JPS5828650A - 比表面積測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動的にサンプルの比表面積を測定することの
できる比表面積測定装置に関するものである。

固体触媒の性能評価の一つとして、触媒の単位重量あた
りの表面積、すなわち比表面積は重要な物性としてとり
あげられている。

この比表面積は市販の各種の測定装置、たとえば米国の
ＱＵＡＮＴＡＣｊＨＲＯＭＥ社のＭＯＮＯ８ＯＲＢ。

あるいはイタリヤ国のカルロエルパ社の８０ＲＰＴＹ１
７００などを利用して行なわれている。

しかしうその操作は煩雑であシＩまた測定中は装置に操
作員が常についていなけれ゛ばならずう時間的にも経済
的にも極めて不利であった。

本発明は以上のような従来の欠点を改良するためになさ
れたものであシ、自動的にサンプルの比表面積を測定す
ることができるように構成した比表面積測定装置を提供
することを目的としている。

本発明においては上記の目的を達成するために。

サンプルセル内にサンプルを投入したものを複数本用意
し、これを順次、冷却媒体の存在するデユワ−びん中に
嵌入させ、サンプルセル内に供給されるキャリヤガスの
サンプルへの吸着量を、吸着される物質の分圧の効果に
よる熱伝導度の差をブリッジによシミ圧変化として検出
する構成を採用した。

以下２図面に示す実施例にもとづいて本発明の詳細な説
明する。

第１図は本発明に適用されるサンプルの比表面積の測定
方法の原理を説明するものである。

本図において、符号ａで示すものはデユワ−びんである
。このデユワ−びんａ内には、たとえば液体窒素などの
冷却媒体が充填されている。このデエワーびんａ内には
サンプルセルｂが浸漬されるが、このサンプルセルｂ内
には比表面積を測定すべきｐ例えば固体触媒のサンプル
Ｃが充填されている。

サンプルセルｂには２本の配管ｄ、θが接続されている
。

一方の配管ｄはキャリヤガスを供給するだめのものであ
り、キャリヤガスはガス人口ｆからパルプｇｔ流量調節
パルプｈを介して導かれ、検知器１を介してサンプルセ
ルｂ内に供給される。

キャリヤガスとしては２例えばＨｅ　７０　％　＋　Ｎ
２３０％の混合気体が用いられる。

また、他の配管θは吸着が行なわれた後のキャリヤガス
を導き出すものであシ、検知器ｊに接続されている。１
．　１／はコネクタである。

各検知器ｉｔ　　ｊはガスの濃度差を測定するためのも
のであって、熱伝導度測定用のブリッジを構成している
。

以上のような構成のもとにサンプルＣの充填されたサン
プルセルｂをデユワ−びんａ内に浸漬し。

キャリヤガスを供給して冷却すると、サンプルＣの表ｆ
式Ｎ２ガス分子が単分子層で物理的に吸着される。

このとき、検知器ｊではＨｅ７０％、Ｎ２３０％のガス
が流れているかり吸着中においては検知器ｊに導かれる
ガスは、サンプルＣの表面にＮ２ガスが吸着されつつあ
るためにＮ２ガスの分圧が下がシ。

検知器ｉｓ　ｊの間の熱伝導度に差が生じ、ブリッジの
両端には検知器ｉｔ　　ｊに流れるガスの濃度差に応じ
た不平衡電圧を生じる。この場合が第２図に符号Ａで示
す吸着ピークの状態である。

やがて、サンプルＣの表面が完全にＮ２分子で覆われる
と検知器ｉｔ　　ｊは平衡状態となシ、この吸着ピーク
を示す波形の面積を測定することにより。

Ｎｆスの吸着量、すなわちサンプルＣの表面積を知るこ
とができる。

つぎにサンプルセルｂを冷却媒体から取出し。

室温に戻すとサンプルＣの表面に吸着されていたＮ２ガ
スが脱着を始め、第２図の右側に示すように脱着ピーク
波形Ｂが得られる。したがってｔ吸着ピーク波形Ａ、脱
着ピーク波形Ｂのいづれの面積を測定しても比表面積を
測定することができるが？通常はピーク形状のきれいな
、すなわち面積の計算のしやすい脱着ピーク波形Ｂの方
を測定している。

なお、第２図の線図はブリッジの不平衡電圧を記録計に
書かせたものである。

また、第３図は触媒重量と表面積との関係を示すもので
あシ９両者間に比例関係が存在していることを示す。

第４図は本発明の一実施例を説明する概略構成図である
・。

本図中、第１図と同一部分または相当する部分には同一
符号を付いその説明は省略する。

本実施例ではサンプルセルｂを６個２等間隔に配列しで
ある。各サンプルセルレｂにキャリヤガスを供給し、排
出する配管１，１′〜６，６′はそれぞれキャリヤガス
供給用ロータリバルブＲｔｍの相当する符号が付されて
いるポジショ／に接続されている。

各ロータリパルプＲ，Ｒ’は、検知器、その他が収容さ
れている装置本体側にそれぞれ配管ｄおよび配管ｅを介
して接続されている。

一方２等間隔に配列されたサンプルセルｂの下方にはデ
ユワ−びんａが昇降自在に、かつサンプルセルｂの配列
間隔と同一ピッチで、水平方向に移動できるように配置
されている。すなわち、デユワ−びんａは送り台に上に
取りつけられたシリンダ、その他を利用した昇降装置（
図示してない）に取９つけられておシ、第４図に点線で
示すように、目的とするサンプルセルｂを浸漬させた状
態である上昇位置と実線で示す下降位置とに移動できる
構造とされている。

なお、符号ｍで示すものは送風機であシ、測定を終了し
たサンプルセルｂに対して常温の空気を吹きつけ、サン
プルＣを室温に戻す役目を果している。

また、第４図において、符号Ｐで示すものは電磁パルプ
である。

電磁バルブＰは、サンプルセルヘキャリャガスを供給す
るロータリバルブが切換わる間の流路の閉路によるキャ
リヤガス圧力の上昇を防止するため、ロータリパルプが
切換わる間、供給側管路を大気中に開放するために設け
るものである。

従来、ロータリパルプは減速機つき小型モータで操作し
ており、隣接の経路に切換える（ロータリパルプを”３
６０°／６＝６０ｍ転させる）のに約２秒を要しており
、その間、ロータリパルプのキャリヤガス流路は閉塞す
る。

キャリヤガスは通常１５　ｃｃ／ｍｉｎと少量であるが
配管径が細く、シたがってロータリパルプまでの容積が
小さいため、２秒間の閉塞でも供給側経路のガス圧が上
昇する。そしてロータリパルプが切換わシ、経路が開通
した瞬間、それまでたまつたキャリヤガスが下流のサン
プルセル側に噴出する。

サンプルセル内には微粒粉末のサンプルを充填すること
が多く、このキャリヤガスの噴出によって微粉末がサン
プルセルから吹飛ばされるおそれがあり、そのため大き
な測定誤差を生じるだけでなく、吹飛ばされた微粉末が
経路を閉塞させたシ、゛検知器ｊのフィラメントに付着
して、正しい熱伝導度を測定できなくするおそれがある
。

このため２本発明では、ロータリパルプの切換え開始と
同時に電磁パルプＰを開いてキャリヤガスを大気中に放
出させることによって、経路内の圧力の上昇を防止する
。

この電磁パルプＰはロータリパルプの切換え完了と同時
に閉まり、キャリヤガスはサンプルセルの方へ流れるよ
うになる。

また、Ｌは熱電対を利用した液面レベル計である。

液面レベル計りはデユワ−びんａ内の冷却媒体の液面レ
ベルが所定のレベル以下になったとき。

自動操作プログラムを停止させるために設けたものであ
る。

吸着工程においてはサンプルセルのサンプル充填部分が
十分浸漬するだけの液面レベルが必要である。

本発明では第５図に示すように、デユワ−びんａの液中
に熱電対Ｓを挿入し、熱電対Ｓは温度調節計Ｔに接続す
る。

液体が熱電対Ｓの下限レベルより下がると検知温度が上
昇するので、温度調節計の制御用接点出力を比表面積装
置のコントロール回路にとりこんで動作７−ケンスを停
止させるとともにアラームを鳴らす。

つぎに９以上のように構成された本実施例の操作につい
て説明する。

スタートスイッチ（図示してない）を入れると。

送り台には自動的に第４図において右端に位置するサン
プルセルｂの下方にデユワ−びんａが配置されるように
移動して停止し、待機する。

この状態でロータリパルプＲ，Ｒ’はそれぞれ１．１′
のポジションに自動的に切替わり？第１番目のサンプル
セルｂに設定された時間だけキャリヤガスを供給し２脱
気を行なう。第１番目のサンプルセルｂに対するキャリ
ヤガスの供給が終ると。

ロータリパルプＲ，Ｒ／は２，２′のボジシ田ンに切替
わり、２番目のサンプルセルｂの脱気を行なう。

以下、同様にして６個のサンプルセルｂ全ての脱気を行
なう。

すべてのサンプルセルｂの脱気終了後、デユワ−びんａ
が上昇して冷却媒体で第１番目のサンプルさルｂの冷却
を行ない＋　Ｎ２ガスの吸着工程に入る。

タイマー（または電気回路）であらかじめ設定した吸着
が完了する時間が経過するとデユワ−びんａは下降し、
第４図に示すように、第２番目のサンプルセルｂの下方
にデユワ−びんａが移動する。

ソシて、すでに吸着を終了したサンプルセルｂに対して
送風機ｍによる送風が行われ、サンプルセルｂが早く室
温になるようにし、ガスの脱着工程が行われる。

ガスの脱着工程の終了後、ロータリパルプＲ１Ｒ′は自
動的に２，２′に切替わった後、デーワーびんａは第４
図において点線で示すように、上昇して第２番目のサン
プルセルの吸着工程に入る。

以下、同様にして吸着工程と脱着工程とが自動的に行わ
れｔ　ロータリパルプＲ１，Ｒ’も自動的に切替わシ、
すべてのサンプルセルｂに対する測定が行われる。

本発明の実施例は１例えば最初のサンプルセルにおける
吸着工程が完了後、送風による脱着工程に入シ２脱着工
程が完了後２次のサンプルセルの吸着工程に入る。

しかし、コンピュータプログラムの設定ならびに配管手
段の若干の設計変更によってｐ最初のサンフルセルの脱
着工程と次のサンプルセルの吸着工程を同時に行なうこ
とも可能である。そのため。

測定時間を大巾に短縮することができる。

本発明においては２次工程（数層から脱着へ・脱着から
次のサンプルセルの吸着）へ進むため。

下記の方法によって平衡状態に達したことを検知する電
気回路（またはコンピュータプログラム）を設けている
。

（１）第６図に示すように当工程開始時（第２図に示す
もの）イ点の平衡状態信号レベルに対して微少の電圧偏
差ε（可変　設定可能）以内の信号レベルになったとき
を平衡状態に達したとして本工程を終了し２次工程へ移
る。

（２）第７図に示すように信号勾配（第２図に示すもの
）が予め設定した値Ｉ：Ｌ（可変）より小さくなったと
きを平衡状態に達したとみなし２本工程を終了し２次工
程へ移る。

従来は吸着、脱着工程とも、予めタイマーに時間を設定
しているが、実際に平衡に達する時間はサンプルの種類
（すなわち、比表面積の値）によシ異なる。このため、
従来のタイマーの設定時間は予想される最大の時間に設
定しているのでサンプルによっては相当のむだな時間が
ある。

そこで上記した本発明における方法で平衡状態を検知し
２次工程に進むようにすれば測定時間を短かくすること
ができる。

しかし、将來本発明の装置のコントロールおよびデータ
処理をマイクロコンピュータで行なう場合はクデータ処
理を実時間で行なうことができるのでプログ２ムで上記
（１）または（２）の判定を行ない。

それによって装置のコントロールを行なうことは容易で
ある。

ところで、上記した動作中のすべての信号はコンピュー
タに送られ、データ処理が行われ、吸着および脱着のピ
ーク波形の面積を計算し、比表面積を出力する。

以上の説明から明らかなように９本発明によればサンプ
ルＣを充填したサンプルセルｂを所定間隔をあけて配列
し、これらのサンプルセルｂに対してキャリヤガスの供
給および排出を行なうロータリハル７”Ｒ，ｎ／を接続
し、それぞれのサンプルセルｂの冷却を行なうデユワ−
びんａを昇降可能にｐかつサンプルセルｂの配列間隔と
同一ピッチで移動できる構成とされているため、サンプ
ルの比表面積を完全に自動化して正確に測定するととが
できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を説明するものである。 第１図は本発明に適用される測定原理の説明図。 第２図はガスの吸着および脱着ビーク波形を示す線図、
第６図は触媒重量と表面積との関係を示す線図、第４図
は本発明の一実施例を示す概略構成図、第５図はデユワ
−びんに液面レベル計を付設した説明図、第６図、第７
図は次工程へ進むためブリッジの平衡状態の検知方法を
説明する線図である。 ａはデユワ−びん、ｂはサンプルセル、Ｃはサンプル、
ｄおよびｅは配管、ｆはガス入口２ｇはパルプ、ｈは流
量パルプ、１およびｊは検知器。 ｋは送り台２ｍは送風機、ｐは電磁パルプ、Ｒ２Ｒ′は
ロータリパルプ、Ｓは熱電対、Ｔは温度調節計、Ｌは液
面レベル計、ｔはコネクタである。 特許出願人　宇部興産株式会社 第１図 ｖ、２図 呂 ′＄４−ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）サンプルセル内に充填されたサンプルの表面にガ
   スを吸着せしめ、その吸着量によってサンプルの単位重
   量あたりの表面積である比表面積を測定する比表面積測
   定装置において、前記サンプルを充填したサンプルセル
   を複数個はど所定間隔をおいて水平に配置し、各サンプ
   ルセルを配管を介してキャリヤガスを供給するロータリ
   パルプとキャリヤガスを排出するロータリパルプとに接
   続し、各サンプルセルの下方に送り台を配置し、この送
   り台上に冷却媒体を充填したデユワ−びんを昇降自在に
   取りつけ、前記送り台をサンプルセルの配列間隔と同一
   ピッチで水平方向に移動できるようにし、ロータリパル
   プの切替えと送り台およびデユワ−びんの移動をあらか
   じめ定められたプログラムによって自動的に行うように
   構成したことを特徴とする比表面積測定装置。 （２）送り台にはガスの吸着工程を終了したサンプルセ
   ルに対し常温に戻る時間を早めるだめの送風機を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の比表
   面積測定装置。 （８）サンプルセルヘキャリアガスを供給スルロータリ
   パルプが切換わる間、供給側の管路を大気中に開放する
   だめの電磁パルプを設けたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の比表面積測定装置。 （４）デーワーびん内の冷却媒体の液面レベルが所定の
   レベル以下になったら自動動作プログラムを停止させる
   ため、熱電対を利用した液面レベル計を設けたことを特
   徴とする比表面積測定装置。