through the capillary (cm3min-1), △
t reaches the pressure P compared to the blank test.
This is the extra time, expressed in minutes, required for capacity
The product flow rate is calculated for a single data point on the adsorption isotherm.
is treated as constant, but in reality,
As acknowledged on page 608 of the above paper,
For example, when nitrogen is used as the adsorbent, the
rather than thereby generating a partial adsorption isotherm.
This also requires quite complex calculations. The method further includes adjusting the flow rate or
Others due to using capillary tubes to control
There are drawbacks. For example, the properties of a fixed capillary are
Varies with temperature and environmental conditions. For example, environmental conditions
fluctuations in the temperature, resulting from thermal expansion or contraction of the capillary
As a result, fluctuations occur in the flow rate of the adsorbent. Fixed
capillary tubes are difficult to fabricate within a certain flow rate range.
Not only is it difficult, but also the solid adsorbent is used during desorption.
They may become clogged, or they are brittle and therefore frequently
Frequent replacement is required. In addition, fixed capillaries
Can be adjusted to control the body's flow rate
However, it depends on the type of adsorbent sample used.
It is not possible to give optimal conditions for Sara
Importantly, the volumetric flow rate is assumed to be constant.
For example, 500m2/g (gram)
Adsorption isotherms and
Large errors (e.g. 10 to 15
% or more) is the point of intervention. This way
Such an error increases as the surface area of the sample increases.
The longer it takes to reach equilibrium pressure
It comes from the fact that Therefore, for a given weight
The larger the surface area of the sample, the higher the flow rate.
must be correspondingly low, and the flow rate is low.
If so, reduce the ID (inner diameter) of the capillary accordingly.
environmental conditions.
The sensitivity of flow rate to fluctuations in
I end up. Environmental requirements at the flow rates mentioned above
Even if we ignore the fluctuations induced by factors, the adsorption isotherm
in the sample holder when approaching the higher partial pressure above.
The back pressure of the adsorbed material generated during the process also changes or reduces the flow rate.
Make it less. The 606-page paper by Bosch et al. cited above contains approximately
Even at a partial pressure of 0.2, the flow rate will decrease by 0.6% due to back pressure.
It is recognized that This kind of back pressure causes
The volumetric flow rate variation caused by the high point on the adsorption isotherm
It becomes even larger when collecting data in the field.
As a result, the error gradually increases over the entire experimental process.
Either you have to accept that it will become, or
Also, in connection with blank tests and sample measurements,
The above changes can be done mathematically using complex techniques.
It is required to compensate for the Furthermore, the flow rate of the adsorbed material is set to be larger than the equilibrium adsorption amount.
Must be maintained so that it does not become
From a practical point of view it is not possible to obtain a complete adsorption isotherm.
Therefore, there are no inherent restrictions on the use of capillary tubes.
There are limits. For example, in a capillary system, the flow rate is
It is proportional to the pressure drop across the capillary. I want to
Since the initial flow rate is very low, the back pressure reduces the flow rate.
further decreases to about 70 to 80% of the adsorption isotherm.
The flow rate becomes almost non-existent after reaching
cormorant. Innes US Pat. No. 2,729,969 describes Bosch
A capillary method very similar to others has been disclosed
ing. However, as stated in this patent specification,
The flow rate of the adsorbent may be controlled or
Is a capillary tube used to adjust the
, similar drawbacks as mentioned above arise from it.
There is. Adsorbent introduction is approximately 7 to 10 c.c./min.
is carried out in the partial pressure range of approximately 0.1 to 0.3 at a flow rate of
Ru. It is clear from the statement in column 6, line 45 and below of the above specification.
small pores (thus high surfaces)
10c.c./min.
Equilibrium pressure state does not occur even at a flow rate of 7 c.c./min.
I didn't know. In other words, the flow rate is determined by the equilibrium adsorption of the adsorbed material.
greater than quantity or velocity. however,
To reduce this flow rate, a smaller diameter
A large capillary tube must be used;
is the response to flow fluctuations induced by environmental conditions.
Increased flow sensitivity or also use lower pressures
However, in that case, the induced
The sensitivity of the flow rate to the flow fluctuations caused by
Ru. In addition, in column 4, line 5 and below of the same specification, there are
The amount is described as being constant as shown in Figure 4.
Ru. However, FIG. 4 of this patent specification shows
Only 150 seconds of flow time using only 11 data points
It only shows the interval. Also, Bosch et al.
A similar flow time using 6 data points
Plot the curve and prove the claim that the flow rate is constant.
I'm trying to uphold legitimacy. However, this
None of the data in the single layer capacity range, e.g. 0.8
sufficient to achieve partial pressures in the range of
the flow rate for a period of time, mostly at the initial stage.
to maintain below the equilibrium adsorption capacity of a sample of unknown surface area.
Approximately 4 hours of flow time is required if
There is no evidence that the flow rate is constant over time.
As already mentioned, environmentally induced flow fluctuations
accumulates over a long period of time. Therefore, the capillary
Justifying the claim of constant flow in the method
The data used for the
The operating conditions required for the device to operate satisfactorily
The matter is not reflected. Additionally, the capillary device of Bosch et al.
If you try to use it to ask (for this matter)
(discussed later), the fixed leakage capillary method
However, other serious disadvantages arise. In desorption experiments
The pre-adsorbed gas is connected to a vacuum source
is removed from the surface of the sample through a capillary tube.
During this process, the pressure inside the specimen holder is
decreases over time. Therefore, at both ends of the capillary
The pressure difference at is reduced as a function of time during the course of the desorption experiment.
Do a little. Removes previously adsorbed gas from the sample chamber.
The driving force to remove the air is due to this pressure difference.
Even in partial desorption experiments it takes about
20 to about 40 hours are required. Therefore,
Capillary desorption methods are time consuming and environmentally induced
The volumetric flow rate fluctuations caused by
In this way, the actual
The volumetric flow rate (and therefore the desorption at a given equilibrium pressure)
Complex calculations are required to determine the actual amount of gas deposited.
Surgical correction is required. Furthermore, such an error
Regarding this, there is no description in the above-mentioned document by Bosch et al.
This is because in this literature, desorption is not a concern.
It is the body. Innes' U.S. patent specification includes a capillary tube for removal and removal.
Use of the system is disclosed. But long
Evacuation of the chamber via a capillary tube as mentioned above
Because of the problems associated with this, the inventor decided to
Rather than being desorbed at room temperature, it is adsorbed to the sample at room temperature.
is forced to heat the nitrogen that is present.
Do not put the specimen holder in and out of liquid nitrogen.
This not only complicates the process, but also
Determination of the volume of a system at equilibrium at liquid nitrogen temperature
introduces a noticeable error in Such a discontinuity
, the actual temperature of the sample must deviate from the liquid nitrogen temperature.
It is closed. And the actual for liquid nitrogen temperature
A deviation of 1°C from the sample temperature will invalidate the test result.
I end up. In summary, the text by Bosch et al. and Innes
In the capillary method disclosed in
temperature and pressure) and below 1 ml/min.
Amount has the meaning defined herein over a given period of time.
is essentially constant. Desorption isotherms are important for the following reasons. That is,
From the data represented by the desorption isotherm, the pore size of the solid sample is
There are various formulas that can calculate the diameter distribution.
Because it is known. Here, the desorption isotherm and
is the solid state for the equilibrium pressure of the desorbed material at a constant temperature.
previously adsorbed gaseous substances that are desorbed from the body
(herein referred to as desorbent)
It is a curved line. The desorption isotherm is the adsorption isotherm.
It differs from the line in the following points. That is, the former is a desorbed agent.
Starting from a saturated solid, the pressure on the solid is
By gradually decreasing toward absolute vacuum,
This is a point that is required. In contrast, the adsorption isotherm
The line starts from the evacuated solid sample and starts from the evacuated solid sample.
Adsorption of the gas phase in contact with the sample until saturation of
The pressure of the agent is increased. In addition, the adsorption isotherm
And adsorption isotherm is a superordinate concept of desorption isotherm.
It's used. Sorption isotherm due to gas-solid interaction
At least a portion of the line's desorption trajectory is similar to the adsorption trajectory.
It is also located at a high position on the isotherm. In this way,
The phenomenon in which the landing trajectory does not trace the adsorption trajectory of the isothermal line is one thing.
This is generally called hysteresis. this hysteria
The two most common forms of cis are closed-loop and open-loop.
It is a pool. In closed-loop hysteresis behavior
The desorption trajectory of the isotherm shows that the adsorption occurs at a certain low relative pressure.
Join to trajectory. Closed-loop hysteresis is typically
It is related to the porosity of the test sample. For example, desorption isotherm
At the starting point of the line, the pores of the sample are filled with the desorbed material.
Saturated and full. Desorption process occurs
and the desorbed agent present in the pores due to capillary action.
The desorption of is delayed and therefore the filling of the pores during adsorption
compared to the pressure that caused the hole to evacuate.
lower pressure is required. This delay causes sorption
Expressed as a closed-loop hysteresis characteristic of the isotherm
It is. Also, the open loop hysteresis is equal to
This is caused by the fact that the desorption trajectory of the warm wire does not intersect with the adsorption trajectory.
This is due to this. Open-loop hysteresis is
It is usually related to the amount of measurable irreversible adsorption. child
Irreversible adsorption, such as
Gas and solid samples in sorption called chemisorption
This is due to the reaction. Therefore, when attaching and detaching
, less material is desorbed than was initially adsorbed.
Therefore, there is an opening in the adsorption isotherm.
This creates a loop. Furthermore, by intentionally inducing chemisorption,
You can learn a lot about the surface of solid samples.
Ru. For example, support by chemisorption with catalyst particles.
The body uses a gas-phase adsorbent that does not perform chemical adsorption.
and the size of the micro-table placed on the above support.
To determine the % dispersion and surface area of catalyst particles of
School sorption can be used. Other information in a virtually complete sorption isotherm
used to calculate total pore volume, average pore size or pore diameter.
and the shape of the hole (e.g. slit or circular).
can be determined. In the above discussion, the narrow line segment of the sorption isotherm
In order to obtain a virtually complete curve image of the total sorption isotherm,
A few attempts were discussed in detail. this
As is clear from the discussion, it is possible to quickly and accurately
How a complete sorption isotherm can be generated
Or the device may be related to the proposals of Bosch et al. or Innes.
considered to have considerable advantages over the conventional capillary method.
available. Another method for determining adsorption isotherms is the anal
Analytical Chem.
Nelson, Vol. 30, pp. 13-87 (1958) and
Eggersten's paper "Adsorption Measurement
By Continuous Flow Method”
Ru. In this method, nitrogen and helium
From a gas flow, nitrogen is used as an adsorbent at liquid nitrogen temperature.
It is then adsorbed and taken out when the sample is heated. released
Nitrogen is measured by thermal conductivity. I want to
Therefore, the amount of gas adsorbed is
Continuous flow at atmospheric pressure rather than by volumetric measurement
Determined by concentration measurements in the system. this
The method uses a chromatograph to determine adsorption isotherms.
It is called the Rahui method. This is called chromatography.
This is because it is similar to the graphi method. this method
The two requirements are the carrier gas and
and that the adsorbent gas is at a steady flow rate.
Since two types of gas can be mixed on the spot,
be. However, this Ne/sen and other methods
However, flow control is performed by capillary tubes.
Ru. In contrast, analytical chemistry
(Analytical Chem.), Vol.43, No.10, page 1307
Farey and Tucker paper published in (1971)
“Determination of Surface Areas By An
Improved Continuous Flow Method” smell
Instead of a capillary, a series of pressure and mass flow
Attempts to achieve steady flow using a controller
(Furthermore, Bhat, R. and
Indian Jiya by Krishnamoorthy, T.
Indian Journal of Technology
Technology) Vol. 14, p. 170 (1976).
sea bream). The nitrogen flow rate suitable for this experiment is between 2 and
It was 20ml/min. However, the same paper
pass through the detector, as also described on page 1309.
The flow rate depends on the sudden temperature encountered in the adsorption/desorption cycle.
It fluctuates instantaneously due to changes. Farey et al.'s chromatog
This problem does not arise with the Lahuy method. The reason is,
Each data point spans a relatively short period of time (e.g. 20 minutes)
generated on a discontinuous basis, discontinuous peaks,
During the generation of data points, such fluctuations are caused by the mass flow rate.
Because it can be compensated by the controller
It is. Short duration required for each peak
Errors caused by long-term environmental changes
Accumulation can also be avoided. In contrast, the method of the present invention
Now, unless stated otherwise (e.g. adsorption
Approximately 4 hours in case and 12 hours in case of desorption
) Small uncontrolled mass flow during the analysis process.
Even possible fluctuations can be removed.
Ru. In the present invention, in order to achieve this objective,
Mass flow rates in the range of 0.2 to 0.4 ml/min are typical.
The fact that it is used is also taken into account. like this
Low flow rates are typically suitable for large surface area materials.
with a very low equilibrium adsorption or desorption amount.
Supplying gas to the adsorbent in a large amount or desorbing medium
Is it advantageous to avoid desorption of gas from
It is et al. The reason is that conventional mass flow controllers
Typically, gas flow is metered in
of gas passing through the controller as a means to
Due to the fact that thermal conductivity is used
It is. This problem is a problem with conventional mass flow controllers.
undesirable control in the sensing element of the flow meter.
due to environmental temperature fluctuations that cause cumulative fluctuations.
It becomes even more serious. Furthermore, low pressure and
Due to the low thermal conductivity of the gas at the flow rate, the environment at the flow rate
-induced fluctuations occur and conventional flow and pressure
Contributes significantly to the relative error in flow rate compared to the use of force
do. Therefore, conventional mass flow controllers
are unsuitable for use in carrying out the method of the invention.
It is. Note that the main component of conventional mass flow controllers is
Conventional flow meters and servers form essential components.
Maru valve (thermal response valve) is patented in U.S. Patent No. 3650505,
3851526, 3938384 and 4056975 specifications
It is described in As is clear from the above explanation, the sorption isotherm is
A quick, simple, yet more accurate way to
There is a constant demand for equipment. present invention
was developed to meet this demand.
Ru. Summary of the invention According to one aspect of the invention, the solid adsorbent
How to determine the amount of gaseous adsorbent adsorbed by
In, (a) Provide an evacuated chamber of known volume and insert the gas into the chamber.
Place the released adsorbent sample and maintain it at a known temperature.
Hold, (b) at least a portion of the material to be adsorbed by the adsorbent;
for a period of time sufficient to obtain adsorption of
The sample is accommodated at a qualitatively constant mass flow rate.
In this case, the gaseous adsorbent is introduced into a room where the
The mass flow rate is the average of the above adsorbed material by the above adsorbent.
not larger than the equilibrium adsorption amount and at standard temperature and
Under pressure conditions not greater than approximately 0.7ml/min, (c) when introduced into the room as a function of time.
Set the equilibrium pressure of the above adsorbed material, and
is the sampling chamber pressure, and (d) Pressure in the above-mentioned sampling chamber for the adsorbent, quality of the adsorbent
To achieve the above flow rate and sampling chamber pressure
Apply the above adsorbent at the above sampling chamber pressure for the required time.
stages that correlate with the amount of adsorbed material adsorbed by
A method including the following is proposed. According to another aspect of the invention, the condensed desorbed
desorbed as a gas from a solid desorbent saturated with
In a method for determining the amount of desorbed agent to be desorbed, (a) Contains desorbed material that has been degassed and condensed in advance.
A sample of the desorbent to be desorbed is placed in a chamber containing the desorbent in the gas phase.
The known volume accommodated in equilibrium with the atmosphere and
Set up a temperature chamber, (b) Desorbing the condensed desorbent from the pores of the sample above.
from the desorbent for at least a sufficient period of time to
A known actual amount not greater than the equilibrium desorption amount of the desorbed agent.
said desorbed material from said chamber at a qualitatively constant mass flow rate.
Take out the agent, (c) The amount of time required to remove the desorbed material from the above chamber.
Set the equilibrium pressure of the above desorbed agent as a function,
The equilibrium pressure is the sampling chamber pressure of the agent to be desorbed, (d) Sampling chamber pressure of desorbed agent, mass flow of desorbed agent
volume, and necessary to achieve the above sampling chamber pressure.
The required time is desorbed at the above sampling chamber pressure.
A method is proposed that includes steps that correlate with the amount of desorbent used.
be done. According to yet another aspect of the invention, a solid adsorbent
amount of gas or solid desorbent adsorbed by the sample
Equipment for determining the amount of gas desorbed from a sample
At the location, (1) The solid sample and the gas introduced into the chamber means.
or containing gas removed from said chamber means.
at least one chamber of known constant volume for
chamber means defining a (2) Continuously introducing gas into the chamber means or
means for continuously removing gas from the means; (3) Gas is introduced into or from said chamber means.
as a function of time within the chamber means when taken out
means for setting the pressure of the gas; (4) The above gas or gas being introduced into the above chamber.
Mass flow rate of the above gas being removed from the recording chamber
(a) the mass flow rate of the gas in the room is controlled;
Over the entire partial pressure range of at least about 0.02 to about 1.0
(b) the gas is substantially constant throughout;
During introduction, the equilibrium adsorption amount of gas by the adsorbent sample is
without increasing the temperature, and during the extraction of the above gas.
Less than the equilibrium desorption amount of gas from the desorbent sample
a control means for controlling the (5) The above-mentioned room operator is taking out the above-mentioned gas from the above-mentioned room means.
Gas is exhausted from the stage via the control means described above.
and the means for (6) Keep the known temperature of the gas in the room substantially constant.
An apparatus is proposed comprising means for maintaining the
Ru. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
explain about. In addition, in Figures 2 and 3
A person skilled in the art will be able to determine what is desirable in actual equipment operation.
Elements that make one think that such things are omitted. This is a book
Simplify the illustration of the invention so that it is already well understood
This is to save the effort of explaining technical details.
Therefore, for example, power supply, solenoid valves
electrical connections, computer-assisted automation, etc.
Certain equipment as may be required is shown in the diagram.
Please note that it has been omitted. Description of preferred specific examples The method of the invention is a dynamic or
This method is characterized by being both a capacitance method and a capacitance method.
The method can be adsorption mode, desorption mode or adsorption mode.
A combination mode of the above two modes followed by a detachment mode.
It can be carried out in the code. The adsorption mode is initially gas or
This is done using substances and solids that exist as
It will be done. Note that in this specification, the above gas is
It is called adsorbent or adsorbent, and it adsorbs solids.
Adsorbent or adsorbent or sample
to be called. During adsorption mode, the adsorbed substance or
The adsorbent is physical in nature.
planned and controlled or physicochemical
can be changed depending on whether it is controlled so that
Ru. As is well known, the adsorption phenomenon is caused by
physical or chemical depending on the temperature used
It can be the result of a physical process. Physical adsorption (sometimes
(Also called Babuen der Waals adsorption)
is the result of a relatively weak interaction between a solid and a gas.
It is a fruit. One of the characteristics of this type of adsorption is that the solid
As a result, all the adsorbed gases are
Remove by evacuation at approximately the same temperature as
The point is that you can. chemisorption (this process
physical adsorption also occurs).
There is also a fairly strong interaction between solid and gas.
Ku. Chemically adsorbed gas is the chemically adsorbed gas.
removed from the solid by evacuation at approximately the same temperature as
initial removal of chemically adsorbed substances.
requires evacuation at a temperature considerably higher than the adsorption temperature.
I can seek it. Typically, during chemisorption, the adsorbent is
Reacts with the adsorbed substance. Therefore, physical absorption
In the case of adsorption, the adsorbed substance has a chemical effect on the adsorbent.
selected in conjunction with the adsorbent to be physically inert.
Ru. Additionally, the amount of gas physically adsorbed at a given pressure is
Since the amount increases with decreasing temperature, the adsorbed
The quality typically varies from about -195°C to
Very low temperature of about 100℃ (e.g. -195℃ to 0℃)
selected to liquefy at a low temperature. Inventor
The adsorbed substance or adsorbent used in the method is:
This is a commonly used method for gas sorption capacity analysis.
Ru. Representative adsorbents commonly used for physical adsorption
Examples include nitrogen, argon, hydrocarbons, e.g.
For example, butane, hexene, benzene, H2O and
C.O.2There is. Specifications commonly used to perform chemisorption
It is called chemically adsorbed substance or chemically adsorbed agent.
Typical examples of adsorbents include O2, CO, CO2,
H2O, H2etc. are included. The adsorbent or sample is
analyzed for its morphological characteristics such as surface area.
It is any solid that you want to be. The method described here
is typically about 0.01 to about 1500, preferably
about 0.05 to about 1200, and more preferably about
0.5 to about 800m2/g surface area and typically
is about 5 to about 550 angstroms, preferably
is about 7 to about 450 angstroms and further
preferably about 9 to about 400 angstroms.
Applicable to samples or specimens with pore size.
Ru. Note that the above pore size range includes Kelvin, which will be described later.
This reflects the inherent limitations in the equation. adsorbed material adsorbed by a certain sample or specimen
Before measuring the amount of a substance, such as nitrogen, oxygen, water vapor, etc.
Remove adsorbed atmospheric gases such as (i.e. gas
The sample is freed by
Purified from purity. This is Orr, C. and
"Fine Particle" by Dallavalle, J.
Measurement”, published by Macmillan Company,
Usage as described on pages 164-204 (1960)
This is achieved by the following method. In addition, the opening of this document
The contents herein are incorporated by reference.
Ru. According to this method, degassing can be performed, e.g.
The material is heated in vacuum at about 110°C to about 600°C (e.g. 300°C).
to 400℃) for about 4 hours to about 12 o'clock.
for a period of time (e.g. 8 to 12 hours)
This is achieved by heating. Sample weight, field
Depending on the case, the density or concentration of the sample can also be
Measurements are made according to customary methods before contact with the material. The equipment in which the adsorption mode is carried out will be described in detail later.
The station is equipped with a chamber that can be evacuated. child
For convenience of explanation, the chamber consists of two parts.
shall be i.e. sample holder and constraints during the experiment.
Equipment conduits that communicate with the sample holder in a manner that does not
The adsorbed material is passed through this tube into the sample holder.
It is passed through and introduced. The volume of the chamber is the conventional capacity
accurate in advance according to the analytical method and ideal gas law.
I decided to. This volume is
subtract the sample volume from the chamber volume to determine the sample density.
It is preferable to correct for sample volume based on
Yes. However, it is very small compared to the volume of the chamber.
When using high surface area samples with small volumes
, the sample volume can be conveniently ignored.
When using the device of the present invention, the sample holder is stopped.
Seal tightly using a gasket, and connect from the pipe section of the room.
Can be removably removed. Therefore, convenience
Regarding the above problem, weighing the sample or specimen,
Venting and exhaust are usually removed from the chamber
carried out in a sample holder, then sealed and evacuated
The sample holder is then connected to the pipe section of the chamber.
is advantageous. For conventional capacitive gas adsorption analysis methods
Therefore, the volume of the sample holder is typically equal to the volume of the sample.
It is selected to be about 10 times to about 200 times the product. this is,
The reference (blank) is corrected for both adsorption and desorption.
Accurately determine the liquid nitrogen level in the liquid bath - empty
Minimize errors that can interfere with pipe capacity values at the air interface.
while minimizing errors in determining sample density.
This is for the purpose of The temperature of the adsorbed substance is also known and remains constant throughout the experiment.
It is preferable to have one. Suction inside the sample holder part of the chamber
The temperature of the adhesive is the temperature of the sample holder part of the chamber.
Typically, the boiling point of the adsorbent at atmospheric pressure is
The temperature is controlled to be within about ±1°C. Therefore,
The temperature of the sample holder in the chamber is also determined. This is
in a liquid bath, preferably at a constant temperature, known to
Achieved by immersing a large part of the specimen holder.
will be accomplished. As a matter of convenience, the atmosphere
To avoid using pressures that exceed pressure, the temperature of the liquid bath should be
The degree of condensation of the adsorbed material is typically near atmospheric pressure.
The temperature is sufficient to produce this thing
is a liquid that controls the temperature of the specimen or specimen holder.
Is the adsorbent in a liquid phase at atmospheric pressure used as a bath?
or at a temperature not higher than the boiling point of the adsorbent at atmospheric pressure.
using a specially formulated liquid that boils at
easily achieved by However, the liquid bath
In certain cases where the liquefied adsorbent
is the impurity in the liquid bath and the temperature of the bath is such that the pure liquefied
may be slightly higher than the boiling point of the adsorbed material.
Ru. As a result, the adsorbent or adsorbed substance becomes saturated.
sum pressure (when the adsorbed gas is in equilibrium with the liquefied adsorbent)
pressure) can be higher than 1 atm. this
In this case, the adsorbed material condenses at approximately atmospheric pressure. sample
The holder itself typically consists of two parts
be done. i.e. a relatively large volume to accommodate the sample.
and the capillary neck, which has a relatively small volume.
Ru. Approximately half of the capillary neck is immersed in the liquid bath.
while the rest of the capillary neck (at room temperature)
) is a part of the pipe section of the chamber when it comes into contact with the equipment.
becomes. The temperature of the chamber pipe section is the chamber pipe volume VCT
approximately 98% of the time in a known constant temperature controlled environment (e.g.
(e.g. approximately 39°C).
therefore, the adsorbed material within this volume is controlled.
can be made equal to the ambient temperature, and therefore
It can also be made constant. Therefore VCT
is a chamber conduit at a constant temperature in a controlled environment.
Represents volume. Then the volume VCTPressure of adsorbent inside
Perform a force reading. Volume VCTTemperature of adsorbent in
is the remaining 2% of the chamber volume that is at room temperature.
(VRT) is in equilibrium with the adsorbed material present in
Assuming that. Therefore, room temperature fluctuations are compensated for.
and can be ignored. Therefore, VCTand
VRTThe temperature difference between VCTcapacity
The product is the total pipe volume (VCT+VRT) sufficiently for
large, and the remaining chamber conduit volume is added to the total chamber volume.
It is sufficiently small in comparison, so this temperature difference is
can be ignored, VCTThe temperature of
3 chamber pipe volume (VL) temperature (TL) is equal to
Ru. In this way, the outgassed sample is contained.
A known volume maintained at a known, substantially constant temperature.
A large evacuated chamber is provided. This room has good
preferably continuously, preferably at least as described below.
is sufficient to achieve an adsorbent partial pressure of 0.20.
and more preferably at least one of the adsorbed materials.
A portion of the water condenses on the adsorbent (i.e., the partial pressure becomes 1).
a known substantially constant mass for a sufficient period of time
The adsorbent is introduced at a flow rate, while the adsorbent is introduced into the room.
The amount of adsorbed material increases as a function of time during introduction of the agent.
Set pressure. In this specification, this pressure is defined as
It is called chamber pressure. The term “substantially” used in connection with mass flow rate
"Constant" is used during the entire period of gas introduction and
During virtually the entire period of gas withdrawal, the mass flow rate
The mass flow rate is not less than 0.2ml/min.
Even if a fluctuation occurs, the fluctuation is greater than ±0.4%.
no, preferably no greater than ±0.2%, and
most preferably no more than ±0.15%
used to define flow rate, and the term
“Substantially all gas removal period” or similar
The expression is the partial pressure range in which gas is extracted.
It is defined as described below in connection with. mass
When the flow rate is between about 0.05 and about 1.19ml/min
The term "substantially constant" means that the mass flow rate is
The mass may vary by no more than approximately ±1%.
is defined as the flow rate. Quality less than about 0.05
Quantity flow rate is not used in practice. This is because
so that a small mass flow rate completes the measurement cycle
Because it takes an economically unbearable amount of time to
It is. By using a substantially constant mass flow rate
As described later, the adsorbed material is introduced into the room.
Innes and
Conventional methods such as Bosch et al.'s capillary method
Measure with extreme precision never before possible
It is possible. The flow rate at which the adsorbent is introduced into the chamber depends on the sample.
From the equilibrium adsorption amount (rate or speed) of the adsorbed material
is selected so that it is not too large. More specifically
is suitable for any volume, temperature, pressure and contact with the sample.
Under the combination of the amount of adsorbed material, the amount of adsorbed material
The rate at which molecules collide with the sample and are adsorbed or
The amount of adsorbed adsorbent molecules from the surface of the sample is determined by
The amount produced will eventually be equal to the amount produced. This situation arises
Then, the adsorption amount or adsorption rate at that time will be at equilibrium.
It is called adsorption amount or rate. At constant volume and temperature, this equilibrium
Achievement of the condition may occur over a period of approximately 20 to 40 minutes, for example.
The pressure of the adsorbed material is constant (i.e. the fluctuation is ±
(not exceeding 0.25%). Main departure
The mass flow rate used in the
The introduction of the adsorbent is interrupted when the temperature exceeds
There is a finite period of time before the pressure in the room becomes constant.
It takes time. However, the mass flow rate is
of the adsorbent if not greater than the amount or rate.
If the supply is interrupted, the pressure will remain constant from the point of interruption.
Ru. Therefore, the mass flow rate should be larger than the equilibrium adsorption amount.
By controlling the
The pressure established at any point during the introduction of the agent is the equilibrium pressure.
It can be said that it is power. This is very true.
It is the meaning. This is because the adsorption isotherm is
Produces the amount of adsorbed adsorbent at equilibrium pressure.
This is because it can be obtained by This way
In this way, the adsorption isotherm can be easily determined. The above equilibrium flow restriction conditions can be satisfied.
The mass flow rate is proportional to the weight of the sample. moreover,
small surface area samples compared to large surface area samples.
Slightly higher mass flow rates can be used for
Let's come. This is because the equilibrium pressure is lower than in the former case.
This is because it is set quickly. Considering this point
at standard temperature for a sample weight of approximately 0.1 to 1.0 g.
Mass flow rate at temperature and pressure conditions (S.T.P.)
is not greater than about 0.7 ml/min, preferably 0.5
no greater than ml/min and most preferably
No more than about 0.4ml/min, typically about 0.05
to about 0.7 ml/min (e.g. 0.05 to 0.19), preferably
preferably from about 0.2 to about 0.5 ml/min, and most preferably from about 0.2 to about 0.5 ml/min.
Preferably, it fluctuates in the range of about 0.2 to about 0.4 ml/min.
obtain. The surface area and porosity of the sample are unknown.
0.5 ml/min, typically 0.2 to
Mass flow rates less than 0.4ml/min for most samples
It turned out to be appropriate. The flow mentioned above
The amount expressed as mass flow rate is the mass flow rate described later.
The controller controls the heat transfer of the gas, which is proportional to the mass of the gas.
This is because it responds to conductivity. Therefore, millili
Tutle (ml)/min is mass according to the Arrhenius formula.
can be converted to . As mentioned above, the adsorbent has a surface area measurement of
If the purpose is to
in the chamber for a sufficient time to achieve adhesive partial pressure.
It is preferable to introduce However, complete absorption
If a wear isotherm is desired, a value of at least 0.98
Adsorbent partial pressure is required. Partial pressure of adsorbent
(P/Ps) means, for example, at any time during the introduction of the adsorbent.
Let the chamber pressure (P) at a point in the free space of the chamber be
liquefaction of the adsorbed material (room temperature and volume).
pressure of the adsorbent (under conditions), i.e. the saturation pressure
(Ps) is the quotient divided by This partial pressure is
Also referred to as relative pressure. than 0.4
At high adsorbent partial pressures, the adsorption isotherm leads to
The linearity of the BET curve of Equation 5, which will be described later, gradually increases.
to be lost. Therefore, to find the surface area
When using the BET formula, typically around 0 or less
from about 0.4, preferably from about 0 to about 0.35, and
Particularly preferably adsorbent partial pressure of about 0 to about 0.30
It is best to use adsorption isotherm data over a range of
preferable. However, the difference in the adsorption isotherm
Other numbers to determine the surface area at even higher adsorption partial pressures
If a scientific model is available, these data
Of course, it would also be possible to use it. The method described here is
It is a method that can measure the amount of adsorbed material.
Therefore, the introduction of the adsorbent requires at least
The sample adsorbs at least a portion of the adsorbed material.
need to continue for a sufficient period of time. As mentioned above, the adsorbent is at least
Sufficient time for a portion of the adsorbent to condense on the sample
Most preferably, it is introduced into the chamber over a period of time. sample ho
Condensation, which is the liquefaction of the adsorbed material in the free space of the
Reduction should be distinguished from adsorption. Adsorption is adsorption
Occurs immediately after contact of the agent with the sample begins. Against this
Therefore, condensation occurs when the indoor atmosphere is absorbed in the presence of the sample.
This occurs as the adhesive begins to become saturated. I want to
The condensation is determined by the partial pressure of the adsorbent (P/Ps)=1.
For this reason, the introduction of the adsorbent until condensation occurs
Finalize the complete adsorption isotherm by continuing
It can be found exactly. Therefore, for the purpose of surface area measurement, it is necessary to
Achieves sufficient adsorption required to achieve even higher
In order to
is also large, preferably larger than about 0.2, and
most preferably greater than about 0.3 (e.g. 0.35
), and typically from about 0.2 to about
0.35, preferably about 0.25 to about 0.35, and most
The absorption range preferably ranges from 0.30 to about 0.35.
the adsorbent for a sufficient period of time to obtain the partial pressure of the adsorbent.
introduced indoors. To obtain a complete adsorption isotherm
The introduction of the adsorbent is typically from about 0.95
large, preferably larger than about 0.98, and
most preferably generates a partial pressure greater than 1.
continue for a sufficient period of time. Generally, as described herein
mass flow rate (actually, this mass flow rate will be explained later).
The temperature and pressure actually used should be
), and the partial pressure as above
is typically about 2 hours to 15 hours, preferably
from about 3 hours to about 12 hours and most preferably
When introducing the adsorbent for about 4 to 10 hours continuously
achieved between. The pressure in the chamber when the adsorbent is introduced is e.g.
as a function of time starting from the beginning of adsorbent introduction.
Detected by measuring the equilibrium pressure of the adsorbed material.
be done. Operate at a mass flow rate not greater than the equilibrium adsorption capacity.
During production, the sampling chamber pressure is equal to the absorption of the adsorbent.
Equal to the arrival equilibrium pressure. The equilibrium pressure of the adsorbed material is
Accurate part or all of the dressing isotherm is achieved.
Measurements should be made at sufficient times during the introduction period of the sea urchin adsorbent.
is preferable. Typically, this measurement
during the introduction of the agent from about 100 to about 10,000, preferably about
200 to about 2000, and most preferably about 300.
The process was performed to obtain approximately 600 pressure data points.
Now. Also, if desired, the adsorption equilibrium pressure of the adsorbed material
It is also possible to measure continuously. However,
However, the partial pressure of the adsorbent is in the range of about 0 to about 0.35.
Pressure sampling frequency of approximately 400 to 600 times
is the best choice for BET surface area measurements in adsorption mode.
was also found to be effective. The mass flow rate must be constant during adsorption of the adsorbent by the sample.
Before or after the sample adsorption cycle,
Preferably, it is determined at any previous point in time. this mass
The easiest way to determine the flow rate is a blank test.
It is to do. This blank test smell
is the same as that used when the sample is present.
The adsorbent is brought into the room in the absence of the sample under the following conditions:
the equilibrium pressure in the chamber, which is referred to as the reference pressure, over time.
Measure as a function. In this case, standard temperature and
The mass flow rate under pressure conditions can be determined from the following formula.
I can do it. MFR=273/760・△P/t(VL/TL+VS.H./TS.H.) ...(Formula 1) In the above formula, MFR is the quality in the blank test.
The flow rate is expressed in ml/min, and △P (mmHg) is the period
(t) represents the change in chamber pressure during temperature TLto
Chamber pipe volume in cm (cm3), VS.H.is the temperature
TS.H.Sample holder volume in cm (cm3),
TLis the volume VLrepresents the chamber pipe temperature (〓), and
TS.H.is the volume VS.H.At the temperature of the sample holder (〓)
Ru. The period (t) is usually the time of introduction of the adsorbed material into the chamber.
When the adsorbent is sufficient to condense in the room from the start
It is a period measured up to However, school
Pressure in blank test cycle for positive
The force/time relationship is essentially linear at constant flow.
Therefore, the time (t) is the pressure at which condensation of the adsorbent occurs.
Although it is possible to accurately extrapolate the pressure/time curve up to
As long as it is long enough. The mass flow rate is sampled in a blank test.
Using the same mass flow rate to find the chamber pressure/time relationship
of adsorbed sorbent once set using
Volume (Vads) during the introduction of the adsorbent according to the following equation:
It can be calculated at any time (t). Vads=273/760△P(VL/TL+VS.H./TS.H.) −△P′(VL/TL+V′S.H./T′S.H.) ...(Formula 2) In the above formula, P, VL,TL,VS.H., and TS.H.is formula 1
P′ is a parameter mentioned in connection with
Change in sampling chamber pressure during the same period (t) to
and V′S.H.is the temperature T′S.H.sample holder in
represents the sample holder volume corrected for the sample holder volume.
and T′S.H.is the volume containing the sample V′S.H.sample of
Indicates the temperature of the holder. very compared to the chamber volume
Use a small specimen holder volume, thereby
Eliminates the need to correct the holder volume and reduces the amount of adsorbed material.
Ignoring the period from the start of the introduction, equation 2 becomes
It can be rewritten as Vads=273/760(VL/TL+VS.H./TS.H.)(P-P′)
(Formula 3) In the above formula, P is the standard pressure, and P' is the pressure of the adsorbent.
is the sampling chamber pressure after the feeding time (t), and
The remaining variables are the same as defined in Equation 1.
Other formulas such as those used by Bosch et al.
can also be derived. In this case, the sample
The characteristics of the case where there is and the case where there is no
Difference in time required to reach a certain adsorbent equilibrium pressure
Example of the amount of adsorbent adsorbed by the sample using
For example, calculate volume. However, in either case
Also, the amount, e.g. Vadsis the exposure in the presence of the sample.
The equilibrium pressure of the adsorbent, the mass flow rate and the adsorbent
Correlating the time required to reach equilibrium pressure
It is determined by In desorption, P′ is larger than P and the difference has a positive description.
Please note that numbers are added. Desorption mode is the opposite of adsorption mode.
In the desorption mode, the desorption medium or
or to measure the morphological characteristics of the sample.
solids to be desorbed as well as gases or substances to be desorbed
A liquid is used. The material to be desorbed is tested during desorption mode.
evaporated from the water. Therefore, it is in detachment mode.
In some cases, the starting material is first outgassed and then
The surface and pores of the
in contact with the desorbent, the pores are filled and the sample is
The outer surface of the material is at least a single layer of condensed material to be desorbed.
A sample covered with the agent is used. For convenience, try
to ensure complete filling of the pores of the sample.
Saturated with desorbent. exposed to gas that condenses on the sample.
It is called a desorption agent. Therefore, the term "desorbable agent"
is the model in which the gas or liquid that constitutes it is used.
instead of “adsorbent” to simply identify the
used for adsorption and desorption
The substances that make up the agents are the same. In implementing the desorption mode, known preferred methods are used.
is the constant volume and
The desorbent is condensed in a chamber with a temperature of
The sample is placed in a room atmosphere consisting of the gas phase desorbent.
Bring to equilibrium. This is typically
As described above, the adsorption mode is maintained until saturation of the sample occurs.
This is achieved through implementation. The adsorbent is
Here, preferably continuously, at least the sample is
for a period sufficient to desorb the compressed material to be desorbed.
More preferably, the desorbent is completely removed from the sample.
at a known, substantially constant mass flow rate until
Remove from chamber. Here, the term "substantially constant"
When used in conjunction with the desorbent mass flow rate, approximately
not less than 0.02, preferably less than about 0.03
0.04, particularly preferably less than about 0.04.
Partial pressure of desorbed material (P/Ps) is valid only in
Ru. For desorbent partial pressures less than about 0.02, the mass flow
The volume controller maintains the mass flow rate substantially constant.
I can't hold it. However, this means that the result
It does not affect accuracy. That is to say
Available devices in the partial pressure range 0.02 to 0.
This is because data cannot be obtained. The mass flow rate for extracting the desorbed material is (mass flow rate during adsorption)
Equilibrium desorption of the desorbed agent from the sample (in a similar manner to the amount)
It is controlled so that it does not become larger than the amount of wear. flat
Equivalent desorption amount or rate is the rate at which gas is introduced into the room.
Equilibrium under conditions where gas is removed from the chamber rather than being removed.
The equilibrium adsorption amount or
This has the same meaning as defined above regarding speed.
Using such a flow rate simplifies the procedure
be done. This is due to the optional
The chamber pressure at that point is the equilibrium pressure of the desorbed agent,
Plot the desorption isotherm with the data points on the upper axis.
This is because the equilibrium pressure of the desorbed agent is
Ru. With a sample weight of about 0.05 to about 1.0 g and S.T.P.
The desorption mass flow rate under conditions is typically about 0.7ml/
no more than about 0.5ml/min, preferably about 0.5ml/min
is also not large, and more preferably about 0.4
ml/min and typically about
0.05ml/min to about 0.7ml/min (e.g. 0.05 to about 0.7ml/min
0.19 and/or 0.2 to 0.7 ml/min), preferably
preferably about 0.2 to 0.4 ml/min, and more preferably
The rate varies from about 0.2 to about 0.3 ml/min. Samples with low porosity compared to samples with high porosity
A slightly higher desorption mass flow rate may be used for
can. The reason is that the equilibrium pressure is faster than in the former case.
This is because it occurs quickly. The porosity of the sample is unknown.
less than 0.5ml/min, typically
Desorption mass flow rate of 0.2 to 0.4 ml/min for many samples
suitable for As mentioned earlier, it is difficult to remove the desorbed material.
At the very least, it is possible to desorb the agent to be desorbed that has condensed from the pores of the sample.
continued for a sufficient period of time to In connection with this,
The above statement regarding the difference between condensation and adsorption is
This also applies to the detachment mode. That is, (in the sample
Complete removal of the desorbent from the surface of the sample (distinguished from pores)
Total desorption need not occur. The reason is that
The deposition isotherm mainly depends on the porosity characteristics of the sample.
It is. The condensed desorbent is removed from the sample pores.
By continuing to take out the material to be desorbed until the
Calculations regarding the remaining desorbed material adsorbed to the walls of
Through surgical correction, the hole size or hole diameter can be corrected.
Get the important information you need to find the fabric
Ru. As a matter of convenience, all desorbed materials are sampled.
It is desirable to remove it from Desorption of a desorbed agent condensed from a sample is typically
is the partial pressure of the desorbed agent (P/Ps)
occurs in This partial pressure of the desorbed material is equal to the partial pressure of the adsorbed material.
It is used with the same meaning as defined for
Therefore, the desorbed material is removed from the chamber, typically approximately
less than 0.20, preferably less than about 0.10.
most preferably less than about 0.04, and typically
Typical about 1.0 to about 0.2, preferably about 1.0 to about 0.2
about 0.1, and particularly preferably about 1.0 to about 0.02
It is sufficient to obtain the partial pressure of the desorbed material which can vary within the range of
removed from the chamber for a period of time. In general, as described below
Like, reflect the actual working temperature and pressure
At the desorbent mass flow rate converted as follows,
Such partial pressures typically last for about 8 to 20 hours.
time, preferably about 8 hours to about 16 hours, and
and particularly preferably for about 9 hours to about 14 hours continuously.
This is achieved in a short time for removing the desorbed material. As in adsorption mode, the chamber in the presence of sample
Pressure (referred to as sampling chamber pressure in desorption mode)
) is determined as a function of the time during which the material to be desorbed is taken out.
It will be done. This can be done, for example, when removing the desorbed material.
Starting from the start, when the desorbed material is removed
It is possible to measure the equilibrium pressure of the desorbed material as a function of the
This is achieved by Typically the equilibrium pressure of the desorbed material
The force is applied over a portion of the exact desorption isotherm, preferably over the entire
During the removal period of the desorbed material so that the body can be realized
Measured over a sufficient period of time. Do it like this
typically about 500 to about 40,000, preferably
or about 1,000 to about 10,000, and most preferably
approximately 1,000 to approximately 5,000 pressure data points are
obtained during removal of the desorbed material in the partial pressure range mentioned in
Ru. A pressure sampling frequency of approximately 2000 times is typical for pore sizes.
Suitable for most samples for distribution measurements
It turned out that. As in the adsorption mode, the desorption mass flow rate is
A blank test allows the desorption model to be tested in the presence of the sample.
Determined as appropriate before or after execution of the code. In other words, the empty sample holder is saturated with the condensed desorbent.
and then measure the chamber pressure, which is called the desorption reference pressure.
The same desorption material used during desorption mode
Desorbs the desorbent under various flow rate, temperature and volume conditions.
Take it out. The desorption mass flow is then determined according to Equation 1 above.
You can find the quantity. Calibration bracket for attachment/detachment
The pressure/time relationship in the rank test cycle is
Partial pressure after removal of the desorbent condensed on the sample holder wall
It is linear from the point to a partial pressure of about 0.02. I want to
Therefore, the time to take out the desorbed agent (time t in equation 1) is
Desorption labeling in which the contracted desorbent evaporates from the pores of the sample
the chamber pressure and preferably the desorption which results in complete desorption.
Blank test pressure/hour up to deposition chamber pressure
long enough to allow accurate extrapolation of curves between
It is enough just to be. Once the desorption mass flow rate is determined, this mass flow
Determine the desorption/sampling chamber pressure/time relationship using the amount
Then, according to Equation 2 or Equation 3 mentioned earlier,
The equilibrium pressure of the desorbed agent in the presence of the sample is
force, the mass flow rate of the desorbed material, and the equilibrium pressure of the desorbed material above.
By correlating the time required to reach the force
At any time (t) during the removal of the desorbed material,
The volume of the desorbed material (Vdsb) by calculating
You can ask for more. V obtained as aboveadsor Vdsbmosquito
Then, find the adsorption isotherm and/or desorption isotherm.
You can For example, in the case of adsorption isotherm
is V on the Y axisadsand the corresponding relative pressure on the X axis.
(P/Ps), (where P is the adsorption equilibrium pressure and Psteeth
is the saturation pressure of the adsorbent at room temperature),
VadsThe curve can be plotted. On the other hand,
In the case of desorption isotherms, the relative pressure (P/Ps) included in
Instead of the adsorption equilibrium pressure (P), the corresponding desorption equilibrium
Use pressure. Using the information embodied in the adsorption isotherm
and calculate the surface area of the sample using the BET formula.
I can do it. In addition, the information embodied in the desorption isotherm
The pore size distribution is calculated from the Kelvin equation using
can be determined and total pores per gram of sample
Volume (Vp), the saturation pressure (Vs), molecules of the desorbed agent
Weight (M), molecular volume of desorbed agent (Mv) and liquid
Based on the density of the phase desorbent, the sample is
S.T.P. of adsorbed desorbent per gram of
It can be calculated from the total volume at
I can do it. BET table of a substance or material using the BET formula
You can find the area. This BET formula is
Typically, determine the internal BET surface area of a porous material
used in the relative pressure range of 0 to 0.35 to
It will be done. The linearized form of the BET equation is as follows
It is. Pr/V(1-Pr)=1/VnC+C-1/VnCPr ...(Formula 4) In the above formula, Pr is the relative pressure obtained from the adsorption isotherm
(P/Ps), and V is the test value at relative pressure Pr.
In the S.T.P. of adsorbed material adsorbed per gram of material
is the volume of Vnis the monolayer capacity of the adsorbent, i.e.
Expresses the volume of adsorbent adsorbed as a single layer on the sample.
I and C depend on the enthalpy of adsorption
It is a BET constant. If we plot the left side of equation 4 against Pr, we get a straight line.
can get. This line VnThe slope and Y-intercept of
It can be calculated from the formula. Vn=1/slope+1/intercept...(Formula 5) Therefore, the BET specific surface area (SABET) is the following formula
It can be calculated from S.A.BET=Vn・Nav・Snpl/Vnpl・W...(Formula 6) In the above formula, Vnis described by equation 4,
Navis Avogatro's number and Snplis the adsorbent molecule
is the cross-sectional area, Vnplis the amount of adsorbent in S.T.P.
is the cross-sectional area of the child, Vnplis adsorption in S.T.P.
is the molar gas volume of the agent and W is the weight of the sample. The adsorbent molecules within the monolayer closely approximate a hexagonal shape.
Assuming that the adsorbed molecules are
(Snpl) can be calculated from the following formula:
Wear. Snpl=1.091 [M/Nav)D]2/3 ...(Formula 7) In the above formula, M is the molecular weight of the adsorbent, and Navteeth
is the quantity already defined, and D is the density of the adsorbent.
degree. Kelbi to calculate the pore size distribution of porous materials
The equation is used. According to this equation,
The pore volume per square area per gram as shown in
One pore (or capillary) as a function of the ratio of products
The vapor pressure of the liquid contained within is obtained.
Ru. dv/ds=-VLL)cosφ/(R)(T)(lnPr
)...(Formula 8) In the above formula, VLis the liquid phase desorbent in S.T.P.
is the molar volume of σLis the desorbed agent when it is in the liquid phase
is the surface tension of , R is the gas constant, and T is the surface tension of
is the absolute temperature of the desorbent, and Pr is the relative temperature of the desorbed material.
is the pressure, and φ is the pressure between the liquid phase desorbent and the pore wall.
The contact angle between Assume all holes are circular and do not intersect
The following replacements are possible: dv/ds=1/2Rk ...(Formula 9) In the above formula, Rkis the Kelvin pore radius of the sample.
As those skilled in the art will appreciate, different holes may have different
Replacement may be necessary. Here, the liquid phase desorbent is
It is assumed that the entire surface is wetted within the tank. That is, φ
=0 and cosφ=1. This assumption
is advantageous for desorption from porous materials.
Ru. Therefore, equation 8 can be rewritten as the following equation
I can do it. lnPr=−(z)(VL)(σL)/(Rk)(R)(
T)...(Formula 10) at a certain pressure interval to calculate the pore size distribution.
Volume of desorbed material (Vdsb), desorption isothermal
Find it from the line. The material to be desorbed is desorbed during this pressure section.
The radius of the hole is determined by the thickness (t′) from the Kelvin equation.
The desorbent remains adsorbed on the wall of the hole with
For the quantity, the formula Rp=RkR according to +t′kAfter correcting
It is calculated by Here T′ is Halsey
(Halsey). Detachment
By dividing the volume of the desorbed material by the difference in hole radius,
This gives the frequency in the pore size distribution curve. △V as Y axisdsb/△Rpusing the value of and
R in angstroms on the X axispThe corresponding value of
Plot the distribution of pore diameter, i.e. radius (s), using
and below each peak in the plotted curve.
By integrating the area of
specific radius RpFind the volume of the hole at.
relative to the amount of liquid phase desorbent adsorbed on the walls of the empty pores.
R to dokFor corrections, please contact N.Y.Academie Press.
Adsorption, by Gregg and Sing, published by
Surface Area, and Porosity”
Ru. The pore volume per gram of sample is determined from the following formula:
Ru. Vp=(Vs)(M)/(Mv)(D′)……(Equation 1
1) In the above formula, the variable is a previously defined quantity. The present invention is embodied in adsorption or desorption isotherms.
limited to a specific mathematical model for using the information
I would like it to be understood that this is not something that can be done. This information is
Operate according to customary procedures or techniques if desired.
can be done. The method and apparatus according to the present invention also apply to chemisorption
It can also be used to do This chemical sorption
is useful for the following reasons. That is, (catalytic activity
Table of very small particles (such as particles with properties)
Can the surface and/or variance be determined?
It is et al. In addition, in this specification, such
The particles are referred to as the chemical sorbent or active phase. this
Particles are deposited on larger particles such as catalyst supports
In this specification, it is referred to as a supporting solid.
Ru. Dispersion of the active phase is very important in catalyst evaluation.
It is for use. The reason is that the contact on the surface of the support
This is because information regarding the number of medium areas can be obtained.
This field of analytical chemistry has made considerable progress, and
chemical sorbents suitable for use with certain active phases;
and for the proper selection of sorption temperature, e.g.
``J.Rev.Pure Appl, Chem.'' Vol. 19, p. 151
(1969) Muller's paper, “AICHE Symp.
Series”, Vol. 143, p. 143, 709-22 (1970).
Described in the paper by Farranto, R. In addition,
The contents of these papers are also incorporated herein by reference.
I am using it. What can be effectively determined using the chemisorption method?
The active phases that can be formed include Pt, Pd, Ni, Co, Cu, and Ag.
and Fe and Cr2O3, CuO, NiO, sulfide etc.
is included. For example, if the catalyst is platinum
Chemical sorbents suitable for
It is hydrogen that reacts with platinum. Therefore,
The temperature of the sorbent sample holder is at least the above temperature.
It is controlled so that Chemisorption mode is the activity present on the solid support.
A suitable chemical sorbent is added in association with the layer.
Adhesive is selective to the surface of the active phase rather than the solid support
carried out by selecting chemisorption to
be done. If you want to find the dispersion of the active phase,
Must know the weight percent of the active layer attached to the body
do not have. Adsorption mode is chemical sorption as adsorbent
using a solid-supported active material as a sample.
performed as described herein using Shungso
Ru. The temperature of the chamber should be adjusted accordingly to ensure chemical sorption.
Therefore, in relation to the chemical sorbent-active phase reaction threshold,
selected. At the completion of the adsorption cycle, the time
Physically and chemically adsorbed chemical as number
Determine the total amount of sorbent. During this adsorption cycle,
Chemical sorbents are chemically sorbed when the chamber is substantially evacuated.
The chemical sorbent no longer desorbs from the surface of the active phase.
Both physically and irreversibly chemically to a certain extent
It will be worn. In contrast, chemical sorbents
is only physically adsorbed by the supporting solid;
The complete desorption of the chemical sorbent from the body support is
This occurs during the subsequent evacuation. Furthermore, the active phase in the first adsorption cycle
Chemical sorption by the active phase follows the above evacuation.
Chemically inert on contact with chemically sorbed materials
effectively deactivates the reactive region of the active phase so that
become Upon completion of the first adsorption cycle, the chamber typically
to desorb the desorbable chemical sorbent.
Exhausted quickly. During this evacuation, perform pressure measurements.
No need to move, and pumping speed saves time
Selected to be done as soon as possible
be done. At the completion of evacuation, select adsorption mode.
is used immediately, typically in the first adsorption cycle.
the same chemical exposure at the same room temperature and mass flow rate.
Repeat for a second cycle using adhesive.
During this second adsorption cycle, the sample
Only physical adsorption occurs, and only occurs during the first adsorption cycle.
The adsorption of chemically adsorbed substances is reduced. this amount
is determined as a function of time, and the initial adsorption
cycle and the second adsorption cycle.
The difference in the amount of chemically adsorbed material is determined for the same period.
Melt. This difference is due to the chemical sorption by the active phase.
This is the amount of sorbent. Therefore, the % dispersion of the active phase on the solid support is expressed as follows:
You can track it down. % active phase dispersion=A/B×100 In the above formula, A is the chemical chemisorbed by the active phase.
is the number of atoms of the sorbent and B is the number of atoms on the solid support.
is the number of atoms in the active phase. Is the value of A the difference amount mentioned above?
and B is the weight of the active phase on the supporting solid.
Determined from the amount%. % active phase dispersion plus
The surface area of the sexual phase is irreversibly chemisorbed and
The amount of sorbent can be expressed as the corresponding molecule of the chemical sorbent (or
It can also be found by converting to atomic) numbers.
Ru. Therefore, the total surface area of the active phase is
Chemical sorbent molecules (atoms) chemically sorbed per child
The known relationship between the number and the area of each active phase metal atom
Find it from the relationship. of the apparatus used to carry out the method of the invention;
Preferred embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings.
Ru. FIG. 1 shows a block diagram of the preferred elements constituting the device.
This is a Tsuku diagram. These elements include
A gas that acts as a source of adhesive or desorbent
Or gas supply section and chamber 10-FiveDo not exceed mmHg
pressure, preferably 10-7Pressure not exceeding mmHg
Especially preferably 10-9To a pressure not exceeding mmHg
A vacuum or exhaust part that can be evacuated and a suction
Gases that are being absorbed or desorbed
The mass flow rate of the adsorbent and desorbent described later is
It can be controlled to a constant value as described later by the partial pressure of
A flow controller equipped with a mass flow controller
Volume control and typically about ±0.05mm of true pressure value
Measures the pressure of the adsorbent or desorbent with an accuracy within Hg.
Pressure sensing/recording unit that can measure and record
and the sample host of the sample and adsorbent or desorbent.
sample holder or removal from the sample holder.
volume and temperature as described below.
Adsorption or desorption section with a chamber that allows control of
and the above vacuum to assist in outgassing the sample.
or a gas discharge section using an exhaust section. Figure 2 shows a simplified diagram of the configuration of each of the above-mentioned parts of the device.
It is shown. Specifically, the gas supply section
are typically used for adsorption or chemisorption.
one with various different gases or gases
or two or more gas cylinders 101 to 10
It is equipped with 4. Each gas cylinder is
Exhaust solenoid valve (ASCOTM) 7 or 1 for
0 to conduit 211. these
The valve receives a signal from computer 117 at an appropriate time.
gas or air.
The body is configured to flow into the conduit 211.
is preferred. The pipe line 211 is connected to the exhaust solenoid valve 3
Mass flow through conduits 201 and 200 with
connected to the quantity control section. gas or gas
During introduction into the sample holder 109, the exhaust solenoid
The door valve 6 is closed, and gas is discharged from the pipe 211.
Via open valve 3, lines 200 and 201
into the mass flow controller. The mass flow controller of the device is also a mass flow controller.
or a controller. This mass flow rate
Controller has adjustable opening (aperture)
It is an electronic device that operates on the principle of
This mass flow controller can be used, for example, in calibration operations.
a certain substantially constant mass flow, such as the flow rate
Preset to send gas to conduit 202 at a certain amount.
(preset). However, this
Gas passes through the mass flow controller to the sample holder
109 or the holder.
Is it the fact that the gas is being extracted from
Therefore, there is no positive back pressure (during adsorption) inside the sample holder.
or negative back pressure (during desorption), which may cause quality
The flow rate is decreased relative to the preset value.
A mass flow controller continuously performs
Detects the actual flow rate and compares it with the preset value
However, if there is a deviation from the preset value, the opening or
Open and close the aperture until the above preset flow rate is reached.
Compensate by increasing or decreasing the flow rate until it is set again.
Make amends. caused by fluctuations in pressure within the sample holder
In addition to fluctuations in the flow rate, as will be explained later, the actual
must be controlled to achieve a constant mass flow rate.
There are other factors that must be considered. For example, mass flow rates in adsorption and chemisorption modes
In order to use the controller successfully, the flow control
The gas supply to the controller is at virtually constant pressure.
should be maintained. The reason is that this kind of mass
The flow controller controls changes in inlet gas pressure
Or one that corrects fluctuations relatively slowly.
This is because. Here practically constant pressure
is the pressure of the gas entering the mass flow controller.
If there is a deviation or deviation in force, the deviation
but about ±0.35psi, preferably about ±0.30psi, and
Particularly preferably means a deviation not exceeding ±0.20psi.
Defined as Pressure fluctuations will be discussed further below.
By using a narrow tube in the manifold to
will be reduced by more. For adsorption mode, the mass flow
The pressure of the adsorbed material supplied to the quantity controller is
Typically about 15 to about 25 psig, preferably about
Controlled at 16 to 18 psig. More importantly, conventional mass flow control
Flowmeters used successfully in
transmitted to or flowing gas
extracted from the gas and changes in the gas flow rate.
induced at different points in the gas flow by
The temperature difference affects the conductivity of the sensor and the gas flow rate.
cause a change in proportion to a change or change in
It operates on the principle that
It is a point. Changes in the temperature of the gas as it enters the flow meter
In particular, each unit °C variation in the temperature of the adsorbent
Operates under the conditions described below at a mass flow rate of approximately 1.5%.
If the heat sensing mechanism of such a flow meter
It is found that an error or error is caused.
There is. This error or error may occur over a long period of time.
This will greatly affect the accuracy of the flow rate you are trying to find.
to the extent that it has an impact. In addition, the adsorption described later
and the ambient temperature used in desorption (e.g. room temperature)
The flowmeter's thermal response detection mechanism also detects long-term fluctuations in
and disturbances in the electronic circuit of the flow controller
due to the mass flow rate for the preset value of flow rate.
It has also been found that this results in a fairly large cumulative error.
ing. When the above-mentioned errors are combined, the present invention
under all conditions under which the method is practiced.
Virtually constant mass using volume flow controllers
It becomes impossible to achieve a flow rate. Therefore, achieving a substantially constant mass flow rate
A mass flow controller capable of
Ru. Preferred embodiment of this mass flow controller
are collectively shown in Figures 3 and 4.
Ru. Also shown in FIG. 2 is a mass flow controller 30.
The incorporation or integration of No. 1 into the device of the present invention is shown in FIG.
It is understood. Referring to Figure 3, the pressure control device or
With the exception of force controller 311, the mass flow controller
The components of the controller are temperature-controlled boxes or bottles.
It is housed in a box 119. This box or
The box has an internal space 608, which
The internal space is connected to the atmosphere through a vent 601 outside the box.
fluidly coupled, so typically air
It's full. This box is typically made of sheet material
Made from sturdy materials such as
has a volume of approximately 2500 c.c. The temperature of the atmosphere inside the box can be controlled by active control of the box temperature.
to enable and thereby maintain the temperature constant
In general, it is preferably maintained above ambient room temperature.
Typically, this temperature is contained within a box.
to avoid damage to the electronic system inside the box and the box.
Provide a sufficient temperature gradient between the external atmosphere to
The air in the room is drawn from outside the box by the fan 407.
Dynamic temperature equilibrium is achieved within the box when it is drawn into the box.
at temperatures between approximately 35°C and 45°C (e.g.
The temperature is maintained at 39°C. Therefore, the selected
The box temperature that is
Emitted by the electronic system of the flow controller
to a temperature above that which the box reaches due to heat.
It is advantageous to Therefore, the external environment of the box?
The air from the box is mixed with the air inside the box and heated.
The temperature equilibrium achieved within the box is controlled by the mass flow controller.
It is not disturbed by the electronic system. The temperature inside the box is controlled by the flow controller block.
Thermistor 404 attached to the base of 403
and proportional-integral-derivative (hereinafter referred to as PID) controller
405, heating strip 406, and fan 4.
This can be achieved in combination with 07. thermistor
404 can be used inside the box over a temperature range of 0 to 100°C.
Detects the air temperature and generates an electrical signal proportional to it.
This signal is sent to the PID controller 405.
Supplied. The PID controller (RFL model 7
0A) is the preset box temperature
and the actual box temperature.
It is preset to occur. PID control
An electrical signal generated by a roller (e.g. resistive type)
300W capacity) heating strip 406 is activated.
Ru. Therefore, the heating stress from the PID controller is
The magnitude of the electrical signal applied to the lip is the actual
gradually as the box temperature approaches the preset temperature.
and the actual box temperature relative to the environment
The temperature is equal to the preset temperature by compensating for heat loss.
Sometimes the signal is substantially constant. This way
In this way extremely accurate temperature control is achieved. centre
Ann 407 is connected during operation of the mass flow controller.
Operating continuously, about 10 to 100 of the box volume per minute
higher flow rates (e.g. 10 to 75 times) or higher
The air inside the box is circulated around the heating strip at a higher flow rate.
circulates. Juan 407, fresh air box 1
19 Air vent or vent 6 to draw air into the air
It is preferable to arrange it near 01. The temperature control in box 119 has at least four important
fulfill a function. That is, (1) heating the gas flowing into the pipe line 201;
Then, the gas reaches the detection coil 411 of the flowmeter.
By this point, the gas is in the boiling water regardless of room temperature fluctuations.
The temperature will be the same as that of Tux 119. (2)
Electronic circuit provided on circuit board 401, thermal response
Valve 302 and pressure transducer or transducer
temperature sensing of sensor 108 (described below).
(3) The temperature of the gas in the pipe line 210 is
becomes constant at the location measured by sensor 108
This is guaranteed. (4) As shown in Figure 2, Box 1
For the gas in the chamber pipe space contained in 19
The effects of changes in ambient temperature are removed. Moshiko
If temperature control such as
Errors occur in the pressure measurement of the gas in these pipes.
obtain. In order to support the realization of functions (1) and (3) above,
For this purpose, conduit 201 is arranged to form coil 213.
and the conduit 210 is adapted to the coil 2
12. of the coil
The volume (i.e. the internal passage volume of the coil) is
13, with 0.5c.c. and the field of coil 212.
In this case, it is appropriate to set it to 0.8c.c.
Then, temperature equilibrium between the gas inside the coil and the box temperature will be achieved.
Can be done. The mass flow controller itself is shown in Figure 2.
301. mass flow controller
An inlet of 301 is connected to conduit 201.
This conduit 201 has a flow to the mass flow controller.
The purpose of maintaining the pressure of the incoming gas substantially constant
and a pressure controller 31 in series with the controller.
1 (SERTATM model 204) is provided.
There is. The outlet of the mass flow controller is connected to line 20
Connected to 2. Mass flow controller 30
1 is shown in more detail in FIGS. 3 and 4.
There is. Referring to Figure 3, the mass flow controller
The primary side elements of R include the following: Immediately
(A) Detection conduit 201a and detection coil 411
and a heat disposed downstream of the detection coil 411.
Controllable aperture or opening of response valve 302
The sensing conduit 201a is a thermally responsive valve.
302 and extends the entire length to connect with
stainless steel block 403 and (B) detection blitz.
circuit 408, linearization circuit 409, and amplifier 4
10 and a comparison controller circuit 600.
Circuit board 401 with the electronic circuit of the quantity controller
and (C) a thermally responsive valve or thermal valve 302.
Ru. Although the pressure controller 311 is necessary,
However, as an auxiliary element of a mass flow controller,
Please note one point. Introducing and removing gas to the detection conduit 201a
The output is via conduits 201 and 202, respectively.
will be carried out. The detection conduit 201a is connected to the block 403.
starting from the inlet of the sensor coil 411 (see Fig. 2).
is shown as a single coil, but specifically
consists of two separate coils as shown in Figure 3.
) and connects to the inlet portion of the thermally responsive valve 302.
It is continued. Thermal response valve or thermal valve 30
The outlet part of 2 is connected to the pipe line 202,
Gas can leave block 403 via the conduit.
can. The main body and electronic circuit of the thermal valve are
It is screwed onto the top of block 403 and is made of plastic.
It is enclosed within a housing 412 of the type. A preferred thermally responsive or thermal valve is
Commercially available from Teylan Corporation
and as described in U.S. Pat. No. 3,650,505.
Described in detail. Please note that this U.S. patent
The content herein is incorporated by reference.
Ru. The circuit board 401 is a plastic housing 4.
It is included in 02. Next, the circuit and operation of the mass flow controller
will be explained with reference to FIG. Broken line 51 in Figure 4
In the block shown by 6, there is a detection conduit 201a.
Flow control including coupled bridge circuit 517
The flow meter portion of the roller is shown. Bridge times
The bridge is of conventional design and the first bridge
Resistor 501 and second bridge resistor 502 etc.
It is formed from Furthermore, the bridge circuit is
Side sensor element 411a and downstream sensor element 411
It is equipped with b. These sensor elements 411a and
and 411b are adjacent to each other and connect sensing conduit 201a.
wrapped around the upstream sensor element.
411a approaches the inlet end 518 of tube 201a;
The downstream sensor element 411b is the outlet of the conduit 202.
It is located close to the end 519. Bridge circuit 517 also provides DC power and
converter 506 (this circuit operates on AC power 507)
). One side of the bridge circuit is a railway line.
604 of sensor elements 411a and 411b.
connection point and the other side of the power supply is
bridge resistors 501 and 502 through the bridge 505
connected to the connection point. from bridge circuit
The output signal is output from the first output terminal 503 and the second output terminal.
power terminal 504 . First output terminal 50
3 is the upstream sensor element 411a and the first bridge.
connected to the connection point with the Tsuji resistor 501, and
The second output terminal 504 is connected to the downstream sensor element 41
1b and the second bridge resistor 502.
It is connected. The upstream sensor element 411a
and the downstream sensor element 411b are connected to the conduit 201
Is the temperature sensing resistance wire wrapped around the outer diameter of a?
It is formed from Such a resistance line is
For example, Balco (manufactured by Wilbur-Driver Company)
It can be an iron-nickel alloy such as
Ru. The circuit design described above is conventional with the following exceptions:
It is. That is, the inner diameter of the sensing conduit 201a is
approximately 0.2mm, preferably 0.05mm and most preferably
Preferably not more than about 0.02mm and not more than about 0.005
about 0.2 mm, preferably about 0.01 to about 0.1 mm,
and most preferably within the range of about 0.01 to 0.05 mm.
of the size of a capillary, thereby making parenchyma
Traditionally, it achieves a constant flow rate.
It can be of any design. In addition, the flow meter
Since the flow rate processed by is a low pressure flow rate, this type
Bypass line commonly used in mass flow meters
should be omitted. In addition, the detection conduit 201a
If the inner diameter is made excessively large, the
gas tightness in the pipe at the pressure and flow rate
The thermal conductivity of the gas decreases.
The heat detection mechanism of the flowmeter (described later) may be disturbed.
as a result of which a virtually constant flow rate is achieved.
It turned out that it was not possible. The combined bridge circuit output signal 503 and
504 is connected to a linearization circuit 409. this
Linearization circuit 409 electronically calculates the function of mass flow rate and
to generate a linear output voltage. This voltage is the amplifier
applied to comparison controller 600 via 410
It will be done. Note that the linearization circuit, amplifier, and comparator
All troller circuits are conventional. In operation, closing switch 505 turns off the power.
flow through sensor elements 411a and 411b;
The sensor element generates heat so that the sensor
The temperature of the tube 201a adjacent to the element increases. Ma
Additionally, the addition of these sensor elements 411a and 411b
Heat also increases their resistance. Conduit 201a
When the fluid flow rate is zero at
The temperatures of elements 411a and 411b are equal to each other.
The bridge is in equilibrium and terminals 503 and
A zero output voltage is generated between and 504. The fluid is
Upon entering input end 518 of tube 201a, element 4
The heat generated by 11a and 411b is
downstream by the body toward the outlet end 519 of tube 201a.
transported to the side. Therefore, along the pipe 201a
element 411a due to the transition in the temperature profile.
A temperature difference occurs between and 411b. tube 201
As the fluid flow rate in a increases, the upstream
The temperature of element 411a and its resistance value decrease,
On the other hand, at the same time, if the temperature of the downstream element 411b is
Its resistance value increases each time. Therefore, terminal 5
The bridge output voltage between 03 and 504 depends on the flow rate.
increases in approximately linear proportions. Terminal 503 and
and linearization of the bridge output voltage appearing at 504.
After the gas is thermally
The absolute value of the mass flow rate of gas before reaching valve 302
generates a linear voltage corresponding to Amplifier 410?
These voltages are applied to the comparison controller circuit 600.
where the command source as well as the selected mass
The selector is preset to correspond to the flow rate.
Comparison with external electrical command signal 514 from controller 520
be done. The comparison controller circuit uses the command signal voltage
and the amplifier output voltage, the difference output signal
This difference output signal is transmitted via line 603.
The actuator 302a of the thermal valve 302
It is used to energize. controlled like this
The thermal valve actuator is controlled by the comparison control circuit 6.
00 is insufficient for the mass flow to balance the command signal.
When indicated, the thermal valve is opened.
and vice versa, close the thermal valve. A command signal is selected using selector 520.
At times, the selector 520 also
and transmits the digital signal to the computer 11 in FIG.
Send to 7. This digital signal is selected and
Calibrated with a previously performed blank test cycle.
This is a signal representing the flow rate. In yet another preferred embodiment, the sensor element
Elements 411a and 411b are described in U.S. Pat.
As disclosed in US Pat. No. 3,938,384,
Can be combined into a single coil with taps
Wear. Please note that the disclosure content of the above US patent specification is for reference only.
is incorporated herein by reference. two separate cells
Instead of a sensor element, a single component with a center tap
By using coils, the coils can be placed closely together.
can be used, thereby reducing heat loss and
Equalization between upstream and downstream sensor elements
circuit gain (per unit flow rate).
temperature change) increases. Furthermore, the response of the circuit is
Fast and useful flow measurement range and times
The linearity of the path increases. As an optional feature of the circuit shown in Figure 4, the
Connect a voltmeter between the combined output terminals 503 and 504.
510 can be provided. from this voltmeter
The electrical signal is converted to analog by a converter (not shown).
form is converted into a digital BCD signal, and then
The BCD signal of the lever is transmitted through the line 303 as shown in Fig. 2.
It is sent to computer 117. Bulk for calibration
During the rank test cycle, the computer runs approximately 10
Sample the output from voltmeter 510 over a period of
Ru. During this period, the computer outputs one data point per second.
Capture data at a rate of
The resulting data is calibrated
is stored in the database as a value. Adsorption and
During installation and removal operations, the computer uses the above calibration values and
Compare with the actual value sampled from the voltmeter,
Determine whether the operation is being performed reliably.
Ru. This operation is performed from the desired flow rate after the operation is completed.
With a quality control function that allows you to read the deviation of
be. Above is a mass flow controller associated with a particular flow meter.
Although we have described the troller, for example, U.S. Patent No.
Described in No. 3650151, No. 4056975, No. 4100801, etc.
Generates an electrical signal vs. flow function as shown in
Other types of flow meters can be used and
I want to be understood. Also, the thermal valve mentioned above or
It is preferable to adjust the flow rate with a heat-responsive valve.
However, under the conditions of use described herein,
ability to control the flow rate at a constant level and
Other electrically actuated means with
I can be there. The same goes for mass flow control.
The same can be said about the rollers themselves. In carrying out the present invention
for long periods of time as described herein.
over a range of low flow and low pressure conditions.
The ability to achieve a substantially constant flow rate is required.
Ru. The person who developed the device with this ability was
We believe that the inventors are the first, but
The methods and apparatus of the present invention may be developed in the future.
of mass flow controllers and associated environmental control boxes.
exclude the use of alternative means that can perform the required function.
It's not something you can do. Referring again to FIG. 2, inside the environment control box 119
Gas flowing through the conduit 201 disposed in
passes through coil 213, where the temperature of the gas is
to equilibrate with the temperature in box 119, then the flow controller
301, where the flow rate of the gas is already
The pipes 208, 209 and the exhaust are adjusted as described above.
Air solenoid valves 4 and 5 and stopcock 19
The water flows into the sample holder 109 of the sample holder section through the
Ru. The sample holder section includes a sample holder 109 and a liquid bath.
Container 111 and liquid level controller (control device)
(113, 20) and a liquid bath 112. trial
The material holder 109 typically has an inner diameter of about 2 mm.
A capillary neck 122 made of glass and a volume of 20 ml.
It is a glass flask. The capillary neck 122 is a tube
125 polished male glass fitting or
Suriga adapted to receive joint 124
It terminates at the last joint 123. Sample holder 1
Added sample or sample 110 to 09
or remove it from the holder.
Las joints 123 and 124 are separated.
Ru. Glass joint 124 connects to stopcock 19
The conduit 125 was connected to the conduit 19.
Conduit 126 and associated ground glass joint
An assembly or assembly containing 127 (hereinafter referred to as
For example, the assembly A) may be
The sample holder 109 is degassed at the joint 21.
or using a glass joint 128, for example.
A mass flow controller section is installed at the end of the conduit 209.
Used for sealing and/or connecting.
For example, assembly A includes gas release and exhaust
After that, the sample is removed by closing the stopper 19.
This allows the sample holder to be sealed tightly.
In this way, assembly A and sample holder 1
09 seals the sample holder 109 and stores it inside the device.
It allows you to move to the desired location.
Ru. The liquid bath container 111 typically contains a liquid such as liquid nitrogen.
Dewarf flask capable of holding a liquid bath
(Thermos flask) with mass flow rate control.
Immersion of the sample holder 119 when connected to the control
It is of sufficient size to allow for. Already
As mentioned above, the liquid bath 112 typically
liquid to be adsorbed or desorbed, level 1 of bath 112
29 is constant in the liquid bath container 111 during adsorption or desorption.
If the bath 112 is maintained at
It functions to control the temperature of the sample holder 109.
Also, the bath 1 with respect to the immersion depth of the sample holder 109
12 levels 129 in equations 1, 2 and 3.
The volume of the sample holder VS.H.on the other hand, bath 11
2 is the temperature T in these equationsS.H.and
(or) T′S.H.stipulates. For example, container 111
The bath level 129 in the container 112 is at the capillary level described above.
Test at a point or location 130 in the canal neck 122.
so as to intersect with the capillary neck 122 of the material holder 109.
The bath 112 is filled with enough water. position of point 130
Typically, the ground glass joint 123 and
Capillary neck of sample holder 109 at point 132
midway between the end of the Inside the container 111,
The sample holder is stabilized and the bath level 129 is
When the sample holder 109
are immersed to the same depth in bath 112.
A sample holder rack 131 is provided to
There is. Therefore, VS.H.is immersed in bath 112.
The volume of sample holder 109 that is
109 points 130 to 132 of the capillary neck
It is equal to the sum of the volume plus the volume of the remaining non-capillary part.
stomach. The level 129 of the bath 112 in the container 111 is
Sensor 113 adapted for use in embodiments
control valve 20 and bath level sensor operated by
collectively shown as 113
"Model 200" by Hungtington Electronics Inc.
at a constant level using a conventional liquid level control device such as
Retained. For example, using liquid nitrogen as a liquid bath.
liquid nitrogen has a tendency to evaporate during the experimental process.
direction. Therefore, the bath level remains virtually constant.
Additional liquid nitrogen must be added to maintain
Must be. For this purpose the bath level sensor 113
detects a change in bath level and activates control valve 20.
and add fresh liquid nitrogen to lines 308 and 310.
Let it flow. However, this liquid nitrogen
When flowing into 308 and 310, the temperature of the pipe is
The temperature is higher than that of liquid nitrogen, which makes the nitrogen
evaporates explosively. Therefore, liquid nitrogen and
Vaporized nitrogen typically flows violently into the liquid bath 112.
By being released, thereby bath level 12
9 is disturbed. This result is recorded as a function of time.
An error or error occurs in the applied pressure. this
The problem is that before the fresh bath liquid flows into the liquid bath container,
Venting for separation of fresh bath vapor from fresh bath liquid
Alternatively, it can be implemented by providing a vent pipe 309.
It has been found that the problem can be solved effectively and completely. This person
According to the law, the liquid level is within ±0.5mm deviation of the bath level.
Once the bath 112 has evaporated, the control valve 20 controls the liquid bath source.
(not shown) from conduit 107 connected to
Receive fresh liquid. The bath liquid flows from the control valve 20 to the pipe line 30
8 and flows into conduit 310. Opening of the conduit 310
The end is immersed in a liquid bath 112. Conduit 309
are open to the atmosphere and in fluid communication with conduits 308 and 310.
It constitutes a vent that communicates with the body. Conduit 310
The end is inserted with a glass wool plug,
As a result, back pressure is created and the vaporized liquid is
venting rather than being violently discharged into the liquid bath 112
It flows out via line 309. In this way,
Severe fluctuations in the bath level 129 are avoided and the bath level
remains substantially constant. bath level 129
By keeping T substantially constant, the temperature TS.H.
volume V atS.H.is also held substantially constant. In this way, to control the temperature of the indoor pipe space
In this case, use box 119 and in combination with the sample ho
Using a liquid bath to control the temperature of the chamber
Due to the total room volume and accommodated within it
A gas or gas is maintained at a substantially constant temperature.
It will be done. Terminology used here regarding total room volume
"Substantially constant temperature" means the average temperature of the entire room volume.
Typically, the average temperature value
not exceeding ±0.35%, preferably not exceeding 0.20% of
and even more preferably not to exceed 0.17%.
means. Main components of the pressure sensing and recording section of the device
includes a pressure transducer or transducer 10
8 (SETRATM 204 300A) and computer
Pressure recording device such as Ta117 (Apple IITM)
and/or the strip paper recording device 118 is
included. The pressure transducer 108 is connected to the environment control box 11
9, the inlet end of which is connected to the conduit 21.
0 and through coil 212 (exhaust solenoid valve
4 and 5) connected to conduit 208
The coil 212 is also connected to the environment control box 119.
It is located inside. Conduit 208 is connected to adsorption and
It is placed in fluid communication with the sample holder during desorption. Ko
In box 212, the gas in line 210 is transferred to box 119.
heated to equilibrium temperature. Therefore, conduit 208
A certain amount of gas flowing through conduit 210 and the coil
212 to contact the inlet end of pressure transducer 108
do. The temperature of the gas in the coil 212, that is, the temperature of the box
The degree is therefore constant and the pressure change in the line 210
is surely caused by a pressure change inside the sample holder 109.
reflect. Pressure transducer 108 operates at a constant temperature.
The pressure inside the conduit 210 is sensed, and the sensed pressure is
Converts the force into an electrical signal, and the electrical signal is transmitted to a pressure transducer.
From the output end of 108, the interaction is made via line 304.
A/D converter 121 (model A003-4)
is applied to the input terminal of This A/D converter 121
converts the analog electrical signal from pressure transducer 108 into
Convert to digital electrical signal. This digital
The signal is transmitted from the output end of the A/D converter 121 to the line 3.
06 to the digital computer 117.
be provided. The analog output signal from pressure transducer 108 is
The strip paper recorder 11 is connected via the output line 305.
8 can be supplied. Computer 117 and strip paper record
sample holder 118 as a function of time.
9 or being removed from the holder 109.
is an alternative means of recording the pressure of a gas.
Therefore, each can be used independently.
It can also be used in combination. But long
However, it is preferable to use a computer. In the adsorption mode, the computer 117
It is programmed to perform operations such as:
(a) the pressure transducer or transducer as a function of time;
Digital pressure received directly from the sensor 108
Force signals are typically recorded on a quasi-continuous basis to measure pressure.
Setting up and storing a first database of time
and (b) the computer out of several different mass flow rates.
of the mass flow rate selected by the controller operator.
(c) determining and storing a second database;
The pressure versus time information of the first database and the second
The selected mass flow rate in the database of
The wear isotherm, i.e. VadsPair (P/Ps) or part thereof
Convert the third database into a third database
(d) storing the third database;
For example, try using the BET formula from the information in the database.
The purpose is to calculate the surface area of the material. In the detachment mode, the command
The computer 117 is connected to the suction mode.
Define and rank the first and second databases mentioned above.
be programmed to deliver. Then compile
data is the desorption isotherm, i.e. VdsbPair (P/Ps) No.
3. Confirm and store the database, and use this third database.
Using a database, using the Kelvin formula, etc.
Calculate the pore size distribution of the sample using Equation 11.
Calculate the total pore volume. The first database of pressure vs. time mentioned above is
To determine, the computer can adsorb or desorb
Samples digital pressure signals on a quasi-continuous basis during operation
Convert and store. The sampling frequency in this case is
controlled by the controller. Specific laps selected
The wave number will be discussed later. The second database of mass flow rates mentioned above
command voltage source/selector 52
0 is about 12 different tests using blank test results.
calibrated with the same voltage setting, and each blank
Determine the actual mass flow rate for each strike. A typical one
The 12 flow rates used as S.T.P. (standard temperature and
and pressure) varies from approximately 0.2 to approximately 0.7 ml/min.
do. The computer was calibrated there
Flow rate and each command voltage and related digital voltage
programmed with Therefore, for one operation, the operator
Selecting one of the calibrated command voltage settings,
Command voltage selector 520 automatically selects
A corresponding digital signal representing the flow rate is connected to line 132.
The data is sent to the computer 117 via the host computer 117. computer 1
17 uses this information to perform adsorption as described later.
or used to calculate the amount of gas desorbed.
Determine the desired mass flow rate. This kind of behavior can be done automatically.
A computer's ability to dynamically execute virtually
made possible by using a constant mass flow rate
This is one advantage. The computer also fully automates the system
performs some additional functions that serve to
Ru. That is, the computer controls many functional elements of the device.
Manipulate. These operations require gas from the gas supply.
Solenoid valve opening/closing for sample holder selection
Introducing or removing gas to or from the da 109, gas
For evacuation and desorption processes of sample holders during release
Sample preparation with condensed gas as a preliminary operation for
Includes saturation. Computers also
Control outgassing conditions such as duration. The exhaust section is depressurized to release gas from the sample.
Evacuate the sample holder and remove the desorbed material from the desorption medium.
Attach and detach. The exhaust section includes a vacuum pump 105 and
Pressure gauge 120 (Edward CP25 Gaugehead)
Mechanical discrete vacuum pumps collectively indicated as
It is equipped with a Mechanical pump (Varian O401
-K6820-301), the pressure inside the pipe line 204 is 10-3
mmHg, on the other hand placed in series with the mechanical pump
Diffusion pump (Varian O160−82906−)
301) is the pressure 10-7or 10-8Desired level of mmHg
decreases to le. Pressure gauge 120 indicates that the vacuum pump is functioning properly.
Conduit 20 to check whether
Read the pressure directly from 4. vacuum pump 105
The low pressure side end is connected to conduits 205 and 203.
It is connected to the device via a conduit 204 that is connected to the device.
Open and close exhaust solenoid valves 1 and 2 appropriately.
Due to this, gas release and adsorption/desorption parts are alternately
is connected to a vacuum pump 105. The gas release part is an aluminum heating block.
14 and one or more conventional cartridges
J-type heater 115 and exhaust solenoid needle valve
11 and supplying current to the cartridge type heater.
It is equipped with an AC power supply 16 for this purpose. aluminum
The block is adapted to accommodate the sample holder 109'.
ground to have a space 114 adapted to
ing. One space 114 and one sample holder 1
Although only 09' is shown, aluminum block
The tool 14 typically receives four sample holders.
It is adapted to be heated and heated.
Ru. Ground glass joint 127', capillary channel 1
26', stopcock 19', capillary channel 125' and
Consists of a ground glass joint 124'
In assembly A, the sample holder 109' is
glass joint 21, electrically actuated exhaust
Via the air valve solenoid 11 and the conduit 206,
It can be connected to an exhaust section or a vacuum section.
To attach the sample to the sample holder 109',
Separate assembly A, and remove sample 110' from sample 110'.
holder 109', and assembly A
Reconnect as shown. A vacuum pump 10 is used to degas the sample.
5, open the stopcock 19' and close the solenoid.
Close valve 1, open exhaust solenoid valve 2, and
First, open the exhaust solenoid valve 11 intermittently and test it.
The sample 110' is separated from the sample holder by suction.
Make sure not to. Next, throw in a cartridge type heater.
and under low pressure until outgassing takes place.
Heat the sample. Next, close the stopper 19',
On the other hand, the sample holder is kept under reduced pressure or vacuum.
However, while maintaining the sample 110' in an evacuated state,
and transferred to the adsorption/desorption section. So the solenoid
Close the handle valve 11 and close the sample holder 109'.
The assembly A connected to the ground glass
Separate from joint 21. Sample holder/attachment
The combination of assembly A is cooled and then as already mentioned.
Connect to the adsorption/desorption section. All gas conduits shown in Figure 2 are
up to the metal glass connectors 135 and 136.
0.05 to 0.2 inch inner diameter stainless steel
It consists of a core tube. all glass gas
The conduit has an inner diameter of about 2 to 6 mm and an outer diameter of about 7 mm.
It is a 12mm capillary channel. Also, valve 1 and valve 1
All solenoid valves except 1 are conventional electrical
Exhaust valve operated by Hardman-VA-250-
AE1-2-10-21), and valve 1 is an air-operated valve.
(ASCOTM), and the valve 11 is electrically actuated.
Driven Needle Valve (WhiteyTM). valve 4
and 2 is a reversing valve that works in only one direction.
be. Pressure is applied to the low pressure side of these valves 4 and 2.
These valves then act as check valves. all metals
Joints are welded wherever possible. For adsorption mode, the formula must be known
1, 2 and 3 VLThe pipe volume expressed as
Roads 202, 208, 209, 126, 125 and
and 122 and conduit 210 and coil 212
between point 130 on conduit 122 containing valve 302 and valve 302.
is the volume defined by In the desorption mode, valve 4 is closed and
Then, starting from valve 302, the existing equations 1, 2 and 3 are
Knowledge VLA circuit with pipe volume expressed as
Ile 213, pipe line 201, 207, 208, 20
9, 126, 125 and 122, conduit 12
2 to point 130 and the conduit 210 and
It is determined by the volume of the coil 212. Typical volumes are as follows. Valve 1
8 to the sample holder 109, and
The volume including the sample holder 109 is approximately 20ml, and the valve 19
The volume from the mass flow controller 301 to the mass flow controller 301 is approximately 19
ml, from the outlet of box 119 in conduit 209 to conduit
The volume up to point 130 on 122 is about 0.6 to 0.8
ml, conduits 201 and 207 including coil 213
has a volume of approximately 4 ml, and the conduit 210 and coil
The volume of 212 is approximately 7.5ml. Therefore, the
As is clear from Figure 2, the pipes 201, 202,
208, 210 and 207 placed in box 119
This is very important for pressure measurement.
Only a very small portion of the pipe volume remains at room temperature and beyond.
It is not subject to fluctuations related to this. Therefore, this
The effects of such fluctuations are reduced to a negligible degree.
Ru. Therefore, the chamber below bath level 129
Box 119 contains approximately the volume of the chamber pipe.
94 to about 99%, preferably about 96 to about 98%
Preferably maintained. Degassing is completed at the beginning of the adsorption process
Once done, close valve 2 and remove the evacuated sample.
Holder 109 and assembly A are
Connect to yoint 128 and close stopcock 19
Ru. Therefore, the sample holder 109 is suitable for use in a liquid bath.
It is a very important position. So valves 1, 4, 5 and
6 and activate the exhaust pump 105 to activate the system.
Exhaust. After about 5 minutes, the exhaust will be completed and stop.
19 is opened and valves 5 and 6 are closed. Then the valve
3 and one of valves 7 to 10 is opened;
Stabilize the mass flow controller. This stabilization
It takes about 5 minutes. Next, select an appropriate command voltage
Then, valve 1 is closed and valve 6 is opened at the same time. Adsorbent
are the open and closed states mentioned above at this point.
conduit 21 via an input path defined by a valve in
1 flows into the sample holder, and the pressure begins to rise.
Ru. Therefore, we performed pressure vs. time measurements and measured the surface of the sample.
Find the product. When executing the desorption mode, the sample holder 10
The outgassed samples, including 9, were aspirated as described above.
Place it at the same position as the starting point of arrival mode. valve 2
remains closed during the entire operating process. Then the valve
Open 1, 4, 5 and 6 to evacuate the system.
Ru. At this time, the stopper 19 is opened. That's it
For samples, close valves 1 and 6 and close valves 3 and 7.
to 10 to select the relevant adsorbent.
By doing so, the adsorbent becomes saturated. This saturation
During the process, valves 4 and 5 remain open.
Ru. The mass flow rate is initially at a high level.
It can be. That is, when the detachment mode is performed
This is because no pressure readings are taken during saturation.
Ru. This saturation generally means that all the pores of the sample are in the liquid phase.
Long from where it must be filled with desorbent
For example, about 1 hour to about 8 hours is required.
It will be done. However, as a matter of convenience,
To the extent that the adhesive condenses on the walls of the sample holder 109
Care should be taken not to oversaturate the sample. too
If such an event occurs, the desorption period may be unnecessarily shortened.
becomes longer. Once the sample is saturated, desorption mode
can be started. This desorption mode is
5 remains open and valves 3 and 4 are closed;
It begins by opening valves 1 and 6. this
A single mass flow controller is required to open and close such valves.
necessitated by the fact that it operates only in the direction of
It is essential. As a result, the exhaust
is the mass flow controller in the forward direction of motion.
The material to be desorbed must be suctioned through the tube. trial
If the material is properly saturated, the desorbent pressure
remains constant for several minutes. When calculating the calibration amount
considers the time t=0 when the pressure starts to drop.
Ru. At this point, the sample holder wall and sample
All the condensed and desorbed agent between the particles is removed.
Ru. However, pressure detection and
Recording begins. Implements combined mode of adsorption and desorption mode
To do this, first use adsorption mode to collect the sample.
During adsorption and desorption saturation and pressure vs. time readings
be collected. The examples described below serve as specific illustrations of the invention.
It is given as follows. Therefore, the present invention
is limited to the details of the examples described below.
I would like it to be understood that there is no such thing. In addition, as described in this specification,
Parts and hundreds in the examples and other descriptions below.
Fractions are in parts by weight or unless otherwise stated.
understood to be given as a weight percentage
stomach. In all of the following examples, FIGS.
The preferred embodiments mentioned in connection with the description of FIG.
The apparatus according to the example was used. Example 1 In this example, the suction mode is
Repeat the blank test cycle for calibration on the
Then, a graph representing the pressure vs. time relationship as shown in Fig. 5 is created.
Got rough. Table 1 below shows the related parameters used.
ta is posted. Table 1 Adsorbent: N2 Saturation pressure: 760mmHg Chamber volume (VL): 20.01c.c. Specimen holder volume (VS.H.): 21.60c.c. Liquid nitrogen bath temperature (TS.H.): 77.2〓 Pipe temperature (TL): 296.0〓 Partial pressure range: 0 to 0.263 Number of pressure/time data points sampled: 1.260 As mentioned above, this operating cycle is in adsorption mode.
I went. From formula 1, the flow rate is 0.5ml/min at S.T.P.
It was calculated that engaged to computer
Pressure versus time from Hwlett Packard 7225A printer
The relationship between them was plotted. As is clear from Figure 5
, a straight line is obtained, which has essentially constant quality
Represents flow rate. The degree of dispersion of data points is (1)
from the pressure value corresponding to the best straight line across the data points.
Find the absolute value of the deviation of the pressure value at each data point.
(2) average the absolute deviation values, and (3) use this average value as the
Relate this value to the stem pressure and express this value as a percentage.
It was calculated by expressing Dispersity is one way to express the consistency of flow rate.
Ru. In this example, all three plots were
The dispersion rate was 0.8%. Example 2 In this example, the calibration block is
I did a rank test cycle. Table 2 below shows the
The relevant parameters are presented. Table 2 Desorbent: N2 Saturation pressure: 760mmHg Chamber volume (VL): 36.68c.c. Specimen holder volume (VS.H.): 21.60c.c. Liquid nitrogen bath temperature (TS.H.): 77.2〓 Partial pressure range (P/Ps): 1.0 to 0 Pipe temperature (TL): 296〓 Number of pressure/time data points sampled: 30000 The mass flow rate was measured at 0.30 ml/min at 0.24% dispersion.
calculated. Generated by computers and printers.
A plot or
The graph is shown in FIG. From Figure 6
As you can see, this graph consists of three line segments A, B and
It is divided into C and C. Line segment A is the condensation inside the sample holder.
Constant pressure created by compressed desorbed material
represents power. At the end of line segment A, all the condensed
Adhesive is removed and the graph therefore slopes steeply.
This gradient section substantially passes through the line segment B.
remains constant. Therefore, line segment B is essentially
Represents the extraction of the desorbent at a constant flow rate. At the end of line segment B, at a pressure close to absolute vacuum, the gradient
changes again. The mass flow controller controls the flow rate.
This is the point where it becomes virtually impossible to maintain a constant value.
It is. However, this point is approximately 0.02
Partial pressure (P/Ps) does not occur until reaching This partial pressure
calculates the pore size distribution of the sample and virtually completes it.
the partial pressure required to obtain the desorption isotherm.
This is a really low value. Example 3 In this example, we will perform the actual adsorption degree difference.
Ta. The sample selected for surface area determination or measurement is
281 to 297 m depending on the measurement method used2/g
A silicone with a surface area reported to be between
Car-alumina ASTM Standard No.N10074
Ru. Calibration blank test performed in advance (Example 1)
The mass flow rate was determined using the results of and 2).
The sample was placed in the sample holder under vacuum at 400°C for 700 min.
Gas was released inside the da. Relevance of adsorption in this example
The parameters are summarized in the table below. Table 3 Adsorbent: N2 Sample type: Silica-Alumina Sample weight: 1.074 (g) Sample density: 3.2 (g/c.c.) Saturation pressure: 760.00 (mmHg) Chamber volume (VL): 20.01c.c. Specimen holder volume (VS.H.): 21.60c.c. Liquid nitrogen bath temperature (TS.H.): 77.2 (〓) Pipe temperature (TL): 315 (〓) Mass flow rate: 0.30 (ml/min) Partial pressure range: 0 to 0.263 Total number of pressure/time data points sampled: 25440 Pressure/time data sampled by computer
Approximately equally spaced data points on the graph
Regarding 10 sampled chamber pressure points, for convenience, a table is shown below.
The data were summarized in 4. actual plot or song
The lines are shown in FIG. Reported sampling
The reference pressures corresponding to the chamber pressures are also shown in Table 4.
S.T.P. of adsorbed adsorbent per gram of sample
The volume at and the relative adsorbed amount at which this amount was adsorbed.
Agent pressure (P/Ps) is calculated using Equation 2 and the total pressure/time data.
From the difference between CRP and SCP using the database
Obtained by calculation.

【表】 BET式の直線化されたものは、相対圧力(x
軸)およびy軸として各相対圧力における
Pr/V(1−Pr)に対して計算された値からプロツト される。プロツト(曲線)の傾斜およびy切片
は、それぞれ0.000および0.015と計算された。そ
のとき、表面積は、284.2m2/gと決定された。 実施例 4 この実施例は脱着モードを例示するものであ
り、3つの異なる実験を採用している。最初の実
験においては、有孔ガラスの試料、試料Aを脱着
モードに置いた。実験2においては、有孔ガラス
の異なる試料、すなわち試料Bを使用した。実験
3においては、ガラス試料AおよびBの50重量%
比の混合物を採用した。各試料は、375℃で700分
間真空下でガス抜きした。ついで、試料ホルダに
おいて第5表に報告される試料飽和圧力が達成さ
れるまで、各試料をN2被脱着剤で飽和させた。
ついで第5表に報告される質量流量で脱着を開始
した。コンピユータは、圧力の減少を単位分当り
約60のデータ点の頻度で時間の関数としてサンプ
ルし、第8図に示されるように圧力対時間をプロ
ツトした。第8図において、プロツト(曲線)1
は試料Aに対応し、プロツト2は試料Bに対応
し、曲線3は試料AおよびBの混合物に対応す
る。プロツト3は、本発明の方法および装置に依
ると、試料Aに帰因する圧力/時間曲線と試料B
に帰因する圧力/時間曲線間において高解像度が
得られることを例示している。詳述すると、プロ
ツト3の部分Aはプロツト1の部分aに対応し、
プロツト3の部分Bはプロツト2の部分bに対応
する。しかしながら、この解像度の程度は、プロ
ツト3のデータから第9図に提供される△
Vdsb/△Rpの有孔寸法分布プロツトから一層明
瞭に理解できる。第9図から分るように、第8図
のプロツト3における試料3の孔半径は主として
81オングストロームであり、第8図のプロツト3
における試料Bの孔半径は主として55オングスト
ロームである。これは、プロツト1および2から
得られる孔寸法分布と対応する、適当な試験条件
の概要は第5表にまとめた。 約140mmHgの圧力で、第5図および第7図に示
したグラフには不連続点が現われていることが判
る。これらの不連続点は、第4図ないし第8図の
グラフを発生するのに用いたA/D変換器の自動
領域設定の結果によるものであつて、計算の基礎
に用いた素データによつて生ぜしめられるもので
はない。
[Table] The linearized version of the BET equation is the relative pressure (x
axis) and at each relative pressure as the y-axis.
It is plotted from the value calculated for Pr/V(1-Pr). The slope and y-intercept of the plot (curve) were calculated to be 0.000 and 0.015, respectively. The surface area was then determined to be 284.2 m 2 /g. Example 4 This example illustrates the desorption mode and employs three different experiments. In the first experiment, a perforated glass sample, Sample A, was placed in desorption mode. In Experiment 2, a different sample of perforated glass was used, namely Sample B. In experiment 3, 50% by weight of glass samples A and B
A mixture of ratios was employed. Each sample was degassed under vacuum at 375°C for 700 minutes. Each sample was then saturated with N 2 desorbent until the sample saturation pressure reported in Table 5 was achieved in the sample holder.
Desorption was then started at the mass flow rates reported in Table 5. The computer sampled the decrease in pressure as a function of time at a frequency of about 60 data points per minute and plotted pressure versus time as shown in FIG. In Figure 8, plot (curve) 1
corresponds to sample A, plot 2 corresponds to sample B, and curve 3 corresponds to a mixture of samples A and B. Plot 3 shows the pressure/time curves attributed to sample A and sample B according to the method and apparatus of the present invention.
It is illustrated that high resolution can be obtained between the pressure/time curves resulting from . Specifically, part A of plot 3 corresponds to part a of plot 1,
Part B of plot 3 corresponds to part b of plot 2. However, this degree of resolution is limited by the △
This can be understood more clearly from the pore size distribution plot of Vdsb/△Rp. As can be seen from Fig. 9, the hole radius of sample 3 in plot 3 of Fig. 8 is mainly
81 angstroms, plot 3 in Figure 8.
The pore radius of sample B in is primarily 55 angstroms. This corresponds to the pore size distribution obtained from Plots 1 and 2, and a summary of suitable test conditions is summarized in Table 5. It can be seen that at a pressure of about 140 mmHg, a discontinuity point appears in the graphs shown in FIGS. 5 and 7. These discontinuities are a result of the automatic region setting of the A/D converter used to generate the graphs in Figures 4 to 8, and are a result of the raw data used as the basis for the calculations. It is not something that comes into being.

【表】 点の総数
以上、本発明の原理、好ましい具体例および動
作モードに関して説明した。しかしながら、本発
明は、ここに開示した特定の形態に限定されるも
のと解釈されてはならない。ここに開示したもの
は限定的な意図からではなく、単なる例示として
述べたものであり、したがつて単なる例示と解釈
されるべきである。当業者には本発明の精神から
逸脱することなく変形や変更が可能であろう。
[Table] Total number of points The principles, preferred embodiments, and modes of operation of the present invention have been described above. However, this invention is not to be construed as limited to the particular forms disclosed herein. What has been disclosed herein is set forth by way of example only, and not with a view to limitation, and should therefore be construed as illustrative only. Variations and modifications may occur to those skilled in the art without departing from the spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の装置の好ましい構成要素部
分を示すブロツクダイアグラム、第2図は第1図
に示した各部の構成要素を示す簡略ダイアグラ
ム、第3図は第2図の箱119内に設けられてい
る質量流量制御部の構成要素をより詳細に示すダ
イアグラム、第4図は第3図のブロツク403内
に示されている流量制御手段ならびに質量流量コ
ントローラ回路板401のより詳細なダイアグラ
ム、第5図は実施例1により発生される吸着対照
校正動作で得られた圧力対時間グラフを示す図、
第6図は実施例2で発生された脱着対照校正動作
で得られた圧力対時間のグラフを表す図、第7図
は実施例3で得られた吸着モードにおける圧力対
時間グラフを示す図、第8図は実施例4で得られ
た脱着モードの3つの圧力対時間グラフの組合せ
を示す図、第9図は実施例4に従つて発生された
孔径分布を表すグラフを示す図である。 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10:
排気ソレノイド弁(ASCOTM)、14:加熱ブ
ロツク、16:電源、19:止コツク、20,1
13:液体レベルコントローラ、101,10
2,103,104:気体シリンダ、108:ト
ランスジユーサ、109:試料ホルダ、11
0′:試料、111:液体浴容器、112:液体
浴、115:ヒータ、117:コンピユータ、1
18:ストツプ紙レコーダ、119:箱(ボツク
ス)、121:A/D変換器、122:毛細管頚
部、123,124:すりガラスジヨイント、1
25′,126′:毛細管路、127′:すりガラ
スジヨイント、128:ガラスジヨイント、12
9:浴レベル、135,136:金属ガラスコネ
クタ、125,126,200,201,20
2,203,204,205,206,208,
209,210,211:管路、212,21
3:コイル部、301:質量流量コントローラ、
302:熱応答弁、311:圧力コントローラ、
401:回路板、402,412:ハウジング、
403:流量コントローラブロツク、404:サ
ーミスタ、405:比例積分微分(PID)コント
ローラ、406:加熱ストリツプ、407:フア
ン、408:検出ブリツジ回路、409:線形化
回路、410:増幅器、411:検知コイル、5
01,502:ブリツジ抵抗器、505:スイツ
チ、506:変圧器、510:電圧計、517:
ブリツジ回路、520:セレクタ、600:比較
コントローラ回路。
FIG. 1 is a block diagram showing the preferred components of the apparatus of the present invention, FIG. 2 is a simplified diagram showing the components of each part shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a more detailed diagram of the mass flow controller circuit board 401 as well as the flow control means shown in block 403 of FIG. 3; FIG. FIG. 5 is a diagram showing a pressure versus time graph obtained in the adsorption control calibration operation generated by Example 1;
FIG. 6 is a graph showing pressure versus time obtained in the desorption control calibration operation generated in Example 2, FIG. 7 is a graph showing pressure versus time in adsorption mode obtained in Example 3, FIG. 8 is a diagram showing a combination of three pressure versus time graphs for desorption modes obtained in Example 4, and FIG. 9 is a diagram showing a graph representing the pore size distribution generated according to Example 4. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10:
Exhaust solenoid valve (ASCOTM), 14: Heating block, 16: Power supply, 19: Stop stock, 20, 1
13: Liquid level controller, 101, 10
2, 103, 104: gas cylinder, 108: transducer, 109: sample holder, 11
0': Sample, 111: Liquid bath container, 112: Liquid bath, 115: Heater, 117: Computer, 1
18: Stop paper recorder, 119: Box, 121: A/D converter, 122: Capillary neck, 123, 124: Ground glass joint, 1
25', 126': Capillary path, 127': Ground glass joint, 128: Glass joint, 12
9: Bath level, 135, 136: Metal glass connector, 125, 126, 200, 201, 20
2,203,204,205,206,208,
209, 210, 211: Pipeline, 212, 21
3: Coil part, 301: Mass flow controller,
302: thermal response valve, 311: pressure controller,
401: circuit board, 402, 412: housing,
403: flow controller block, 404: thermistor, 405: proportional-integral-derivative (PID) controller, 406: heating strip, 407: fan, 408: detection bridge circuit, 409: linearization circuit, 410: amplifier, 411: detection coil, 5
01,502: Bridge resistor, 505: Switch, 506: Transformer, 510: Voltmeter, 517:
bridge circuit, 520: selector, 600: comparison controller circuit;

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 固体吸着媒によつて吸着される気体被吸着剤
の量を決定する方法において、 (a) 既知の容積の排気された室を設けて該室内に
ガス放出した吸着媒の試料を置いて既知の温度
に維持し、 (b) 前記吸着媒により被吸着剤の少なくとも1部
分の吸着が得られるのに充分な時間、連続的か
つ既知の実質的に一定の質量流量で前記試料を
収容している室内に既知量の気体被吸着剤を導
入し、この場合、前記質量流量は前記吸着媒に
よる前記被吸着剤の平衡吸着量よりも大きくな
く、標準温度および圧力条件で約0.7ml/分よ
りも大きくなく、かつ試料圧力と無関係であ
る、 (c) 時間の関数として前記室内に導入される際に
標本化室圧力である前記被吸着剤の平衡圧力を
設定し、そして (d) 連続的吸着等温線を得るため、被吸着剤の標
本化室圧力、被吸着剤の質量流量および前記標
本化室圧力を達成するのに必要な時間を、前記
試料室圧力で前記吸着媒により吸着される被吸
着剤の量と相関づける段階を含む方法。 2 室の容積および温度を被吸着剤の導入中実質
的に一定に維持する特許請求の範囲第1項記載の
方法。 3 室内に約0.2より大きい被吸着剤分圧(P/
Ps)を達成するのに必要な時間、前記被吸着剤を
前記室内に連続的に導入する特許請求の範囲第1
項記載の方法。 4 約0.35より大きい被吸着剤分圧を達成するの
に1分な時間、該被吸着剤を室内に導入する特許
請求の範囲第3項記載の方法。 5 室内に約1.0の被吸着剤分圧を達成するのに
充分な時間、前記被吸着剤を前記室内に導入する
特許請求の範囲第3項記載の方法。 6 標準温度および圧力条件で、被吸着剤の質量
流量が約0.05ないし約0.7ml/分である特許請求
の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記載の方
法。 7 被吸着剤の質量流量が標準温度および圧力条
件で約0.2から約0.5ml/分であり、そして室内に
前記被吸着剤を導入する間、前記質量流量に起り
得る変動が前記質量流量の約±0.15%より小さい
特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに
記載の方法。 8 被吸着剤の質量流量が、標準温度および圧力
条件で約0.2ないし約0.4ml/分であり、そして室
内に前記被吸着剤を導入する間に前記質量流量に
起り得る変動が、前記質量流量の約±0.15%より
小さい特許請求の範囲第1項ないし第5項のいず
れかに記載の方法。 9 被吸着剤が窒素である特許請求の範囲第1項
記載の方法。 10 被吸着剤が化学収着性物質である特許請求
の範囲第1項記載の方法。 11 (a)既知の容積および温度の排気された室を
吸着媒試料の不在下で設け、前記試料の存在下で
特許請求の範囲第1項記載の実質的に一定の質量
流量で被吸着剤を導入し、該被吸着剤の導入に際
して時間の関数として前記室内に基準圧力である
被吸着剤平衡圧力を設定し、そして(b)既知の容積
および温度条件で単位時間当りの基準圧力におけ
る変化から質量流量を相関づけられるブランクテ
スト結果を参照し、被吸着剤の質量流量を求める
特許請求の範囲第1項記載の方法。 12 時間の関数のとして標本化される室圧力
は、被吸着剤の導入過程中約100ないし約10000個
の標本化された室圧データ点を記録するのに充分
な仕方で設定される特許請求の範囲第1項記載の
方法。 13 吸着媒によつて吸着される被吸着剤の量を
容積として表わし、該容積を標本化された室圧力
と相関づけて吸着媒の表面積を求める特許請求の
範囲第1項記載の方法。 14 固体吸着媒の表面積が約0.01ないし約1500
m2/gであり得る特許請求の範囲第1項記載の方
法。 15 凝縮された被脱着剤で飽和した固体脱着媒
から気体として脱着される被脱着剤の量を決定す
る方法において、 (a) 予めガス放出されて凝縮された被脱着剤を有
する脱着媒の試料を気相の被脱着剤からなる室
雰囲気と平衡関係で収容した既知の容積および
温度の室を設け、 (b) 前記試料の孔から凝縮された被脱着剤を脱着
するのに少なくとも充分な期間、脱着媒からの
被脱着剤の平衡脱着量より大きくなくかつ試料
圧力と無関係の、連続的かつ既知の実質的に一
定の質量流量で前記室から前記被脱着剤を取出
し、 (c) 前記室から被脱着剤が取出される際に時間の
関数として標本化室圧力である前記被脱着剤の
平衡圧力を設定し、そして (d) 連続的脱着等温線を得るため、被脱着剤の標
本化室圧力、被脱着剤の質量流量および前記標
本化室圧力を達成するのに必要とされる時間
を、前記標本化室圧力で脱着される脱着剤の量
と相関づける段階を含む方法。 16 室の容積および温度を被脱着剤の取出し中
実質的に一定に維持する特許請求の範囲第15項
記載の方法。 17 約0.2よりも小さい被脱着剤の分圧を室内
に達成するのに充分な期間に亘り前記室から前記
被脱着剤を連続的に取出す特許請求の範囲第15
項記載の方法。 18 約0.1よりも小さい被脱着剤の分圧を室内
に達成するのに充分な期間に亘り前記室から前記
被脱着剤を取出す特許請求の範囲第17項記載の
方法。 19 約0.04よりも小さい被脱着剤の分圧を室内
に達成するのに充分な期間に亘り前記室から前記
被脱着剤を取出す特許請求の範囲第17項記載の
方法。 20 被脱着剤の質量流量が標準温度および圧力
条件で約0.2ないし0.7ml/分である特許請求の範
囲第15項ないし第19項のいずれかに記載の方
法。 21 被脱着剤の質量流量が標準温度および圧力
条件で約0.2から約0.4ml/分であり、そして質量
流量に起り得る変動が、0.03よりも低くない被脱
着剤分圧で室から取出される間の前記脱着剤の質
量流量の±0.15%より大きくない特許請求の範囲
第15項ないし第19項のいずれかに記載の方
法。 22 被脱着剤質量流量が標準温度および圧力条
件で約0.2ないし0.3ml/分であり、そして質量流
量に起り得る変動が、0.02より低くない被脱着剤
分圧で室から取出される間の前記脱着剤の質量流
量の±0.15%より大きくない特許請求の範囲第1
5項ないし第19項のいずれかに記載の方法。 23 被脱着剤が窒素である特許請求の範囲第1
5項記載の方法。 24 被脱着剤質量流量を、(a)脱着媒試料の不在
下で既知容積および温度の排気された室を設け、
該室は凝縮された被脱着剤を有し、該被脱着剤は
前記試料の存在下で特許請求の範囲第15項に記
載の実質的に一定の質量流量で前記室からガスと
して取出され、時間の関数として前記室内に基準
圧力である被脱着剤平衡圧力を設定し、そして(b)
前記被脱着剤質量流量を既知の容積および温度条
件における単位時間当りの基準圧力における変化
から相関づけられるブランクテストの結果を参照
して求める特許請求の範囲第15項記載の方法。 25 時間の関数としての被脱着剤の標本化され
た室圧力を被脱着剤の取出し過程中約500ないし
約40000個の被脱着剤標本化室圧力データ点を記
録するのに充分な仕方で設定する特許請求の範囲
第15項記載の方法。 26 脱着媒によつて脱着される被脱着剤の量
を、容積として表わし該容積を標本化された室圧
力と相関づけて脱着媒の表面積を求める特許請求
の範囲第15項記載の方法。 27 脱着媒の表面積が約0.01ないし1500m2/g
であり得る特許請求の範囲第15項記載の方法。 28 固体吸着媒試料により吸着される気体の量
または固体脱着媒試料から脱着される気体の量を
決定するための装置において、 (1) 前記固体試料並びに室手段に導入される気体
または該室手段から取出される気体を収容する
ための既知の一定の容積の少なくとも1つの室
を画定する室手段と、 (2) 前記室手段中に気体を、または該室から気体
を連続的にかつ試料圧力と無関係の一定質量流
量で導入または取出すための手段と、 (3) 気体が前記室手段に導入または該室手段から
取出される際に該室手段内に時間の関数として
前記気体の圧力を設定するための手段と、 (4) 前記室に導入されつつある前記ガスまたは前
記室から取出されつつある前記ガスの質量流量
を制御して、(a)該質量流量が前記室内の気体の
少なくとも約0.02ないし約1.0の全分圧範囲に
亘り実質的に一定にすると共に、(b)前記気体の
導入中は吸着媒試料による気体の平衡吸着量よ
りも大きくせずそして前記気体の取出し中は脱
着媒試料から気体の平衡脱着量よりも小さくす
る制御手段と、 (5) 前記室手段からの前記気体の取出し中前記室
手段から気体を前記制御手段を介して排気する
ための手段と、 (6) 連続的吸着または脱着等温線を得るため、前
記室内の気体の既知の温度を実質的に一定に維
持するための手段とを含む装置。 29 制御手段が、室手段に導入されつつある気
体または該室手段から取出されつつある気体の質
量流量を制御するための電子的に作動される可変
の開口を有する質量流量コントローラである特許
請求の範囲第28項記載の装置。 30 制御手段が、室手段に導入されつつある気
体または該室手段から取出されつつある気体の質
量流量を、標準温度および圧力条件で、約0.05な
いし約0.7ml/分となるように制御することが可
能である特許請求の範囲第28項記載の装置。 31 制御手段が、標準温度および圧力条件で気
体の質量流量を約0.02ないし約0.05ml/分に制御
することができ、そして前記気体の導入または取
出し中前記質量流量における変動が該質量流量の
±0.15%より大きくない特許請求の範囲第28項
記載の装置。 32 制御手段が、標準温度および圧力条件で気
体の質量流量を約0.2ないし約0.4ml/分となるよ
うに制御することができ、そして質量流量におけ
る変動が該質量流量の約±0.15%より大きくない
特許請求の範囲第28項記載の装置。
[Claims] 1. A method for determining the amount of a gaseous adsorbent adsorbed by a solid adsorbent, comprising: (a) providing an evacuated chamber of known volume and discharging the adsorbent into the chamber; (b) at a continuous and known substantially constant mass flow rate for a sufficient period of time to effect adsorption of at least a portion of the adsorbed material by said adsorbent; A known amount of gaseous adsorbent is introduced into the chamber containing the sample, where the mass flow rate is not greater than the equilibrium adsorption amount of the adsorbent by the adsorbent and at standard temperature and pressure conditions. (c) establishing an equilibrium pressure of the adsorbent that is the sampling chamber pressure when introduced into the chamber as a function of time; and (d) to obtain a continuous adsorption isotherm, the sampling chamber pressure of the adsorbent, the mass flow rate of the adsorbent, and the time required to achieve said sampling chamber pressure are determined as described above at said sample chamber pressure. A method comprising correlating the amount of adsorbent adsorbed by the adsorbent. 2. The method of claim 1, wherein the volume and temperature of the chamber are maintained substantially constant during the introduction of the adsorbent. 3 Adsorbent partial pressure (P/
P s ) The adsorbent is continuously introduced into the chamber for the time necessary to achieve P s
The method described in section. 4. The method of claim 3, wherein the adsorbent is introduced into the chamber for a period of one minute to achieve an adsorbent partial pressure of greater than about 0.35. 5. The method of claim 3, wherein the adsorbent is introduced into the chamber for a sufficient time to achieve an adsorbent partial pressure of about 1.0 in the chamber. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the mass flow rate of the adsorbent is from about 0.05 to about 0.7 ml/min at standard temperature and pressure conditions. 7. The mass flow rate of the adsorbent is from about 0.2 to about 0.5 ml/min at standard temperature and pressure conditions, and during the introduction of the adsorbent into the chamber, the possible fluctuations in the mass flow rate are approximately The method according to any one of claims 1 to 5, which is less than ±0.15%. 8. The mass flow rate of the adsorbent is from about 0.2 to about 0.4 ml/min at standard temperature and pressure conditions, and any fluctuations that may occur in the mass flow rate during introduction of the adsorbent into the chamber are such that the mass flow rate 6. A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the method is less than about ±0.15%. 9. The method according to claim 1, wherein the adsorbent is nitrogen. 10. The method according to claim 1, wherein the adsorbent is a chemisorbent substance. 11 (a) providing an evacuated chamber of known volume and temperature in the absence of a sample of adsorbent; (b) establishing a reference pressure, the adsorbent equilibrium pressure, in the chamber as a function of time upon introduction of the adsorbent; and (b) determining the change in reference pressure per unit time under known volume and temperature conditions. 2. The method according to claim 1, wherein the mass flow rate of the adsorbent is determined by referring to a blank test result to which the mass flow rate can be correlated. 12 The chamber pressure sampled as a function of time is set in a manner sufficient to record from about 100 to about 10,000 sampled chamber pressure data points during the course of adsorbent introduction. The method described in item 1. 13. The method according to claim 1, wherein the amount of the adsorbent adsorbed by the adsorbent is expressed as a volume, and the volume is correlated with the sampled chamber pressure to determine the surface area of the adsorbent. 14 The surface area of the solid adsorbent is about 0.01 to about 1500
2. A method according to claim 1, wherein m 2 /g. 15. In a method for determining the amount of desorbent desorbed as a gas from a solid desorbent saturated with condensed desorbent, (a) a sample of the desorbent having previously degassed and condensed desorbent; (b) for a period at least sufficient to desorb the condensed desorbent from the pores of the sample; , removing said desorbed agent from said chamber at a continuous, known, substantially constant mass flow rate not greater than the equilibrium desorption amount of desorbed agent from the desorption medium and independent of sample pressure; (c) said chamber; (d) setting the equilibrium pressure of the desorbent to be the sampling chamber pressure as a function of time as the desorbent is removed from the sample chamber, and (d) sampling the desorbent to obtain a continuous desorption isotherm. A method comprising correlating a chamber pressure, a mass flow rate of desorbed agent, and the time required to achieve the sampling chamber pressure with the amount of desorbent desorbed at the sampling chamber pressure. 16. The method of claim 15, wherein the volume and temperature of the chamber are maintained substantially constant during removal of the desorbent. 17. Continuously removing the desorbent from the chamber for a period sufficient to achieve a partial pressure of the desorbent in the chamber of less than about 0.2.
The method described in section. 18. The method of claim 17, wherein the desorbent is removed from the chamber for a period sufficient to achieve a partial pressure of the desorbent in the chamber of less than about 0.1. 19. The method of claim 17, wherein the desorbent is removed from the chamber for a period sufficient to achieve a partial pressure of desorbent in the chamber that is less than about 0.04. 20. The method of any of claims 15 to 19, wherein the mass flow rate of the desorbent is about 0.2 to 0.7 ml/min at standard temperature and pressure conditions. 21 The mass flow rate of the desorbed agent is from about 0.2 to about 0.4 ml/min at standard temperature and pressure conditions, and possible variations in mass flow rate are removed from the chamber with a partial pressure of the desorbed agent not less than 0.03. 20. A method according to any of claims 15 to 19, wherein the mass flow rate of the desorbent is not greater than ±0.15% between . 22 The desorbent mass flow rate is approximately 0.2 to 0.3 ml/min at standard temperature and pressure conditions, and possible fluctuations in mass flow rate are such that the desorbent mass flow rate is approximately 0.2 to 0.3 ml/min while the desorbent mass flow rate is removed from the chamber at a desorbent partial pressure not lower than 0.02. Claim 1: not greater than ±0.15% of the mass flow rate of the desorbent
The method according to any one of Items 5 to 19. 23 Claim 1 in which the agent to be desorbed is nitrogen
The method described in Section 5. 24 The desorbent mass flow rate is determined by (a) providing an evacuated chamber of known volume and temperature in the absence of a desorbent sample;
the chamber has a condensed desorbent, the desorbent being removed as a gas from the chamber at a substantially constant mass flow rate according to claim 15 in the presence of the sample; (b) setting a reference pressure, a desorbent equilibrium pressure, in the chamber as a function of time;
16. The method of claim 15, wherein the desorbent mass flow rate is determined with reference to blank test results correlated from changes in reference pressure per unit time under known volume and temperature conditions. 25. The desorbent sampled chamber pressure as a function of time is established in a manner sufficient to record from about 500 to about 40,000 desorbed agent sampled chamber pressure data points during the desorbent removal process. 16. The method according to claim 15. 26. The method according to claim 15, wherein the amount of the desorbent to be desorbed by the desorbent is expressed as a volume, and the volume is correlated with the sampled chamber pressure to determine the surface area of the desorbent. 27 The surface area of the desorption medium is approximately 0.01 to 1500 m 2 /g
16. The method according to claim 15, which may be 28 In an apparatus for determining the amount of gas adsorbed by a solid adsorbent sample or the amount of gas desorbed from a solid desorbent sample, (1) the solid sample and the gas introduced into the chamber means or the chamber means; chamber means defining at least one chamber of known constant volume for containing gas to be removed from the sample pressure; (3) establishing the pressure of said gas as a function of time within said chamber means as said gas is introduced into or withdrawn from said chamber means; (4) controlling a mass flow rate of said gas being introduced into said chamber or said gas being removed from said chamber such that: (a) said mass flow rate is at least about the same as said gas in said chamber; substantially constant over the entire partial pressure range from 0.02 to about 1.0; and (b) not greater than the equilibrium adsorption of gas by the adsorbent sample during the introduction of said gas and desorption during withdrawal of said gas. (5) means for evacuating the gas from the chamber means through the control means during removal of the gas from the chamber means; ) means for maintaining a known temperature of a gas within said chamber substantially constant to obtain a continuous adsorption or desorption isotherm. 29. The claim wherein the control means is a mass flow controller having an electronically actuated variable opening for controlling the mass flow rate of gas being introduced into or being removed from the chamber means. The apparatus according to scope 28. 30. The control means controls the mass flow rate of the gas being introduced into or removed from the chamber means to be from about 0.05 to about 0.7 ml/min at standard temperature and pressure conditions. 29. The device according to claim 28, wherein the device is capable of: 31 The control means is capable of controlling the mass flow rate of the gas from about 0.02 to about 0.05 ml/min at standard temperature and pressure conditions, and the variation in the mass flow rate during the introduction or withdrawal of the gas is within the range of ± of the mass flow rate. 29. The device of claim 28, wherein the amount is not greater than 0.15%. 32. The control means is capable of controlling the mass flow rate of the gas to be from about 0.2 to about 0.4 ml/min at standard temperature and pressure conditions, and the variation in the mass flow rate is greater than about ±0.15% of the mass flow rate. 29. The apparatus of claim 28, wherein:
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