JPH0534260A - 表面積測定用試料セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料の投入・排出およびセルの洗浄が容易
で、しかも、測定時には熱移動を妨げることなくＳ／Ｎ
の良好な測定値を得ることのできる、流動法に基づく表
面積測定用試料セルを提供する。 【構成】 比較的大きな内径の第１のガラスパイプと、
より小さい内径の第２のガラスパイプを互いの底面部近
傍で連通させて略コ字形容器を形成し、第１のガラスパ
イプ内には、その内径より若干小さい外径を持ち、下端
部に試料皿を持つガラス棒を挿抜自在に挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明はガス吸着法に基づく流
動法（ガスクロ法）を用いた粉粒体用表面積測定装置に
おいて、被測定試料を収容して測定配管系内に挿入する
ための試料セルに関する。

【０００２】

【従来の技術】 ガス吸着法に基づく流動法を用いた粉
粒体用の表面積測定装置においては、試料を収容したセ
ルを測定配管系内に挿入して、吸着ガスと非吸着ガスと
の混合ガスを流す。吸着ガスは試料セル内の試料により
物理吸着されるので、セルの上・下流では混合ガスの混
合比が変化する。この混合比の変化を、セルの上・下流
でガスの熱伝導度を測定することによって求め、試料に
よるガス吸着量を算出する。このガス吸着量は試料の表
面積に相関するから、その量から試料の表面積が得られ
る。

【０００３】図６は以上の原理に基づく表面積測定装置
の構成の基本的な部分を抽出して例示するブロック図
で、その概略を以下に説明する。装置は、コールドトラ
ップ部６１と測定部６２および脱ガス部６３とが測定用
配管６４によって接続された構成となっており、コール
ドトラップ部６１および測定部６２には液体窒素等の冷
媒を収容したデュワー瓶Ｄが、脱ガス部６３にはヒータ
ーＨが配設されている。混合ガスは測定用配管６４のガ
ス入口６４ａから系内に導入され、ガス出口６４ｂから
外部に排出される。

【０００４】コールドトラップ部６１では、導入された
混合ガス内の不純物、特に水蒸気等が凝結して除去され
る。試料セルＣは測定部６２と脱ガス部６３に装着され
るが、測定部６２には脱ガス部６３で脱ガス処理を終え
た試料セルが装着される。この測定部６２の試料セルＣ
の上流側および下流側に熱伝導度検出器（ＴＣＤ）６５
が配設され、測定部６２を通過する前後の混合ガスの熱
伝導度が検出される。

【０００５】脱ガス部６３は前記したように測定に供す
べき試料の脱ガス処理を行うステージであるが、この脱
ガス処理を行うことにより、試料表面を清浄化して正し
い吸着量が得られる。この装置では、測定部６２を通過
した不要な混合ガスを試料セルＣ内に流しながらヒータ
ーＨで加熱する方式を採用している。さて、測定部６２
の試料セルＣをデュワー瓶Ｄ内の冷媒で冷却することに
より、混合ガス内の吸着ガスが試料表面に物理吸着す
る。吸着平衡に達した後に冷媒を取り除くと、試料は自
然に常温にまで温まり、今度は吸着していたガスが脱着
することになる。

【０００６】測定部６２の上流側では常に一定の混合比
（通常は３：７）で吸着ガス（通常は窒素ガス）と非吸
着ガス（同じくヘリウムガス）との混合ガスが流れるの
に対し、下流側では吸・脱着時に混合比が変化すること
になる。この変化分が熱伝導度検出器６５によって検出
される。この検出出力は増幅器６６で増幅された後、積
分器６７で積分される。

【０００７】測定に先立って、キャリブレーション用セ
プタム６８から一定量の吸着ガスを測定用配管６４内に
注入して検量ピークを得て、その検量ピークに対応する
表面積値をあらかじめ設定しておくことにより、実際の
測定時の吸着ピークおよび脱着ピークの積分値を試料の
表面積に換算して表示器６９に表示することができる。

【０００８】以上のような装置において使用される試料
セルＣとしては、従来、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すよう
な形状のものがある。（Ａ）に示すものは最もよく使用
されるコ字形のセルで、横形の試料収容部７１の両端部
にそれぞれ直角に接続用管７２を装着している。（Ｂ）
に示すものは同様に横形の試料収容部７３の両端部に接
続用管７４を装着しているが、試料収容部７３は（Ａ）
に示すものより大容積化している。また、（Ｃ）はほぼ
一定の内・外径を持つ管７５をＵ字形に曲げた形状を持
ち、特に高表面積の試料の測定に使用される。更に、
（Ｄ）に示すものは大片試料用セルであって、分離可能
な試料収容部７６ａ，７６ｂと、これらに連通する接続
用管７７ａ，７７ｂによって構成されている。試料収容
部７６ａと７６ｂとは、互いの擦り合わせ面を密着させ
ることによって、この部分での外部との気密性を得てい
る。なお、以上の各セルは通常、ガラスによって形成さ
れる。

【０００９】そしてこのような試料セルは、その接続用
管（７２等）において、図８に示すようなセルホルダ８
１を介して図６に例示した測定用配管６４に接続される
が、このセルホルダ８１では、接続用管（７２等）の外
周を“Ｏ”リングで押さえることにより外部との気密を
保つようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】 ところで、流動法に
基づく表面積測定装置においては、測定用配管の内周断
面（通常は円形）は直径６ｍｍ以下にする必要がある。
これより大きい内径のものを使用すると熱移動が充分で
なくなり、正確な測定結果が得られない。逆に言えば、
測定用配管の内径寸法は小さければ小さいほど良いとい
うことになる。現在市販されている装置では３〜５ｍｍ
のものが採用されている。このことは試料セルの接続用
管等についても同じであり、同程度の内径寸法のものが
採用されている。

【００１１】図７に示した従来の試料セルのうち、
（Ａ）〜（Ｃ）では、試料収容部内に試料を投入する場
合、図９に断面図で示すようなロート９１を用いて接続
用管（７２等）を介して行うが、この接続用管は上記の
ように内径が小さいため、粉体試料が管の内面や先端部
等につまりやすいという問題がある。また、試料セルの
うち接続用管の一部は冷媒に浸されないが、この部分に
試料粉体が付着していると正確な測定が行われないた
め、これを除去する必要があるが、その内径が小さいた
めにその除去作業は容易でない。更に、測定後の試料の
排出・回収、およびセルの洗浄も容易ではない。

【００１２】図７（Ｄ）示した分離形のものでは、試料
の収容・排出等は容易であるが、流路断面が大きくな
り、冷媒で冷却するとき等に大きな温度勾配が生じ、測
定時のＳ／Ｎが悪くなるという欠点がある。また、擦り
合わせ面のシール性を向上させるため、グリース等の塗
布が必要となる不便さもある。本発明はこのような点に
鑑みてなされたもので、正確な測定が可能で、しかも試
料の投入や回収が容易で、セルの洗浄も容易または不要
とすることのできる表面積測定用試料セルの提供を目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ための構成を、実施例に対応する図１を参照しつつ説明
すると、本発明の試料セルは、底部が閉じられ上端が開
口した第１のガラスパイプ１と、この第１のガラスパイ
プ１よりも細い内径を有し、かつ、上端が開口するとと
もに底部が第１のガラスパイプ１の底部近傍に連通した
第２のガラスパイプ２とからなる略コ字形管３と；第１
のガラスパイプ１の内径より僅かに小さい外径を有し、
この第１のガラスパイプ１内に挿抜自在に挿入され、か
つ、一端に試料皿４が装着されたガラス棒５とを組み合
わせた構成としている。

【００１４】

【作用】 ガラス棒５に装着された試料皿４内に試料を
収容した状態で、図３に示すようにガラス棒５および試
料皿４を略コ字形管３の第１のガラスパイプ１内に挿入
して、第１および第２のガラスパイプ１および２の先端
部を測定用配管に接続することにより測定系に接続す
る。試料はガラス棒５および試料皿４を第１のガラスパ
イプ１から取り出した状態で収容・排出が可能である。

【００１５】また、第１のガラスパイプ１の内径を従来
の試料セルの接続用管よりも大きくしても、測定時には
その内径よりも僅かに小さい外径のガラス棒５が挿入さ
れるので、測定流路が減少して熱移動を妨げることがな
く、Ｓ／Ｎの良好な測定が可能となる。

【００１６】

【実施例】 図１は本発明実施例の構成を示す外観図
で、試料皿４およびガラス棒５を第１のガラスパイプ１
外に取り出した状態で示している。円筒形状でその上端
部が開口し、底面が閉じられた第１のガラスパイプ１
は、その外径寸法が１２ｍｍで内径寸法は１０ｍｍであ
る。この第１のガラスパイプ１の底面の近傍には、同じ
く円筒形状で上端部が開口した第２のガラスパイプ２の
下端部が接続され、この接続部において両パイプ内が連
通し、これらで全体として略コ字形の容器３を形成して
いる。第２のガラスパイプ２の外径寸法は６ｍｍで、内
径寸法は４ｍｍである。なお、６は補強部材である。

【００１７】ガラス棒５は、断面が一様な円形で第１の
ガラスパイプ１の内径寸法よりも僅かに小さい９．５ｍ
ｍの外径寸法を持ち、その下端部には試料皿４を着脱自
在に装着するためのフック５ａが設けられているととも
に、上端部には把手５ｂが配設されている。試料皿４
は、全体として有底円筒形のカップ状のもので、図２に
その拡大正面図を示すように、その外周面にはガラス棒
５のフック５ａに吊り下げるための一対の突起４ａが形
成されている。この試料皿４をガラス棒５に装着した状
態での全体の長さは、第１のガラスパイプ１の内部の長
さよりも僅かに短い。

【００１８】以上の各部材は全てパイレックス製であ
る。図３は本発明実施例の使用状態を示す断面図であ
る。被測定試料Ｗは試料皿４内に収容され、この試料皿
４をガラス棒５の下端のフック５ａに吊り下げた状態
で、略コ字形容器３の第１のガラスパイプ１内に挿入さ
れる。

【００１９】そして、表面積測定装置の測定用配管に
は、この図３に示す状態で、第１のガラスパイプ１と第
２のガラスパイプ２の先端部において、図４に例示する
ようなセルホルダ７を介して装着される。このセルホル
ダ７は、その構造は図８に示した従来のものと同様であ
るが、第１のガラスパイプ１を装着する側のアタッチメ
ントの径寸法についてのみ、従来のものよりも大きくし
たものである。

【００２０】以上の本発明実施例においては、試料のセ
ル内への投入は、第１のガラスパイプ１内から試料皿４
を取り出した状態でこの試料皿４内に試料を入れ、ガラ
ス棒５のフック５ａに吊り下げた後、第１のガラスパイ
プ１内に挿入すればよい。また、測定後の試料の排出
は、把手５ｂを持ってガラス棒５を第１のガラスパイプ
１内から取り出し、試料皿４内の試料を排出すればよ
い。

【００２１】ここで、試料の投入・回収時に、試料皿４
内から第１のガラスパイプ１内に試料が零れ落ちない限
り、略コ字形容器３の内部には試料が全く触れないた
め、この略コ字形容器３については測定前後において特
に洗浄をする必要がない。勿論、測定前に試料セル全体
が傾く等によって試料が内部に零れたとしても、測定に
は影響を及ぼさない。ただしこの場合、洗浄の必要が生
じるが、第１のガラスパイプ１の内径が大きいため容易
である。

【００２２】測定に当たっては、測定用配管に要求され
る内径寸法よりも大きい内径を持つ第１のガラスパイプ
１を使用しているものの、この内径寸法よりも僅かに小
さい外径寸法を持つガラス棒５がその内部に挿入された
状態で測定が行われるため、実質的に測定流路が大きく
はならず、熱移動を妨げることがない。なお、試料皿４
とガラス棒５とは、必ずしも以上の実施例のように分離
可能とする必要はなく、例えば図５に示すようにこれら
を一体化してもよい。

【００２３】また、先の実施例においては、例えばサン
プル量を多くしたい場合等において試料皿４を用いず、
試料を直接第１のガラスパイプ１内に投入する使用方法
をも採用することができる。

【００２４】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、比較的内径の大きい第１のガラスパイプと、これよ
りも内径の小さい第２のガラスパイプを互いに底面部近
傍で連通させて略コ字形の容器を形成し、第１のガラス
パイプ内には、その内径よりも僅かに小さい外径寸法を
持ち、その下端部に試料皿を備えたガラス棒を挿抜自在
に挿入しているので、試料の投入および排出はガラス棒
および試料皿を第１のガラスパイプ内から抜き取った状
態で行うことができ、従来のセルに比してその操作が極
めて容易となるとともに、取扱いさえ注意すれば、略コ
字形容器内に試料が付着することがなくなるので、この
部分の洗浄は不要となる。また、例え第１のガラスパイ
プ内に試料が付着しても、その内径寸法は従来のものよ
りも大きいので洗浄作業も容易である。

【００２５】ここで、第１のガラスパイプの内径寸法を
大きくしても、測定時にはその内部にガラス棒が挿入さ
れるので、この部分のガス流路は従来と同等またはそれ
以下となり、熱移動を妨げることなくＳ／Ｎの良好な測
定が可能である。また、必要に応じて試料皿を使用せず
直接第１のガラスパイプ内に試料を投入してその上から
ガラス棒を挿入して測定することも可能で、この場合、
大量のサンプリングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 試料皿４およびガラス棒５を第１のガラスパ
イプ１外に取り出した状態で示す本発明実施例の外観図

【図２】 その試料皿４の拡大正面図

【図３】 本発明実施例の使用状態を示す断面図

【図４】 本発明実施例を用いる場合のセルホルダの構
成例を示す外観図

【図５】 本発明の他の実施例の外観図

【図６】 ガス吸着法に基づく流動法を用いた粉粒体用
の表面積測定装置の概略構成の例を示すブロック図

【図７】 従来の試料セルの構成例を示す外観図

【図８】 従来の試料セルの測定用配管への接続のため
のセルホルダの構成例を示す外観図

【図９】 従来の試料セルへの試料投入方法例の説明図

【符号の説明】

１・・・・第１のガラスパイプ ２・・・・第２のガラスパイプ ３・・・・略コ字形容器 ４・・・・試料皿 ５・・・・ガラス棒

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 試料を収容したセル内に吸着ガスと非吸
   着ガスとの混合ガスを流し、その上・下流でガスの熱伝
   導度を測定することによりセル内の試料によるガス吸着
   量を求め、その結果に基づいて試料の表面積を測定する
   装置に使用されるセルであって；底部が閉じられ上端が
   開口した第１のガラスパイプと、この第１のガラスパイ
   プよりも細い内径を有し、かつ、上端が開口するととも
   に底部が上記第１のガラスパイプの底部近傍に連通した
   第２のガラスパイプとからなる略コ字形管と；上記第１
   のガラスパイプの内径より僅かに小さい外径を有し、こ
   の第１のガラスパイプ内に挿抜自在に挿入され、かつ、
   一端に試料皿が装着されたガラス棒と；を備えたことを
   特徴とする表面積測定用試料セル。