JPH0979968A - 吸着量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容積管の容積を可変とし特に測定したい圧力
範囲の分解能のみ高く設定するこができ、必要な測定精
度を維持したまま全体の測定時間を短縮することができ
る測定効率の良い吸着量測定装置を供する。 【解決手段】 非吸着ガスまたは吸着ガスのガス源，真
空ポンプおよび試料セル５に対して各々開閉弁によって
仕切られた容積管20が構成され、容積管20には内部圧力
を検出する圧力センサー22が備えられ、前記各開閉弁を
所定の手順で開閉し、圧力センサー22の検出圧力に基づ
き試料のガス吸着量を算出する制御演算手段が設けられ
た吸着量測定装置において、前記容積管20に同容積管20
の容積を変えることができる可変容積手段21が設けら
れ、前記制御演算手段により適宜容積管の容積を変えて
測定を行う吸着量測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体物質の細孔分
布，細孔容積，比表面積等の形態学的特性を解析するた
め固体物質に吸着されるガスの量を測定する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】同じ物質でも粉体と固体とでは、物理的
・化学的性質が異なるが、この相違は、固体が液体や気
体と境界を成すところの界面エネルギーによるものであ
り、この界面エネルギー（固体においては表面エネルギ
ー）は表面積に依存する。固体単位重量当たりの表面積
の総和を比表面積と呼び、この比表面積の絶対値を測定
することが、粉体の物理的・化学的性質を知る上で重要
である。

【０００３】また工業用吸着剤や固体触媒には、多孔性
を有する粉体（活性炭，アルミナ，シリカゲル等）が用
いられることが多い。かかる粉体の気体の吸着速度や触
媒の反応速度は、細孔半径に重要な関係を持っており、
したがって多孔性の吸着剤や触媒では細孔分布の測定は
重要である。

【０００４】以上のように粉体や多孔性物質の性質を解
明する上で、比表面積や細孔分布の測定は重要であり、
かかる測定には種々の方法があるが、その中でも気体吸
着による方法が精度が高く比較的簡単であるところから
最も良く利用されている。

【０００５】吸着とは、液相や気相から溶質や気体分子
が固体表面に取り去られる現象をいう。単位重量の固体
に取り去られる物質量を吸着量といい、この吸着量は吸
着平衡時に分圧（または濃度）と温度の関数であり、温
度一定のとき吸着量は分圧のみの関数となり、この関係
を吸着等温線として表すことができる。吸着等温線は、
一般に飽和蒸気圧Ｐ₀ に対するガス圧Ｐの相対圧Ｐ／Ｐ
₀ を横軸にし、吸着量Ｘを縦軸にした座標に曲線で表さ
れる。

【０００６】したがって試料について吸着等温線を導き
出せば、これを解析して試料の粉体あるいは多孔性物質
としての性質を明らかにできる。そこで吸着等温線を導
き出すための吸着量測定方法が従来から種々提案されて
おり、微小流量で連続的にガスを注入し圧力変化により
吸着量を求める定流量法（特公平４−５３４１号公
報）、吸着気体を一定容積に保ち圧力変化により吸着量
を求める定容積法（特公平６−２３６７６号公報）その
他同定容積法の変形等がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者の定流量法
は、必ずしも吸着平衡時に圧力測定をしているわけでは
ないので、高い測定精度は期待できない処がある。また
後者の従来の定容積法では、一定の容積の下でガス圧を
徐々に上げて各吸着平衡時の圧力変化を測定するので、
容積を小さくすると、各測定サイクル毎のガス圧の上昇
は小さくなって分解能は高くなるが、測定回数が増し全
体の測定時間は長時間となってしまう。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的とする処は、容積を可変とし特に測定したい圧
力範囲の分解能のみ高く設定するこができ、必要な測定
精度を維持したまま全体の測定時間を短縮することがで
きる測定効率の良い吸着量測定装置を供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、非吸着ガスまたは吸着ガスのガス源，真
空ポンプおよび試料セルに対して各々開閉弁によって仕
切られた容積管が構成され、前記容積管には内部圧力を
検出する圧力センサーが備えられ、前記各開閉弁を所定
の手順で開閉し、前記圧力センサーの検出圧力に基づき
試料のガス吸着量を算出する制御演算手段が設けられた
吸着量測定装置において、前記容積管に同容積管の容積
を変えることができる可変容積手段が設けられ、前記制
御演算手段により適宜容積管の容積を変えて測定を行う
吸着量測定装置とした。

【００１０】特に高い分解能が要求される測定範囲のみ
可変容積手段により容積管の容積を小さくすることがで
き、当該測定範囲で高い分解能の下で測定精度を高く維
持し、その他の測定範囲で可変容積手段により容積管の
容積を大きくし、全体の測定時間を短縮することができ
る。

【００１１】高い分解能が要求される測定範囲について
小さい容積の容積管とする測定サイクル毎の容積管の容
積を予め前記制御演算手段に入力しておき、同制御演算
手段は前記可変容積手段を制御して測定サイクル毎に前
記入力された容積に容積管を設定する請求項１記載の吸
着量測定装置とすることで、必要な測定精度を維持し
て、かつ測定時間を短縮できる効率の良い測定を自動的
に行うことができる。

【００１２】互いに容積の異なる複数の可変容積管を各
々開閉弁を介して前記容積管に連結して前記可変容積手
段とした請求項１または請求項２記載の吸着量測定装置
とすることで、前記各開閉弁の開閉の組み合わせで容積
管の容積を段階的に変化させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図１ないし図６に図示した本
発明の実施の一形態について説明する。図１は、本実施
の形態に係る吸着量測定装置１の全体正面図であり、図
２はその側面図である。キャスター３に支持された縦長
矩形のケーシング２は、その正面の上部に表示操作盤４
が設けられ、その下方空間には４本の試料セル５が左右
に並んで吊設されている。

【００１４】４本の試料セル５の側方にはヒータ６がヒ
ータ用シリンダ６ａにより移動自在に設けられ、ヒータ
６は矩形の容器をなし上側と一側方を開口して移動によ
り４本の試料セル５を内部に収容できる。他方４本の試
料セル５の下方には、デュワー瓶７がジャッキ７ａによ
り昇降可能に支持されており、上昇したときは４本の試
料セル５を瓶内に収容することができる。

【００１５】４本の試料セル５が貫通した蓋部材18が蓋
上下シリンダ18ａにより昇降自在に支持されており、試
料セル５を収容したヒータ６の上方開口を塞いで放熱を
防止したり、試料セル５を収容したデュワー瓶７の上方
開口を塞いで液体窒素の気化を抑制したりできるように
している。

【００１６】試料セル５の奥側には、ロータリオイルポ
ンプ８が配設され、その斜め上方位置にターボ分子ポン
プ９が配置されている。ケーシング２の底部には液体窒
素タンク25が配設されている。前記表示操作盤４の奥に
は恒温室10が設けられ、同恒温室10内に前記４本の試料
セル５に連結する配管およびダイヤフラム弁等が収容さ
れている。その他制御盤19に制御系のコンピュータ等が
設けられている。

【００１７】前記恒温室10内に設けられる４本の試料セ
ル５に連結する配管の配管図を図３に示す。気相非吸着
ガスであるヘリウムガスを導入するダイヤフラム弁Ｄ１
と気相吸着ガスである窒素ガスを導入するダイヤフラム
弁Ｄ２の各下流側導入管11が１つに集合して精密レギュ
レータＲＶに接続されている。なおダイヤフラム弁Ｄ
１，Ｄ２は、以下のダイヤフラム弁と異なり、それ程精
度を要求されないので通常の電磁弁でもよい。精密レギ
ュレータＲＶの下流側導入管12は２つに分岐して、一方
はダイヤフラム弁Ｄ３に他方はダイヤフラム弁Ｄ８に接
続されている。

【００１８】ダイヤフラム弁Ｄ３の下流側は容積管20に
連結しており、容積管20には、ロータリオイルポンプ８
側と連結する排気管13に接続するダイヤフラム弁Ｄ４、
前記４本の試料セル５のうち３本の試料セル５₁ ，
５₂ ，５₃ がそれぞれ接続されるセル接続部14₁ ，1
4₂ ，14₃ に連結するダイヤフラム弁Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７
およびそれぞれ容積の異なる４本の可変容積管21_{1 ,} 21
_{2 ,} 21_{3 ,} 21₄ に接続するダイヤフラム弁Ｄ11，Ｄ12，
Ｄ13，Ｄ14が設けられるとともに、圧力センサー22（低
圧側と高圧側の２種類の圧力センサーからなる）が取付
けられている。

【００１９】この圧力センサー22により容積管20および
設定された可変容積管21の圧力Ｐを検出することができ
る。一番容積の小さい可変容積管21₁ に対して可変容積
管21_{2 ,} 21_{3 ,} 21₄ は、それぞれ２倍，４倍，８倍の容
積を有する。したがってダイヤフラム弁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ
13，Ｄ14の開閉の組み合わせにより、容積管20と可変容
積管21の合計容積管の容積は、16通りに変化させること
ができる。

【００２０】前記排気管13とともにロータリオイルポン
プ８側に連結するもう一本の排気管15にダイヤフラム弁
Ｄ10が接続され、ダイヤフラム弁Ｄ10は排気管16を介し
て前記ダイヤフラム弁Ｄ８に連結しているとともに、排
気管16が分岐してダイヤフラム弁Ｄ９に接続し、ダイヤ
フラム弁Ｄ９は、前記４本の試料セル５のうち残りの試
料セル５₀ が接続されるセル接続部14₀ に連結されてい
る。なおセル接続部14₀ は、連通管17を介して圧力セン
サー24に接続されて試料セル５₀ 内の圧力Ｐs を検出で
きるようになっている。なお以上のダイヤフラム弁の代
わりにベローズ弁を用いることもできる。

【００２１】以上の恒温室10内の配管を含め全体の構成
を模式的に示した説明図を図４に図示する。セル接続部
14₀ ，14₁ ，14₂ ，14₃ に接続される試料セル５₀ ，５
₁ ，５₂ ，５₃ は、前記デュワー瓶７の上昇でデュワー
瓶７内に収容され、内部に満たされた液体窒素Ｌ−Ｎ2
に浸される。

【００２２】この液体窒素Ｌ−Ｎ2 は、液体窒素タンク
25からダイヤフラム弁26を介して供給されるもので、デ
ュワー瓶７内の液体窒素Ｌ−Ｎ2 の一定レベルを検出す
るレベルスイッチ27に基づき自動供給される。液体窒素
タンク25には下限用レベルスイッチ28が備えられるとと
もに、蒸気圧の圧力上昇防止の安全弁29が設けられてい
る。ロータリオイルポンプ８は、ターボ分子ポンプ９を
介して前記排気管13，15に連結される。

【００２３】以上のような構成の吸着量測定装置１は、
試料セル５₁ ，５₂ ，５₃ に各試料を入れ、もう１つの
試料セル５₀ には何も入れないで、測定を開始し、コン
ピュータにより各種のダイヤフラム弁や各種駆動機構等
が所定の手順で駆動制御され、吸着量の測定が行われ
る。

【００２４】この制御系の概略を図５に示す。コンピュ
ータの中枢であるＣＰＵ31は、ＲＡＭ32に随時利用して
ＲＯＭ33に記録されたプログラムにしたがい制御演算処
理を行う。

【００２５】ＣＰＵ31には、入力インタフェース34を介
して表示操作盤４の操作信号や前記レベルスイッチ27，
28や圧力センサー22，24の検出信号が入力され、制御信
号はＣＰＵ31から出力インタフェース35を介して各種ダ
イヤフラム弁Ｄ１〜Ｄ10，可変容積ダイヤフラム弁Ｄ11
〜Ｄ14，ダイヤフラム弁26に出力されてダイヤフラム弁
が制御されるとともに、ヒータ６，ヒータ用シリンダ６
ａ，ジャッキ７ａ，蓋上下シリンダ18ａ，ロータリオイ
ルポンプ，ターボ分子ポンプ９に駆動制御信号が出力さ
れる。また測定結果等の出力は別途用意されたＣＲＴ36
に表示され、プリンタ37に印字がなされる。

【００２６】以上の制御系による基本動作の制御手順の
概略を、図６にフローチャートで示す。まずステップ１
でサンプル名、予め計量した試料の重量および吸着・脱
着の条件等の諸条件を入力し、次のステップ２で真空脱
気が行われる。

【００２７】ロータリオイルポンプ８およびターボ分子
ポンプ９は常時駆動状態とし、真空脱気は、ダイヤフラ
ム弁Ｄ３，Ｄ８を閉じ、試料セル５₁ ，５₂ ，５₃ 内に
入れられた試料の飛散を防止するためダイヤフラム弁Ｄ
4 とダイヤフラム弁Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７とを交互に開閉し
て試料セル５₁ ，５₂ ，５₃ 内を徐々に脱気していく。
同時にダイヤフラム弁Ｄ10とＤ９を開いて試料セル５₀
内も脱気する。

【００２８】特に飛散し易い試料の場合は、当初可変容
積管21_{1 ,} 21_{2 ,} 21_{3 ,} 21₄ に接続する全てのダイヤフ
ラム弁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14を閉じ、容積管20のみの
最小の容積にして徐々に脱気していけば試料の飛散は防
止でき、飛散のおそれがなくなったところで、適当にダ
イヤフラム弁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14を開き、容積管20
と可変容積管21とを合わせた大きな容積の下で脱気を継
続すれば脱気時間も可能な限り短縮できる。

【００２９】そして次のステップ３で前処理段階の加熱
を行う。すなわちヒータ用シリンダ６ａを駆動してヒー
タ６を移動し、内部に試料セル５を収容し、蓋部材18で
蓋をして、ヒータ６を駆動し試料セル５₁ ，５₂ ，５₃
を同時に最大450 ℃で加熱し、試料に付着した水分や不
純物等を取り除き脱気を完全に行う。

【００３０】完全に脱気がなされたところでヒータ６の
駆動を停止してヒータ６を移動し、試料セル５を開放
し、次いでジャッキ７ａによりデュワー瓶７が上昇して
試料セル５を液体窒素内に浸し上から蓋部材18を被せ、
前処理工程を終了する。

【００３１】同前処理を終了した後、ステップ４で実際
の測定工程に入る。測定工程については、後に詳述する
が、まず３本の試料セル５₁ ，５₂ ，５₃のうち１本の
試料セルに入れられた試料について測定が行われ、この
測定で得られた結果に基づいて次のステップ５で吸着量
の演算を行うとともに細孔分布や比表面積等を演算し、
演算結果を印字し（ステップ６）、１試料についての測
定を終了する。

【００３２】次に別の試料セルにまだ測定されていない
試料があるか否かをステップ７で判断し、全て測定して
いれば本制御ルーチンは終了し初期状態に戻し、測定を
終えていないときは次のステップ８でデュワー瓶７に液
体窒素を補充してステップ４に戻り、次の試料の測定に
入る。

【００３３】なおデュワー瓶７内の液体窒素のレベルは
できるだけ一定レベルで測定されることが望ましく、液
体窒素の補充が行われる。

【００３４】以上が基本的な制御手順であるが、このう
ちステップ４における測定工程について以下説明する。
説明を分かり易くするために、前記図３および図４に図
示した配管のうち容積管20を中心とした要部を簡略化し
て図示した図７の説明図に基づき説明する。

【００３５】図７において容積管20にヘリウムガスまた
は窒素ガスを導入するダイヤフラム弁Ｄ３を導入弁Ｄ
ｉ、容積管20からガスを排気するダイヤフラム弁Ｄ２を
排気弁Ｄｏとし、試料セル５₁ ，５₂ ，５₃ のうち１本
の試料セルＣと同試料セルＣに連結するダイヤフラム弁
をセル開放弁Ｄｃ、可変容積管21₁ ，21_{2 ,} 21_{3 ,} 21₄
に相当する可変容積管Ｍｖに連結するダイヤフラム弁を
容積可変弁Ｄｖとする。

【００３６】そして導入弁Ｄｉ，排気弁Ｄｏおよびセル
開放弁Ｄｃを閉じたときの容積管20と可変容積管Ｍｖと
の合計容積をＶとし、セル開放弁Ｄｃを閉じたときのセ
ル開放弁Ｄｃから試料セルＣまでの内部容積をＷとす
る。容積管20の容積と可変容積管Ｍｖの容積とは予め計
測されており、したがって容積管20と可変容積管Ｍｖと
の合計容積Ｖは既知である。

【００３７】測定工程は、大きく分けてヘリウムガスに
よる容積Ｗの測定、窒素ガスによる吸着工程、窒素ガス
の脱着工程の３工程からなり、各工程を順に行うが試料
によってはいずれかの工程が省略される場合がある。

【００３８】まずヘリウムガスによる容積Ｗの測定であ
るが、ステップ３の前処理が終了した段階で、排気弁Ｄ
ｏおよびセル開放弁Ｄｃを閉じており、導入弁Ｄｉを徐
々に開いて非吸着ガスであるヘリウムガスを導入し、圧
力センサー22の検出値をもとに所定圧力Ｐ₁ となったと
ころで導入弁Ｄｉを閉じ、次にセル開放弁Ｄｃを開き圧
力平衡状態になったところで圧力センサー22の検出圧力
Ｐ₂ を読み取る。

【００３９】するとＰ₁ ・Ｖ＝Ｐ₂ ・（Ｖ＋Ｗ）が成り
立つので、同式よりセル開放弁Ｄｃから試料の入った試
料セルＣ内の見かけの容積Ｗが求められる。このヘリウ
ムガスによる測定を数回行って容積Ｗの平均をとり、Ｗ
の値を決定する。

【００４０】次に排気弁Ｄｏおよびセル開放弁Ｄｃを開
いて、ヘリウムガスを除去し、排気弁Ｄｏおよびセル開
放弁Ｄｃを閉じて、次の窒素ガスによる吸着工程に入
る。今度は導入弁Ｄｉを開いて吸着ガスである窒素ガス
を導入し、所定圧力Ｐ_i になったところで導入弁Ｄｉを
閉じる。

【００４１】この状態で Ｐ_i ・Ｖ_i ＝ｎ_i ・Ｒ・Ｔ ……………(1) が成り立つ。ここにｎ_i は容積Ｖ_i 内の窒素分子のモル
数、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度であり、添え字
の”_i ”は今回の測定サイクルを示し、次回の測定サイ
クルには添え字”_i+1 ”が付される。

【００４２】次にセル開放弁Ｄｃを開き吸着平衡状態に
なったところで圧力センサー22の検出圧力Ｐ_i ’を読み
取ると、 Ｐ_i ’・（Ｖ_i ＋Ｗ）＝ｎ_i ’・Ｒ・Ｔ ……………(2) が成り立つ。ここでセル開放弁Ｄｃを閉じると試料セル
Ｃ側容積Ｗで、 Ｐ_i ’・Ｗ＝ｎ_i ”・Ｒ・Ｔ ……………(3) が成り立つ。

【００４３】この段階で次の測定サイクルにおける容積
管20と可変容積管Ｍｖとの合計容積Ｖを変えるのならば
容積可変弁Ｄｖ（ダイヤフラム弁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ
14）を作動して次の測定サイクルにおける容積Ｖ_i+1 を
変える。よって容積管20側でＰ_i ’・Ｖ_i ＝Ｐ_i ”・Ｖ
_i+1 が成り立ち、このときの圧力センサー22の検出圧力
Ｐ_i ”から容積Ｖ_i+1 の値が同式を変形して下式 Ｖ_i+1 ＝Ｖ_i ・Ｐ_i ’／Ｐ_i ” ……………(4) から算出することができ、Ｖ_i+1 は元々既知の値である
ので、これをチェックすることができる。

【００４４】そして次の測定サイクルに入り、導入弁Ｄ
ｉを開いて再び窒素ガスを導入し、所定圧力Ｐ_i+1 にな
ったところで導入弁Ｄｉを閉じる。この状態で Ｐ_i+1 ・Ｖ_i+1 ＝ｎ_i+1 ・Ｒ・Ｔ ……………(5) が成り立つ。

【００４５】次にセル開放弁Ｄｃを開き吸着平衡状態に
なったところで圧力センサー22の検出圧力Ｐ_i+1 ’を読
み取ると、 Ｐ_i+1 ’・（Ｖ_i+1 ＋Ｗ）＝ｎ_i+1 ’・Ｒ・Ｔ ……………(6) が成り立つ。

【００４６】(3) 式に示す前回の容積Ｗにおける窒素分
子モル数ｎ_i ”と(5) 式に示す今回の容積Ｖ_i+1 に導入
された窒素分子モル数ｎ_i+1 とを合計したモル数ｎ_i+1
＋ｎ_i ”は、(6) 式に示す今回の容積Ｖ_i+1 ＋Ｗにおけ
る窒素分子モル数ｎ_i+1 ’と差があり、この差が試料に
より吸着された窒素分子のモル数Δｎ_i+1 に相当する。
すなわち吸着モル数Δｎ_i+1 は、下式で示される。 Δｎ_i+1 ＝ｎ_i+1 ＋ｎ_i ”−ｎ_i+1 ’ ＝｛Ｐ_i+1 ・Ｖ_i+1 ＋Ｐ_i ’・Ｗ−Ｐ_i+1 ’・（Ｖ_i+1 ＋Ｗ）｝／Ｒ／Ｔ ……………(7)

【００４７】(7) 式の吸着モル数を体積換算し、所謂吸
着量Ｘ_i+1 （cc／ｇ）を導くと、下式のようになる。 Ｘ_i+1 ＝Ｘ_i ＋｛Ｐ_i+1 ・Ｖ_i+1 ＋Ｐ_i ’・Ｗ−Ｐ_i+1 ’・（Ｖ_i+1 ＋Ｗ）｝・Ｃ ……………(8) ここでＣ＝７６０・２７３／（２７３＋ｔ_s ）であり、
Ｖ_i+1 は(4) 式より求める。なおｔ_s は恒温室10内の摂
氏温度（℃）である。

【００４８】こうして今回の吸着平衡時の圧力Ｐ_i+1 ’
に対する吸着量Ｘ_i+1 が算出され、吸着等温線における
１プロットが決定される。なお前記したように吸着等温
線における横軸は、Ｐ_i+1 ’の飽和蒸気圧Ｐs に対する
相対圧Ｐ_i+1 ’／Ｐs で表される。

【００４９】このように窒素ガスの吸着工程において
は、測定サイクル回数が進むごとに吸着平衡時のガス圧
Ｐ_i+1 ’は、徐々に増加し、各測定サイクルにおける吸
着量Ｘ_i+1 が算出されるが、ガス圧Ｐ_i+1 ’のサイクル
毎の増加分ΔＰは、容積管20と可変容積管Ｍｖとの合計
容積Ｖに依存している。

【００５０】すなわち容積Ｖが大きければガス圧増加分
ΔＰは大きく、したがって圧力変化が大きく分解能は低
下するが吸着等温線におけるプロット間隔が大きくなっ
て測定時間が短縮される。また逆に容積Ｖが小さければ
ガス圧増加分ΔＰは小さく、したがって圧力変化が小さ
く分解能は高くなるが測定時間は長くなる。

【００５１】そこで本実施の形態では、容積の異なる４
本の可変容積管21_{1 ,} 21_{2 ,} 21_{3 ,}21₄ に接続するダイ
ヤフラム弁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14が設けられ、ダイヤ
フラム弁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14の開閉の組み合わせに
より、容積Ｖを１６通りに変化させることができる構造
とし、特に高い分解能を要求される圧力範囲を予め決め
ておき、かかる範囲では容積Ｖを小さく設定し、他の圧
力範囲については容積Ｖを大きく設定しできるだけ測定
時間の短縮を図っている。

【００５２】容積Ｖは、ダイヤフラム弁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ
13，Ｄ14を全て閉じたとき最小となり、全て開くと最大
となり、この間を１６段階で変化させるこができ、測定
工程で自動的に測定サイクル毎に容積Ｖが予め決められ
た段階の大きさに設定されるようにＲＯＭ33にプログラ
ミングしておく。こうして必要な測定精度を維持して、
かつ測定時間を短縮できる効率の良い測定を自動的に行
うことができる。

【００５３】吸着工程の測定が進むと、吸着平衡時のガ
ス圧Ｐ_i+1 ’は飽和蒸気圧Ｐs に近づいていき、ほぼ一
致したところで、次の窒素ガスの脱着工程に入る。脱着
工程では、添え字に”_j ”を用いる。

【００５４】セル開放弁Ｄｃを閉じ、今度は排気弁Ｄｏ
を開き、所定ガス圧に低下したところで排気弁Ｄｏを閉
じ、セル開放弁Ｄｃを開く。吸着平衡状態になったとこ
ろで圧力センサー22の検出圧力Ｐ_j ’を読み取ると、 Ｐ_j ’・（Ｖ_j ＋Ｗ）＝ｎ_j ’・Ｒ・Ｔ ……………(9) が成り立つ。ここでセル開放弁Ｄｃを閉じると試料セル
Ｃ側容積Ｗで、 Ｐ_j ’・Ｗ＝ｎ_j ”・Ｒ・Ｔ ……………(10) が成り立つ。

【００５５】ここで次の測定サイクルのため容積可変弁
Ｄｖを作動して容積ＶをＶ_j+1 に変えると容積管20側で
Ｐ_j ’・Ｖ_j ＝Ｐ_j ”・Ｖ_j+1 が成り立ち、このときの
圧力センサー22の検出圧力Ｐ_j ”から容積Ｖ_j+1 の値が
同式を変形して下式 Ｖ_j+1 ＝Ｖ_j ・Ｐ_j ’／Ｐ_j ” ……………(11) から算出することができ、Ｖ_j+1 は元々既知の値である
が、これをチェックすることができる。

【００５６】そして次の測定サイクルに入り、排気弁Ｄ
ｏを開き、所定ガス圧に低下したところで排気弁Ｄｏを
閉じ、セル開放弁Ｄｃを開く。吸着平衡状態になったと
ころで圧力センサー22の検出圧力Ｐ_j+1 ’を読み取る
と、 Ｐ_j+1 ’・（Ｖ_j+1 ＋Ｗ）＝ｎ_j+1 ’・Ｒ・Ｔ ……………(12) が成り立つ。

【００５７】(10)式に示す前回の容積Ｗにおける窒素分
子モル数ｎ_j ”は、(12)式に示す今回の容積Ｖ_j+1 ＋Ｗ
における窒素分子モル数ｎ_j+1 ’と差があり、この差が
試料から脱着された窒素分子のモル数Δｎ_j+1 に相当す
る。すなわち脱着モル数Δｎ_j+1 は、下式で示される。 Δｎ_j+1 ＝ｎ_j+1 −ｎ_j ” ＝｛Ｐ_j+1 ’・（Ｖ_j+1 ＋Ｗ）−Ｐ_j ’・Ｗ｝／Ｒ／Ｔ ……………(13)

【００５８】(13)式の脱着モル数を体積換算し、所謂脱
着量Ｙ_j+1 （cc／ｇ）を導くと、下式のようになる。 Ｙ_j+1 ＝Ｙ_j ＋｛Ｐ_j+1 ’・（Ｖ_j+1 ＋Ｗ）−Ｐ_j ’・Ｗ｝・Ｃ …………(14) 吸着量を求めるときには、先の吸着工程における最後の
吸着量から脱着量を順次減算していけばよく、脱着工程
における吸着等温線を順次プロットしていくことができ
る。

【００５９】試料が多くの細孔や毛管を有しているとき
は、一般に毛管内への凝縮は起こり易いが、逆に毛管か
らの蒸発は起こりにくく、この毛管凝縮が起こると、吸
着・脱着の際吸着等温線にヒステリシスが現れ、脱着工
程における吸着等温線が吸着工程における吸着等温線に
必ずしも重ならないことが起こる。

【００６０】上記脱着工程においても容積Ｖを適当に変
化させて効率の良い測定をすることができる。こうして
得られた吸着等温線に基づき細孔分布および比表面積等
が解析され、試料の物理的・化学的性質を解明すること
ができる。

【００６１】本吸着量測定装置１は、予め機械的あるい
は電気的に検定された容積管20および可変容積管21₁ ，
21_{2 ,} 21_{3 ,} 21₄ の容積について、前記(4) 式および(1
1)式において圧力センサー22によりチェックすることが
できるので信頼性があり、圧力センサーでチェックする
ため容積管の機械的な精度は余り要求されない。試料セ
ル５は、移動することなく共通の場所で脱気と測定が行
われるので、試料の大気による汚染がなく、かつ試料の
連続自動測定が容易に行われる。

【００６２】以上の実施の形態では、容積の異なる４本
の可変容積管21_{1 ,} 21_{2 ,} 21_{3 ,} 21₄ がダイヤフラム弁
Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14を介して容積管20に接続され、
電磁Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14の開閉の組み合わせによっ
て容積Ｖを変える構造であったが、別の可変容積構造を
以下に示し説明する。

【００６３】図８に示す例は、プランジャ式の可変容積
手段であり、円筒部材40内をプランジャ41が摺動し、プ
ランジャ41の先端のピストン部41ａの外周にはシール部
材42が周設されて円筒部材40の内周面に摺接してリーク
を防止している。

【００６４】プランジャ41を回転なり往復動して摺動す
ることで、円筒部材40内の空間43の容積を変化すること
ができ、同空間43をダイヤフラム弁44を介して容積管20
に連通する。プランジャー41の摺動で前記容積Ｖを無段
階に調整するこができる。なおダイヤフラム弁44は必ず
しも必要とはしない。

【００６５】次に図９に示す例は、円筒部材50にエアシ
リンダ等のシリンダ51を一体に結合し、シリンダ51の伸
縮するロッド52を円筒部材50内に突出させる構造であ
る。シリンダ51は、伸長したロッド52を適当な位置に停
止可能とする。円筒部材50内の空間53は、シリンダ51の
駆動でロッドが伸縮すると容積を変化させることがで
き、同空間53はダイヤフラム弁54を介して容積管20と連
通する。したがってエアシリンダ51の駆動で容積Ｖを無
段階に調整することができる。ダイヤフラム弁54は必ず
しも必要とはしない。

【００６６】また図１０に示す例は、前記図９に示す円
筒部材とシリンダとを結合したものを４組並列に組み合
わせたもので、各円筒部材60_{1 ,} 60_{2 ,} 60_{3 ,} 60₄ と各
シリンダ61_{1 ,} 61_{2 ,} 61_{3 ,} 61₄ は、段階的に大きさが
異なり、したがって各円筒部材60_{1 ,} 60_{2 ,} 60_{3 ,} 60₄
が形成する空間63_{1 ,} 63_{2 ,} 63_{3 ,} 63₄ も段階的に容積
が異なり、その容積もシリンダ61_{1 ,} 61_{2 ,} 61_{3 ,} 61₄
の各ロッド62_{1 ,} 62_2, 62_{3 ,} 62₄ の伸縮によって変化
する。

【００６７】各空間63_{1 ,} 63_{2 ,} 63_{3 ,} 63₄ は１つに集
合してダイヤフラム弁64を介して容積管20に連通してい
る。したがって容積Ｖについて粗い変化と細かい変化と
をさせることができ、きめの細かい制御が可能である。
なおダイヤフラム弁64は必ずしも必要とはしない。

【００６８】また以上の実施の形態では、開閉弁にダイ
ヤフラム弁を用いたが、その他にピエゾバルブ，サーマ
ルバルブ，ニューマチック方式のバルブ等が使用でき
る。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、特に高い分解能が要求される
測定範囲のみ可変容積手段により容積管の容積を小さく
することができ、当該測定範囲で高い分解能の下で測定
精度を高く維持し、その他の測定範囲で可変容積手段に
より容積管の容積を大きくし、全体の測定時間を短縮す
ることができ効率の良い測定をすることができる。

【００７０】高い分解能が要求される測定範囲について
小さい容積の容積管とする測定サイクル毎の容積管の容
積を予め制御演算手段に入力しておき、測定サイクル毎
に入力された容積に容積管を設定することで、必要な測
定精度を維持して、かつ測定時間を短縮できる効率の良
い測定を自動的に行うことができる。

【００７１】互いに容積の異なる複数の可変容積管を各
々開閉弁を介して容積管に連結して可変容積手段とする
ことで、各開閉弁の開閉の組み合わせで容積管の容積を
段階的に変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る吸着量測定装置の
正面図である。

【図２】同側面図である。

【図３】同吸着量測定装置における配管図である。

【図４】配管を含め全体の構成を模式的に示した説明図
である。

【図５】制御系の概略ブロック図である。

【図６】本吸着量測定装置の基本動作の制御手順を示す
フローチャートである。

【図７】容積管を中心とした要部を簡略化して図示した
説明図である。

【図８】別の可変容積手段の例を示す説明図である。

【図９】また別の可変容積手段の例を示す説明図であ
る。

【図１０】さらに別の可変容積手段の例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

Ｄ１〜Ｄ14…ダイヤフラム弁、ＲＶ…精密レギュレー
タ、１…吸着量測定装置、２…ケーシング、３…キャス
ター、４…表示操作盤、５…試料セル、６…ヒータ、７
…デュワー瓶、８…ロータリオイルポンプ、９…ターボ
分子ポンプ、10…恒温室、11，12…導入管、13…排気
管、14…セル接続部、15，16…排気管、17…連通管、18
…蓋部材、19…制御盤、20…容積管、21…可変容積管、
22，24…圧力センサー、25…液体窒素タンク、26…ダイ
ヤフラム弁、27，28…レベルスイッチ、29…安全弁、31
…ＣＰＵ、32…ＲＡＭ、33…ＲＯＭ、34…入力インタフ
ェース、35…出力インタフェース、36…ＣＲＴ，37…プ
リンタ、40…円筒部材、41…プランジャ、42…シール部
材、43…空間、44…ダイヤフラム弁、50…円筒部材、51
…シリンダ、52…ロッド、53…空間、54…ダイヤフラム
弁、60…円筒部材、61…シリンダ、62…ロッド、63…空
間、64…ダイヤフラム弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非吸着ガスまたは吸着ガスのガス源，真
   空ポンプおよび試料セルに対して各々開閉弁によって仕
   切られた容積管が構成され、 前記容積管には内部圧力を検出する圧力センサーが備え
   られ、 前記各開閉弁を所定の手順で開閉する各測定サイクル毎
   に吸着平衡時の前記圧力センサーの検出圧力に基づき試
   料のガス吸着量を算出する制御演算手段が設けられた吸
   着量測定装置において、 前記容積管に同容積管の容積を変えることができる可変
   容積手段が設けられ、前記制御演算手段により適宜容積
   管の容積を変えて測定を行うことを特徴とする吸着量測
   定装置。
2. 【請求項２】 高い分解能が要求される測定範囲につい
   て小さい容積の容積管とする測定サイクル毎の容積管の
   容積を予め前記制御演算手段に入力しておき、同制御演
   算手段は前記可変容積手段を制御して測定サイクル毎に
   前記入力された容積に容積管を設定することを特徴とす
   る請求項１記載の吸着量測定装置。
3. 【請求項３】 互いに容積の異なる複数の可変容積管を
   各々開閉弁を介して前記容積管に連結して前記可変容積
   手段としたことを特徴とする請求項１または請求項２記
   載の吸着量測定装置。