MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA ANÁLISIS DE MASA DE MUESTRAS ANTECEDENTES DB LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la medición simultánea de propiedades déla masa de una serie de muestras. Más específicamente, la presente invención se refiere a la determinación de la masa en el rango de µg a gramos, aunque también en rangos superiores e inferiores, de una serie de muestras. Las mediciones gravimétricas con balanzas de laboratorio se han visto obstaculizadas por equipo relativamente engorroso e ineficientes velocidades de medición. Existe la necesidad de métodos más eficientes para el seguimiento y registro de la masa de varios materiales, con el fin de evaluar las propiedades, tamizado y selección de candidatos óptimos para su ulterior desarrollo. La optimización de materiales para su uso en aplicaciones como catalizadores y adsorbentes requiere la caracterización de un gran número de muestras de tales materiales, muchas veces tan rápidamente como sea posible. Las técnicas analíticas para tal caracterización deben ser tan rápidas como precisas, para lidiar con la gran cantidad de datos asociados con la optimización. La medición paralela, más que en serie, facilitaría la rápida generación de datos para tal caracterización. Estas mediciones son particularmente útiles en la determinación de propiedades o
desempeño de, por ejemplo, propiedades de superficie como área de superficie y diámetro de poros, que son indicadores del desempeño potencial en una variedad de aplicaciones. En la última década se han hecho muy asequibles las tecnologías de micromaquinado. En particular, el micromaquinado de sílice permite una integración total de elementos mecánicos y de detección, ofreciendo una producción rentable de pequeños transductores con el potencial de producir una serie de sensores como una sola unidad integral. La publicación US 2002/0028456 Al revela una serie de sensores dispuestos sobre un substrato para medir diversas propiedades de muestras de materiales depositadas en el substrato. Las muestras pueden depositarse sobre el sensor como solución o por deposición de vapor. Las propiedades que pueden medirse incluyen temperatura, capacidad térmica, conductividad térmica, estabilidad térmica, constante dieléctrica, viscosidad, densidad, elasticidad, capacitancia y propiedades magnéticas. WO 00/20850 revela un dispositivo de sensores múltiples para mediciones gravi étricas químicas de muestras de análisis gaseosas o en estado de vapor, que comprende un substrato y una pluralidad de sensores hechos de elementos piezoeléctricos producidos mediante tecnologías de películas gruesas sobre el substrato. Los sensores están revestidos con revestimientos sensibles para absorber las muestras de análisis. US 5,983,711 revela un analizador
gravimétrico de humedad con temperatura controlada, que comprende a portaobjetos unido a un mecanismo de pesado, un sensor de temperatura y un calentador y controladora que responde a la señal de salida del sensor de temperatura. Sin embargo, esta patente no revela una serie de dispositivos pesadores. WO 03/071241 revela una balanza de resorte micro-pesadora, que comprende una plataforma de carga suspendida por cuando menos tres resortes de flexión en un marco circundante, con medidores de esfuerzos conectados por un puente, para medir los esfuerzos en un lado de los resortes de flexión. Sin embargo, no se sugiere una serie de dispositivos pesadores. US 4,566,326 revela un analizador automático de adsorción y desorción para realizar mediciones en una pluralidad de muestras de polvo utilizando una pluralidad de celdas de muestras con válvulas, controles y sensores asociados. El analizador puede medir área de superficie, volumen total de poros, volumen de microporos, radio medio de poros, y distribuciones de tamaños y áreas de superficie de poros, de modo esencialmente simultáneo para una pluralidad de muestras. Este analizador representa la técnica conocida para lograr los propósitos de la presente invención. Sin embargo, la técnica no sugiere un dispositivo o método para efectuar análisis de masa en una serie de
muestras contenidas en diversos portaobjetos. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un método y dispositivo para el análisis de masa de cada muestra en una serie de muestras contenidas en una serie de portaobjetos distintos colocados para interactuar con una pluralidad de sensores que proporcionan señales de salida que comprenden datos de la masa de la serie de muestras. Mediante estos análisis, la presente invención permite la rápida determinación de una variedad de propiedades de las muestras en lo relacionado con sus masas. También se agilizan los análisis subsiguientes de series adicionales de muestras. En una modalidad más específica, la presente invención proporciona un dispositivo para análisis de masa de cada muestra de una serie de muestras, que comprende una serie de distintos portaobjetos que contienen las muestras, colocadas para interactuar con una pluralidad de microbalanzas que proporcionan señales de salida, que comprenden datos de masa de la serie de muestras. En otra modalidad aún más específica, la presente invención proporciona un dispositivo para análisis de masa de cada muestra de una serie de muestras, que comprende una serie de distintos portaobjetos que contienen las muestras, colocadas para interactuar con una pluralidad de balanzas de resorte que proporcionan señales de salida que comprenden
datos de masa de la serie de muestras. En otra modalidad específica, la presente invención proporciona un dispositivo para análisis de masa de cada muestra de una serie de muestras, que comprende una serie de canastas que contienen las muestras, colocadas para interactuar con una pluralidad de microbalanzas de resorte que proporcionan señales de salida que comprenden datos de masa de la serie de muestras. En otra modalidad alternativa, la presente invención proporciona un método para análisis de masa de cada muestra de una serie de muestras, colocando la serie en una serie de portaobjetos distintos, colocar el portaobjetos para interactuar con una pluralidad de sensores que proporcionan señales de salida que comprenden datos de masa de la serie de muestras, y determinar la masa de cada una de las muestras a partir de las señales de salida. En una modalidad alternativa más específica, la presente invención proporciona un método para análisis de masa de una multitud de muestras, al colocar las muestras en una serie de portaobjetos distintos, colocar los portaobjetos para interactuar con una pluralidad de sensores que proporcionan primeras señales de salida que comprenden datos de masa de una serie de muestras, exponer subsiguientemente la de muestras a un cambio de condiciones del entorno, medir subsiguientemente segundas señales de salida de la serie de
muestras, y determinar una o más propiedades de cada una de las muestras comparando las señales de salida de la serie de muestras, antes y después del cambio en las condiciones del entorno. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura I ilustra una modalidad amplia del dispositivo de la presente invención, que comprende una pequeña serie de seis portaobjetos que interactúa con una pluralidad del mismo número de sensores. La Figura II ilustra el dispositivo de la presente invención, en una modalidad que comprende una balanza de resorte en un elemento de una serie. La Figura III muestra un ejemplo de un circuito Puente que puede utilizarse en el análisis de masa. La Figura IV es una ilustración transversal lateral de una balanza de resorte conectada con una pieza de base. La Figura V ilustra el dispositivo de la presente invención, en una modalidad que comprende una canasta suspendida en un elemento de una serie. Las Figuras VI-A y VI-B ilustran una disposición alternativa de la microbalanza como viga voladiza. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En resumen, la presente invención proporciona un método y dispositivo para análisis de masa de cada muestra de una serie de muestras contenidas en una serie de distintos
portaobjetos colocados para interactuar con una pluralidad de sensores que proporcionan señales de salida, que comprenden datos de masa de la serie de muestras. Aunque los elementos del método y dispositivo asociado están descritos en singular, se comprenderá que dos o más series paralelas de cada elemento o de todo el dispositivo quedan dentro del alcance de la presente invención. La "serie" de muestras y portaobjetos abarca cuando menos cuatro (4), más comúnmente (6) o más, generalmente cuando menos ocho (8), y opcionalmente cuarenta y ocho (48) o más muestras y portaobjetos. Queda dentro del alcance de la presente invención que en la serie esté contenido algún múltiplo de estos números, como 24, 96, 392, o 1,264 dispuestos en una formación de filas y columnas, similar a la de una bandeja de micro-concentraciones. Preferiblemente, los portaobjetos están espacialmente separados, de forma que cada miembro individual de la serie pueda trabajarse por separado. La "pluralidad" de sensores está dentro de los mismos rangos numéricos descritos para la "serie", y preferiblemente el número de sensores es igual al número de muestras y portaobjetos. Considerando la presente invención en relación a la técnica conocida utilizando análisis en paralelo o en secuencia, el equipo o tiempo requerido para el análisis de conformidad con la técnica conocida sería relativamente costoso.
Por "muestra" se quiere decir un substrato para el que se desea un análisis de masa. Estos substratos son con frecuencia sólidos, aunque no necesariamente están limitados a materiales sólidos, por ejemplo líquidos, geles, cienos y similares. Los posibles ejemplos de aplicaciones líquidas son con respecto a líquidos iónicos, monitorear la solubilidad de gases in líquidos, etc. Los ejemplos posibles de muestras sólidas comprenden, sin limitar la presente invención, cerámicas, filtros moleculares, otros compuestos inorgánicos, materiales compuestos, metales y aleaciones metálicas, materiales intermetálicos, carbono, sólidos iónicos, sólidos moleculares, sólidos de redes covalentes, materiales organometálicos, polímeros orgánicos y combinaciones de estos. Son preferibles las sustancias para las que son importantes sus propiedades de superficie, y las sustancias especialmente preferidas comprenden óxidos metálicos, filtros moleculares y agentes catalíticos. La forma de la muestra no es de importancia crucial para la definición de la presente invención. Tratándose de materiales sólidos, la muestra puede ser un monolito sólido único, o puede ser en partículas, películas, placas, discos, cuentas, esferas, rodillos, alambres o cualquier forma adecuada para el análisis a realizarse. Preferiblemente, la muestra sólida está en forma de partículas, y se prefiere especialmente una forma de muestra en polvo fino. En un polvo
fino, el tamaño medio de partículas típicamente varía de 0.01 a 1,000 µm, y más generalmente será de entre 0.1 y 100 µm. La presente invención comprende una serie de portaobjetos, proporcionándose un portaobjetos o contenedor para cada muestra a analizarse. El portaobjetos puede ser cualquier dispositivo que pueda contener una muestra, y que sea transferible a y desde un sensor que se definirá posteriormente. Preferiblemente, el portaobjetos o contenedor proporciona una superficie cóncava orientada hacia arriba, que contenga la muestra sin riesgo de derrame importante. Las configuraciones adecuadas comprenden, sin limitación, ollas, tazas, platillos, platos, protuberancias y depresiones. Alternativamente, el portaobjetos puede comprender una cantas soportada sobre un sensor mediante un gancho, argolla, anillo, grapa, prensa u otro sujetador. Las ventajas de colocar la muestra en un portaobjetos transferible a y desde un sensor incluyen: * Se evita la contaminación del sensor por contacto directo con la muestra, y * La capacidad de efectuar mediciones en paralelo con el manejo de muestras, y la limpieza de portaobjetos mediante series múltiples de portaobjetos. Cualquier material que no afecte adversamente los resultados del análisis es adecuado para el portaobjetos. Preferiblemente, la superficie del portaobjetos que entra en
contacto con la muestra es estable e inerte para la muestra en todas las condiciones del método de análisis. Para el portaobjetos se prefieren especialmente materiales cerámicos, metálicos, o ambos. Opcionalmente, la entrada para el análisis se proporciona a través del portaobjetos. Por ejemplo, y sin limitación, el portaobjetos puede comprender un material térmicamente conductor, a través del cual se puede proporcionar calor a la muestra, o mediar la temperatura de la muestra. Alternativamente, se puede transmitir energía eléctrica a la muestra a través del portaobjetos. Queda dentro del alcance de la presente invención que el portaobjetos esté revestido con materiales que ayuden en el análisis mediante acción física o química. Además, la muestra misma podría estar revestida sobre la superficie del portaobjetos mediante adhesión química o física, evaporación y similares. Luego del análisis de la serie de muestras, cada muestra analizada puede descargarse del respectivo portaobjetos, y entonces se coloca una nueva serie de muestras en la serie de portaobjetos. Preferiblemente, ya se han preparado una o más series adicionales de muestras en portaobjetos adicionales mientras se están efectuando análisis, de forma que la serie adicional de muestras pueda colocarse para interactuar con la pluralidad de sensores,
mientras las muestras analizadas son descargadas de sus respectivos portaobjetos. óptimamente, la serie de portaobjetos está contenida en una bandeja que puede bajarse hacia el dispositivo que comprende sensores, para colocar el portaobjetos en posición sobre los sensores. De esta manera, la preparación y descarga de muestras no retardará el análisis de muestras, y el dispositivo que comprende sensores se utiliza con mayor efectividad. La Figura I ilustra una serie de seis portaobjetos 1 distintos colocada para interactuar con una pluralidad de seis sensores que proporcionan señales de salida que comprenden datos de masa de la serie de muestras. Los sensores comprenden balanzas de resorte 19 contenidas en un marco 2, que se describirá posteriormente, para una unidad individual de los seis portaobjetos y balanzas de resorte. Como se discutió anteriormente, la "serie" o "pluralidad" comprende cuando menos 4 unidades, y preferiblemente un número de unidades mayor. Los sensores adecuados incluyen cualquier tipo que pueda medir cambios de masa y soportar un portaobjetos. Los materiales de sensor comprenden uno o más metales, sílice, otros materiales semiconductores, vidrio, carbono, polímeros, membranas y similares, donde se favorecen particularmente materiales semiconductores, como sílice. Los sensores preferidos de la presente invención comprenden microbalanzas,
en particular balanzas de resorte como las descritas en la Publicación Internacional WO 03/071241, que se incorpora a la presente en su totalidad por referencia. La balanza de resorte 19 preferida comprende una plataforma de carga suspendida en un marco circundante mediante cuando menos tres resortes de flexión, con medidores de esfuerzo conectados en puente, dispuestos para medir esfuerzos en un lado de los resortes de flexión. La Figura II muestra esquemáticamente una modalidad preferida de la presente invención, vista desde arriba. Una balanza de resorte 19, que en este ejemplo tiene forma cuadrada, tiene en su centro una plataforma de carga 1 sobre la que se coloca el portaobjetos, como se muestra en la Figura I . La plataforma de carga 1 está suspendida en un marco 2 mediante vigas o resortes de flexión 3, donde las vigas o resortes que se muestran en el ejemplo están dispuestas sobre cada borde lateral de la plataforma de carga, y donde se han troquelado o maquinado ranuras 5 y 6 para proporcionar las vigas de flexión 3 de forma tal que una ranura tiene una parte de ranura 5 en el exterior de la viga de flexión 3 y una parte de continuación 6 en el interior de la siguiente viga de flexión 3. En tal construcción, las vigas de flexión 3 se hacen relativamente largas y moldeables, es decir, se puede aplicar a la plataforma de carga 1 una gran flexión. Cada viga de flexión 3 está ubicada
en una separación entre el marco 2 y la plataforma de carga 1, donde la separación está definida por las partes de ranura 5 y 6. Cada viga de flexión 3 tiene un punto de unión 7, con la plataforma de carga 1 ubicada directamente opuesta al punto de unión 8 de una viga de flexión adyacente al marco 2. Los sensores se usan para registrar una carga en la plataforma de carga 1, y la referencia 4 designa medidores de esfuerzos para este propósito. Cuando se coloca un portaobjetos sobre la plataforma de carga 1, la plataforma se hunde en una dirección que se aleja del observador, y las vigas de flexión 3 se flexionan y asumen una forma similar a una S poco pronunciada. Entonces, al mismo tiempo la plataforma de carga girará ligeramente respecto a un eje perpendicularmente al plano de la plataforma de carga, en tanto que la longitud de las vigas 3 permanece esencialmente constante. Con la forma en S anteriormente descrita en las vigas de flexión 3 cuando se carga la plataforma, los esfuerzos mecánicos más intensos se presentan en las zonas que se cruzan con el marco 2 y la plataforma de carga 1 (es decir, en los puntos de unión 7 y 8) . Por consiguiente, es favorable montar medidores de esfuerzos 4 por ejemplo como se muestra en la Figura II. Alternativamente, los medidores de esfuerzos pueden ser montados en los cruces con la plataforma de carga en vez de los cruces con el marco, pero esto
requiere hilos más largos desde los medidores de esfuerzos y hacia el equipo procesador de señales. En la forma en que se han montado los medidores de esfuerzos 4 en la Figura II, los cuatro medidores están colocados en la misma dirección, con el fin de optimizar la conexión de los sensores en un puente Wheatstone. Alternativamente, los sensores o medidores pueden montarse en diferentes direcciones; por ejemplo, girando 90° dos de estos respecto a los otros dos, con modificación de la conexión de puente. Los medidores de esfuerzos 4 pueden estar dispuestos como sensores separados sobre los cruces en cuestión (puntos de unión 8 o 7), mediante depósito y formación de patrones, o pegando resistores ya preparados. Alternativamente, se pueden fabricar medidores de esfuerzos en forma de piezo-resistores, como parte integral de una estructura de sílice favorecida o dispuesta como un elemento de superficie de cualquier manera adecuado. En una modalidad favorable de la presente invención, la plataforma de carga, los resortes de flexión y el marco están formados como una sola pieza micro-maquinada o grabada de material semiconductor; óptimamente, este material es sílice. Los medidores de esfuerzos, preferiblemente resistores piezo-resistivos dispuestos en un cruce entre el resorte de flexión y el marco o plataforma de carga, pueden ser integrales en la pieza de material sólido. El material
semiconductor, principalmente para moldear la balanza de resorte, puede así aplicarse para moldear los elementos sensores utilizados para detectar una carga. La Figura III muestra un ejemplo de un circuito puente que puede utilizarse para proporcionar un análisis de masa mediante la balanza de la presente invención. El circuito puente que se muestra es un puente Wheatstone adaptado al caso de la Figura II, en la que cada medidor de esfuerzos 4 está montado en la misma dirección. Los medidores de esfuerzos 4 están en forma de resistores, y el circuito puente Wheatstone queda completado mediante una fuente de corriente (batería) 11 y un instrumento de medición 12. Éste es un circuito de tipo estándar, aunque se pueden utilizar otras variantes de circuito puente en relación a otras modalidades con otras configuraciones de medidores de esfuerzos. En una modalidad amplia, la balanza de resorte de conformidad con la presente invención no está restringida a una sola pieza o material semiconductor. Además, se puede utilizar cualquier forma geométrica en tanto que la plataforma de carga central quede suspendida por cuando menos tres resortes de flexión que conecten la plataforma de carga con un marco circundante. Una modalidad alternativa es una plataforma de carga esencialmente circular dentro de una abertura circular
en un marco. A la plataforma de carga y marco, respectivamente, están unidas vigas o resortes de flexión curvados, respectivamente. Generalmente, los puntos de unión están ubicados directamente opuestos entre sí, aunque pueden traslaparse o incluso formar una espiral uno más allá del otro en la separación entre la plataforma de carga y el marco. Como se describió anteriormente, los medidores de esfuerzos están situados en los puntos de unión de la viga de flexión con el marco o plataforma, es decir, en los puntos donde el esfuerzo de superficie stress es el más intenso en una operación de pesado. Otra posible configuración comprende una plataforma de carga triangular y tres vigas de flexión entre la plataforma de carga y el marco. Los medidores de esfuerzos, montados por ejemplo en los tres puntos de unión, pueden ser conectados en una conexión de puente modificada. De este modo, una pluralidad de formas geométricas satisfará los requisitos de la presente invención. Es preferible una construcción con cuatro resortes de flexión, por cuando menos tres razones: 1. En un Puente Wheatstone de tipo estándar, se incluyen sólo cuatro resistores. 2. Para tener una plataforma de carga estable, no se deben usar demasiadas vigas. 3. Para una micro-balanza fabricada con sílice, es
un punto en que las obleas de sílice (100) tienen simetría cuádruple, y esto implica que los piezo-resistores queden colocados sobre las direcciones [011] o [011] . La Figura IV muestra esquemáticamente una sección transversal a través de una parte central de una balanza de resorte 19 que comprende una plataforma 1 sobre la que se ha colocado un portaobjetos de conformidad con la modalidad de la Figura I de la presente invención. La zona central que comprende la plataforma tiene menos espesor respecto al marco 2, que puede ser significativamente más grueso. Las vigas de flexión 3 aparecen de tal forma que se pueden apreciar dos vigas en una vista lateral y presentan una forma en S. La modalidad que se muestra en la Figura IV también muestra una pieza de base opcional 24 que puede estar hecha de vidrio, y estar unida al marco 2 mediante unión anódica. Al hacer que la pieza de base 24 se extienda bajo la plataforma de carga 1, forma un límite de pandeo para la plataforma de carga 1, como función de seguridad para los resortes de flexión 3. Como se muestra, la pieza de base 24 también puede estar equipada con una abertura central 25 para inspección y limpieza. Sobre la balanza, se puede proporcionar un techo opcional 26 como tope final de protección y para posibles pandeos hacia arriba de la plataforma de carga 1. Óptimamente, en el techo hay una abertura central 27 para que un objeto a pesarse pueda ser
colocado sobre la plataforma de carga. Se pueden proporcionar secciones de contacto para hilos de señales desde los medidores de esfuerzos. El techo puede ser de vidrio, y estar fijado sobre la pieza de base 24. Una modalidad alternativa usa el sensor 19* y un portaobjetos colocado sobre una microbalanza como canasta colgante, como se ilustra en la Figura V. Un soporte comprende una serie de microbalanzas, donde se muestra una porción de una microbalanza en la Figura. Un portaobjetos 18' está suspendido como canasta colgante desde la microbalanza mediante una argolla 29 unida a la microbalanza y un alambre 30 desde la argolla 29 al portaobjetos de canasta 18*. En esta modalidad, el portaobjetos de canasta colgante, la unión a la microbalanza, y el dispositivo para conectar la unión y el portaobjetos de canasta colgante pueden ser cualquiera de los conocidos en la técnica que puedan contener la muestra y permanecer estable bajo las condiciones del análisis de masa. Aunque se prefiere que el análisis de masa sea realizado utilizando medidores de esfuerzos, y particularmente piezo-resistores en un puente Wheatstone como se describió anteriormente, está dentro del alcance de la presente invención que se utilicen otros métodos de detección de la deflexión de la microbalanza. Estos métodos incluyen, sin limitación, el uso de detectores ópticos o magnéticos. En una modalidad, las señales de deflexión de cada una de las
microbalanzas son determinadas utilizando un fotodetector. En otra modalidad alternativa más, el sensor 19" es una microbalanza que comprende una viga voladiza; se identifican dos ejemplos en las Figuras VI y VII. En las Figuras VI-A y VI-B, una viga voladiza 31 comprende una configuración anular 32 para suspender un portaobjetos 18' que preferiblemente es una canasta colgante. La canasta está unida al anillo de la configuración anular 32 de la viga voladiza 31 mediante cualquier dispositivo adecuado, preferiblemente un alambre 30' . El Puente 33 de la viga voladiza comprende medidores de esfuerzos 4 en forma de piezo-resistores para efectuar el análisis de masa de una muestra colocada en el portaobjetos 18'. En las Figuras VII-A y VII-B, el sensor 19"' es una viga voladiza 31' que comprende una configuración de honda 32' para suspender un portaobjetos 18' que preferiblemente es una canasta colgante. La canasta portaobjetos 18' está unida a la configuración de honda 32 de la viga voladiza 31' mediante cualquier dispositivo adecuado, preferiblemente mediante un alambre 30". El puente 33' de la viga voladiza 31' comprende medidores de esfuerzos 4' en forma de piezo-resistores para efectuar el análisis de masa de una muestra colocada en el portaobjetos 18'. Las señales de las microbalanzas son leídas mediante un panel lector, y se procesan mediante una
microcomputadora. Se puede utilizar una señal de temperatura para compensar la dependencia de la temperatura del sensor. Se puede proporcionar la señal de temperatura desde un resistor o diodo separado, o se puede monitorear la resistencia total del puente. En mediciones donde la muestra se calienta o enfría, los voltajes termoeléctricos en las juntas pueden afectar las mediciones. Esto puede compensarse apagando periódicamente la fuente de corriente 11 y restando la salida de las mediciones. También se puede utilizar una excitación compuesta de corriente alterna (AC) y una medición fijada. La computadora está equipada con software adecuado para diseñar la prueba, controlar el entorno, y adquirir y analizar los datos para determinar las propiedades de las muestras. Preferiblemente, el análisis de masa se efectúa en un entorno controlado. El entorno puede ser controlado cuando las muestras y portaobjetos se colocan dentro de una o más cámaras selladas adecuadas que aislen al portaobjetos de condiciones no controlables del entorno. Las condiciones del entorno a controlarse comprenden, sin limitación, la presión, temperatura y composición de fluidos, por ejemplo, pero sin limitación, gases que circunden a las muestras y portaobjetos. Las presiones adecuadas comprenden entre 10"10 Torr y 300 bar, y preferiblemente entre 10"6 Torr y 150 bar;
generalmente, las temperaturas están en el rango de entre -200 y 1,000°C, y más usualmente menos de 500°C. Se puede utilizar cualquier dispositivo adecuado para calentamiento o enfriamiento conocido en la técnica para controlar la temperatura. La composición del medio fluido en el entorno controlado puede ser variada para pesar las muestras y efectuar las pruebas que se describen posteriormente. En el caso del medio fluido, los gases adecuados incluyen, sin limitación, uno o más de entre nitrógeno; monóxido de carbono; bióxido de carbono; amoniaco; SF6; argón, helio y otros gases inertes; y butano, pentano y otros hidrocarburos. Con frecuencia se varían las condiciones del entorno respecto al tiempo para determinar propiedades de la muestra, como se describirá posteriormente. La variación puede comprender uno o más cambios significativos de temperatura, de presión, y del entorno de la composición. Por ejemplo, se puede determinar una o más propiedades mediante los pasos de medir señales de salida de la serie de muestras, subsiguientemente exponer la serie de muestras a un cambio de condiciones del entorno, subsiguientemente medir segundas señales de salida de la serie de muestras, y determinar una o más propiedades de cada una de las muestras comparando la primera y segunda señales de salida. Se pueden repetir los pasos en las muestras probadas mediante secuencias de
exposición de series de muestras probadas a otros cambios en las condiciones del entorno, medir subsiguientemente otras señales de salida de la serie de muestras, y determinar una o más propiedades de cada una de las muestras comparando las señales de salida de las pruebas subsiguientes. Se pueden comparar las señales de deflexión de la serie de microbalanzas antes y después de los cambios en las condiciones del entorno. Preferiblemente se efectúa esto utilizando una curva de sensor conocida curve para cada una de entre la pluralidad de balanzas de resorte. También se puede medir la masa registrando la frecuencia propia de la balanza cargada, y relacionar esto con la ecuación xa = Vk/ , donde k es la rigidez del resorte, y m es la masa efectiva. Se pueden inducir las vibraciones mediante agitación externa de toda la serie, seguida por el monitoreo de las oscilaciones libres de cada balanza. El método puede ser utilizado para calibración, o mediciones cuando se superponen desviaciones considerables en la salida del transductor (por ejemplo por efectos termoeléctricos) . Usos La microbalanza de la presente invención podría tener uno o más de entre una variedad de usos además del pesado de muestras. Por ejemplo, dar seguimiento a cambios en el peso de las muestras debido a cambios en el entorno, o como función del tiempo, puede producir datos sobre el área
de superficie, tamaño y volumen de poros, acidez/basicidad y función metálica, entre otras características. Se puede dar seguimiento a los cambios del entorno debidos a cambios en la masa de las muestras, y la microbalanza puede ser utilizada para pruebas de reactividad. La serie de microbalanzas puede ser utilizada por sí misma para pesar muestras, para una serie de muestras. Esta función podría ser utilizada como paso de preparación para otra operación, por ejemplo análisis de caracterización, pruebas de reactividad o síntesis. Además, el cambio de peso por sí mismo podría ser una parte crucial de un análisis que implique exponer una serie de muestras a un conjunto específico de condiciones (por ejemplo, depósito de coque para una prueba de reactividad, o absorción de hidrógeno a alta presión) . Otros usos posibles incluyen, sin limitación: Isotermas de moléculas sonda fisisorbidas: - Área de superficie Se utiliza la ecuación de Langmuir (adsorción de capa única), la ecuación de BET (Brunauer, Emmett y Teller) (adsorción de capas múltiples), o cualquier otro método apropiado para determinar o calcular para derivar un área de superficie a partir de datos isotérmicos. Típicamente, se utiliza nitrógeno como adsorbato. - Volumen de poros Utilizando la ecuación de Kelvin, se expresa la
cantidad de adsorbato como un volumen de poros correspondiente . - Distribución de tamaño de poros Típicamente, se combina de diversas formas la isoterma de desorción con la ecuación de Kelvin para estimar el espesor de película de un adsorbato como una función de su presión parcial. Se usan estas ecuaciones para estimar la distribución de tamaños de poro para una muestra. - Capacidad de adsorción Para un conjunto dado de condiciones (presión y temperatura de vapor) , se mide la cantidad de moléculas sonda adsorbidas . Este valor es de interés para evaluar o comparar materiales. Los ejemplos típicos son are aplicaciones selectivas de adsorción y almacenado de gases. También es de interés la capacidad de adsorción para un solo adsorbente utilizando una serie de moléculas sonda de diversos diámetros cinéticos. Esto es análogo a las mediciones McBain, y ayuda a clasificar el tamaño de poros de un material. - Cinética de adsorción (difusión) Midiendo el índice de absorción de un gas sonda, se puede obtener una estimación de la constante de difusión para el sistema adsorbente/adsorbato. Al realizarse dentro de un rango de temperaturas, se puede utilizar este método para determinar una energía de activación para difusión. - Calores de adsorción
La medición de la capacidad de adsorción a varias temperaturas permite calcular el calor de adsorción para una muestra y adsorbato dados. Isotermas para moléculas sonda quimiosorbidas - Acidez Se puede utilizar la cantidad de base sonda adsorbida por una muestra para estimar el número de sitios ácidos para la muestra. Realizando mediciones de adsorción a varias temperaturas, o midiendo la cantidad de base desorbida como una función de la temperatura, se puede estimar la distribución de fuerza acida para una muestra. Ejemplos de moléculas sonda: NH3, CO, piridina, trimetilfosfina • Número de sitios ácidos • Fuerza de sitios ácidos - Basicidad Similar a la acidez, aunque utilizando moléculas sonda para caracterizar la basicidad. Ejemplos de moléculas sonda: eteno, propeno, 1-buteno • Número de sitios básicos • Fuerza de sitios básicos - Función metálica Seleccionando la molécula sonda apropiada, se puede caracterizar el metal o metales cargados en una muestra. Si se desconoce la cantidad de metal cargado en la muestra, se
puede utilizar la cantidad de moléculas sonda adsorbidas por los materiales que contienen una función metal para determinar la cantidad de átomos de metal expuesto. Si se conoce la carga de metal, se puede utilizar esta misma información para determinar el porcentaje de metal accesible para reacciones catalíticas. Este tipo de información podría ser muy útil para caracterizar la dispersión de metal como función de condiciones de impregnación, tratamientos secundarios (por ejemplo hidrotérmicos) , y desactivación debida a deposición de carbono. También se pueden utilizar cambios de masa en muestras, debido a redox de metales en una muestra, para caracterizar el contenido, dispersión y actividad de metal. • Absorción de CO • Absorción de H2S • Redox/absorción de H2/02 Muestreo atmosférico Se podría colocar un conjunto de materiales en la serie de microbalanzas, y exponerse a una corriente o gas de proceso de un entorno circundante, para caracterizar la corriente o gas de proceso. Un ejemplo sería el de seleccionar un conjunto de materiales microporosos que cubren un rango de tamaños de poros. Cada material adsorbería únicamente moléculas en un rango específico de tamaños. Comparando simultáneamente la cantidad adsorbida para cada
material, se puede caracterizar la corriente de gas. Similarmente, también se podrían utilizar materiales que contienen cationes específicos, conocidos por su capacidad para cambiar propiedades de adsorción, para caracterizar una corriente de gas. Experimentos de pulso de reacción - Coquificación Se pueden aplicar pulsos de corriente reactiva sobre una serie de muestras, y se puede medir la cantidad de carbono depositado para un pulso dado. Esto proporciona información sobre la reactividad, e índice de desactivación para una serie de muestras. - Redox Exponiendo una serie de muestras a un entorno oxidante y/o reductor, mientras se miden cambios de peso, proporciona información sobre la actividad y capacidad redox.
Esto sería similar a la prueba de metales anteriormente mencionada. - Polimerización Se puede estimar información sobre la actividad y cinética de catalizadores o iniciadores de polimerización, exponiendo estos materiales a un gas oligo erizable o polimerizable. Técnicas combinadas La combinación de dos o más técnicas para el
análisis in situ de propiedades de una serie de muestras sería una característica particularmente valiosa de la presente invención. - Mediciones de termografía IR + microbalanzas Las mediciones de microbalanzas podrían combinarse con mediciones de termografía IR. En este experimento, se introduce una base (o ácido) a la serie de muestras. Durante la exposición, la microbalanza monitorearía los cambios de peso, y la cámara IR monitorearía los cambios de calor y calor de adsorción. El uso simultáneo de ambas técnicas proporciona mucha más información que cada técnica por sí sola. Se puede combinar la información de ambas mediciones para determinar el número y fuerza de sitios ácidos (o básicos) en un material. • Acidez • Basicidad • Reactividad - Medición de temperatura + microbalanza Monitoreando los cambios de peso como función de la temperatura, el sistema podría funcionar como un atg (análisis termo-gravimétrico) combinado. Se podría dar seguimiento a fenómenos como desorción de agua como función de la temperatura, oxidación de plantillas para zeolitas (pasar aire durante la rampa de temperatura) , y cinética de la combustión de carbono para estudios de regeneración.
- Medición DRX + microbalanza Se podria combinar la medición de microbalanzas con una medición DRX (difracción de rayos X) . Se podría exponer una serie de muestras a un gas sonda en este sistema, que permitiría medir información estructural como función de la cantidad de gas sonda adsorbido. Algunos ejemplos de usos podrían ser: • Impacto de agua sobre el tamaño de celda unitaria
• Impacto de un hidrocarburo dado sobre el tamaño de celda unitaria • Impacto de carbono (coque) sobre el tamaño de celda unitaria (combustión de coque in situ) La descripción y ejemplos anteriores pretenden ser ilustrativos de la presente invención, sin limitar su alcance. El conocedor de la técnica comprenderá fácilmente cómo extrapolar parámetros de esta revelación a otras modalidades de la presente invención. La presente invención queda limitada únicamente por las reivindicaciones descritas en la presente.