RU2310188C2 - Spectroscopic method for determining material porosity - Google Patents
Spectroscopic method for determining material porosity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310188C2 RU2310188C2 RU2005130744/28A RU2005130744A RU2310188C2 RU 2310188 C2 RU2310188 C2 RU 2310188C2 RU 2005130744/28 A RU2005130744/28 A RU 2005130744/28A RU 2005130744 A RU2005130744 A RU 2005130744A RU 2310188 C2 RU2310188 C2 RU 2310188C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- porosity
- sample
- absorption coefficient
- determining
- spectroscopic method
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области определения пористости пористых материалов, в частности полимерных пленок.The invention relates to the field of determining the porosity of porous materials, in particular polymer films.
Известен спектроскопический способ определения пористости бумаги (патент ФРГ №19616018, кл. G01N 15/08, прототип), включающийA known spectroscopic method for determining the porosity of paper (Germany patent No. 19616018, class G01N 15/08, prototype), including
- изготовление образца;- sample production;
- размещение его перед источником излучения в видимой (с длиной волны 500-600 нм (нм - нанометр (10-9 м) - сокращение, принятое в спектроскопии)) или ультрафиолетовой (с длиной волны около 220 нм) областях светового спектра;- its placement in front of the radiation source in the visible (with a wavelength of 500-600 nm (nm - nanometer (10 -9 m) is the abbreviation adopted in spectroscopy)) or ultraviolet (with a wavelength of about 220 nm) regions of the light spectrum;
- регистрацию излучения пропускания;- registration of transmission radiation;
- определение общего объема пор - общей пористости - по экстремумам пропускания.- determination of the total pore volume — total porosity — by transmittance extrema.
Недостатки известного способа:The disadvantages of this method:
- ограниченность применения: исследуются тонкие пленки толщиной не более 50 мкм;- limited application: thin films with a thickness of not more than 50 microns are investigated;
- недостаточная точность определения из-за размытости экстремумов спектрограмм.- insufficient accuracy of determination due to blurring of the extrema of the spectrograms.
Технический результат настоящего изобретения заключается в том, что пористость определяется по интенсивным четким экстремумам, что повышает точность результата, а также в том, что способ позволяет определять пористость объемных пленок, имеющих толщину более 50 мкм.The technical result of the present invention lies in the fact that the porosity is determined by intense sharp extremes, which increases the accuracy of the result, and also that the method allows to determine the porosity of bulk films having a thickness of more than 50 microns.
Технический результат настоящего изобретения достигается тем, что изготавливаются эталоны пористости из монолитного материала, имеющего ту же химическую природу, что и исследуемый образец, с известным диаметром пор, затем их помещают перед источником ИК-излучения и по экстремумам их спектра пропускания определяют пористость с получением соответствующих градуировочных зависимостей, затем по экстремумам спектра пропускания исследуемого образца, с использованием градуировочных зависимостей находят его пористость.The technical result of the present invention is achieved by the fact that porosity standards are made of a monolithic material having the same chemical nature as the test sample with a known pore diameter, then they are placed in front of the IR radiation source and the porosity is determined by the extrema of their transmission spectrum to obtain the corresponding calibration dependences, then by the extrema of the transmission spectrum of the test sample, using the calibration dependences find its porosity.
Исследованием уровня техники установлено, что способов определения пористости с использованием ИК-спектроскопии не обнаруживается.A study of the prior art found that methods for determining porosity using IR spectroscopy are not detected.
Известен спектроскопический способ определения пористости бумаги (патент ФРГ №19616018, кл. G01N 15/08, прототип).A known spectroscopic method for determining the porosity of paper (Germany patent No. 19616018, class G01N 15/08, prototype).
Однако сравнение свойств совокупности признаков известного способа и заявляемого показывает, что:However, a comparison of the properties of the totality of the features of the known method and the claimed shows that:
- в известном способе образец облучают или в видимой (длина волны 500-600 нм), или в ультрафиолетовой (длина волны около 220 нм) областях электромагнитного диапазона, а в заявляемом способе используется инфракрасное излучение (длина волны более 760 нм);- in the known method, the sample is irradiated either in the visible (wavelength of 500-600 nm), or in the ultraviolet (wavelength of about 220 nm) regions of the electromagnetic range, and in the present method uses infrared radiation (wavelength of more than 760 nm);
- спектрограммы исследуемых образцов, полученные известным способом, имеют размытые экстремумы, что снижает точность определения пористости; в заявляемом способе пористость определяется по интенсивным четким экстремумам;- spectrograms of the studied samples obtained in a known manner have blurry extremes, which reduces the accuracy of determining porosity; in the inventive method, the porosity is determined by the intense clear extremes;
- известный способ допускает исследование тонких, толщиной не более 50 мкм, пленок, а заявляемым способом определяется пористость как тонких пленок, так и объемных образцов, имеющих толщину более 50 мкм.- the known method allows the study of thin films with a thickness of not more than 50 microns, and the porosity of both thin films and bulk samples having a thickness of more than 50 microns is determined by the claimed method.
Следовательно, заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия".Therefore, the claimed method meets the criterion of "significant differences".
Изобретение поясняется графическими материалами (Фиг.1÷4).The invention is illustrated in graphic materials (Figure 1 ÷ 4).
Фиг.1. Образец, монолитный (а) и с порами (б).Figure 1. Monolithic sample (a) and with pores (b).
Фиг.2. Изменение коэффициента поглощения в зависимости от пористости пленки ПНП (полиэтилена низкой плотности) толщиной 60 мм.Figure 2. The change in the absorption coefficient depending on the porosity of the PNP film (low density polyethylene) 60 mm thick.
Фиг.3. Изменение коэффициента поглощения для пленок на основе ПЭТФ с общей пористостью: 11,3%, 15,4%, 22,7%, 31,4%.Figure 3. Change in the absorption coefficient for PET-based films with total porosity: 11.3%, 15.4%, 22.7%, 31.4%.
Пористость материала, характеризующаяся пустотами или полостями, важна при изготовлении окрашенных синтетических волокон, наполненных пластиков, мембран, фильтров, суперсорбентов. Широко распространенными способами определения пористости полимерных материалов являются методы адсорбционной и ртутной порометрии, измерения плотностей, визуальные методы (оптическая, электронная и атомно-силовая спектроскопия). Каждый из них рассчитан на определенный рабочий диапазон размера пор и имеет те или иные ограничения. Наиболее существенными ограничениями являются большая длительность подготовки образцов к анализу, относительно низкая скорость обработки информации и разрушающее воздействие на образец. В некоторых случаях данные о пористости относятся к небольшому участку поверхности, вследствие чего отсутствует достоверная информация о пористости образца в целом.The porosity of the material, characterized by voids or cavities, is important in the manufacture of colored synthetic fibers filled with plastics, membranes, filters, superabsorbents. Widespread methods for determining the porosity of polymeric materials are adsorption and mercury porosimetry, density measurements, and visual methods (optical, electronic, and atomic force spectroscopy). Each of them is designed for a specific working range of pore size and has certain limitations. The most significant limitations are the long duration of preparation of samples for analysis, the relatively low processing speed of information and the destructive effect on the sample. In some cases, porosity data refer to a small surface area, as a result of which there is no reliable information on the porosity of the sample as a whole.
Известный спектроскопический способ определения общей пористости, основанный на облучении исследуемого образца ультрафиолетовым и видимым светом, дает удовлетворительные результаты только в случае ультрафиолетового излучения.The known spectroscopic method for determining the total porosity, based on the irradiation of the test sample with ultraviolet and visible light, gives satisfactory results only in the case of ultraviolet radiation.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Образец полимерного материала может иметь пористую поверхность (Фиг.1, а), либо поры распространены по всему его объему (Фиг.2, б).A sample of polymer material may have a porous surface (Figure 1, a), or the pores are distributed throughout its volume (Figure 2, b).
Для оценки общей пористости (концентрации и объема пор) образца методом ИК-спектроскопии в заявляемом способе выбирают интенсивную и наименее структурно-чувствительную полосу поглощения, с помощью которой рассчитывают коэффициент поглощения ε. ИК-излучение, проходя сквозь образец, "видит" истинную толщину dм. Отношение D/d отражает пористость образца в произвольных единицах (здесь D - оптическая плотность ИК-полосы поглощения, d - толщина образца). Чем больше пористость, тем меньше поглощение. Сравнивая коэффициенты поглощения пористых образцов ε с коэффициентом поглощения монолитного εм, можно рассчитать относительную пористость образца (%) по формулеTo assess the total porosity (concentration and pore volume) of the sample by the method of IR spectroscopy in the present method, the intensive and least structurally sensitive absorption band is selected, with which the absorption coefficient ε is calculated. IR radiation passing through the sample “sees” the true thickness d m . The D / d ratio reflects the porosity of the sample in arbitrary units (here D is the optical density of the IR absorption band, d is the thickness of the sample). The greater the porosity, the less absorption. Comparing the absorption coefficients of porous samples ε with the absorption coefficient of a monolithic ε m , we can calculate the relative porosity of the sample (%) by the formula
Зная значение коэффициентов поглощения образцов, полученных при различных технологических условиях, можно выбирать оптимальные методы их изготовления.Knowing the value of the absorption coefficients of samples obtained under various technological conditions, it is possible to choose the optimal methods for their manufacture.
Эталоны пористости изготавливаются прокалыванием монолитной пленки металлической иглой определенного диаметра, а также ее облучением пучком ускоренных на циклотроне тяжелых ионов ксенона или криптона.Porosity standards are made by piercing a monolithic film with a metal needle of a certain diameter, as well as by irradiating it with a beam of heavy xenon or krypton ions accelerated at the cyclotron.
Пример 1 выполнения способаExample 1 of the method
Определение пористости ПЭНП (полиэтилена низкой плотности).Determination of porosity of LDPE (low density polyethylene).
Эталоны пористости изготавливались путем прокалывания металлическими иглами диаметром от 100 мкм и выше монолитной пленки ПЭНП толщиной 60 мкм.Porosity standards were made by piercing with metal needles with a diameter of 100 μm and above a monolithic film of LDPE with a thickness of 60 μm.
ИК-спектры эталона исследуемого образца записывались на ИК-Фурье-спектрометре "Equinox 55" фирмы "Bruker" и решеточном спектрометре "Specord JR 75" фирмы "Carl Zeiss".The IR spectra of the standard of the test sample were recorded on an Equinox 55 Bruker IR Fourier spectrometer and a Carl Zeiss Specord JR 75 grating spectrometer.
Для оценки общей пористости как эталона, так и образца в ИК-спектре выбирали интенсивный экстремум, соответствующий частоте 730 см-1.To assess the total porosity of both the reference and the sample, an intense extremum corresponding to a frequency of 730 cm −1 was chosen in the IR spectrum.
Градуировочная зависимость изменения коэффициента поглощения в зависимости от общей пористости для эталонов пористости представлена на Фиг.2.The calibration dependence of the change in the absorption coefficient depending on the total porosity for the standards of porosity is presented in Figure 2.
По градуировочной зависимости Фиг.2, зная коэффициент поглощения исследуемого образца, находим общую пористость исследуемого образца ПЭНП.According to the calibration dependence of Figure 2, knowing the absorption coefficient of the test sample, we find the total porosity of the test sample LDPE.
Пример 2 выполнения способа.Example 2 of the method.
Определение общей пористости ПЭТФ (полиэтилентерефталата).Determination of the total porosity of PET (polyethylene terephthalate).
Эталоны пористости, так называемые трековые мембраны, изготавливались в Объединенном институте ядерных исследований (г.Дубна) путем облучения монолитных полимерных пленок пучком ускоренных в циклотроне тяжелых ионов ксенона или криптона. Толщина пленок - 25 мкм, диаметр полученных пор изменятся от 0,1 до 12,0 мкм. Для оценки диаметра пор эталона пористости использовался электронный сканирующий микроскоп "Raster Elektron Microscope Zeiss DSM 962" и оптический микроскоп "Neoplot 30".Porosity standards, the so-called track membranes, were made at the Joint Institute for Nuclear Research (Dubna) by irradiating monolithic polymer films with a beam of heavy xenon or krypton ions accelerated in the cyclotron. The film thickness is 25 μm, the diameter of the resulting pores will vary from 0.1 to 12.0 μm. To evaluate the pore diameter of the porosity standard, we used an Raster Elektron Microscope Zeiss DSM 962 electron scanning microscope and a Neoplot 30 optical microscope.
Для оценки общей пористости как эталона, так и образца в ИК-спектре выбирали интенсивный экстремум, соответствующий частоте 730 см-1.To assess the total porosity of both the reference and the sample, an intense extremum corresponding to a frequency of 730 cm −1 was chosen in the IR spectrum.
Градуировочная зависимость пористости ПЭТФ от коэффициента поглощения показана на Фиг.3. Зная коэффициент поглощения исследуемого образца, по градуировочной зависимости находили его пористость.The calibration dependence of the porosity of PET on the absorption coefficient is shown in Figure 3. Knowing the absorption coefficient of the sample under study, its porosity was found from the calibration curve.
Заявляемый способ может найти применение в производстве пористых материалов, в первую очередь сорбентов и полупроницаемых мембран.The inventive method can find application in the production of porous materials, primarily sorbents and semipermeable membranes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005130744/28A RU2310188C2 (en) | 2005-10-05 | 2005-10-05 | Spectroscopic method for determining material porosity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005130744/28A RU2310188C2 (en) | 2005-10-05 | 2005-10-05 | Spectroscopic method for determining material porosity |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005130744A RU2005130744A (en) | 2007-04-10 |
RU2310188C2 true RU2310188C2 (en) | 2007-11-10 |
Family
ID=38000086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005130744/28A RU2310188C2 (en) | 2005-10-05 | 2005-10-05 | Spectroscopic method for determining material porosity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310188C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2515118C2 (en) * | 2012-08-23 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method to measure porosity of bakery product and device for realisation |
RU2650710C1 (en) * | 2017-01-27 | 2018-04-17 | Маргарита Александровна Косарева | Method of determination of the paper porosity |
-
2005
- 2005-10-05 RU RU2005130744/28A patent/RU2310188C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2515118C2 (en) * | 2012-08-23 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method to measure porosity of bakery product and device for realisation |
RU2650710C1 (en) * | 2017-01-27 | 2018-04-17 | Маргарита Александровна Косарева | Method of determination of the paper porosity |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005130744A (en) | 2007-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10732093B2 (en) | Gas sensor | |
DE69915851T2 (en) | OPTICAL SENSOR WITH STACKED DIELECTRIC LAYERS | |
KR100917913B1 (en) | Spectral analyzer for measuring the thickness and identification of chemicals of organic thin films using CARS microscopy | |
DE19615366A1 (en) | Method and device for the detection of physical, chemical, biological or biochemical reactions and interactions | |
AT512291B1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE CO2 LEVEL IN A LIQUID | |
KR101350402B1 (en) | Noninvasive linearly-illuminated spatially offset Raman spectroscopy | |
Fontana et al. | Raman spectroscopic sensors for inorganic salts | |
EP0144713A2 (en) | Device for optically measuring concentration of substances | |
Macias et al. | Whisky tasting using a bimetallic nanoplasmonic tongue | |
US7715002B2 (en) | Method for classifying scientific materials such as silicate materials, polymer materials and/or nanomaterials | |
Kavkler et al. | Investigation of biodeteriorated historical textiles by conventional and synchrotron radiation FTIR spectroscopy | |
RU2310188C2 (en) | Spectroscopic method for determining material porosity | |
DE3938142C2 (en) | ||
Genest et al. | Molecular imaging of paper cross sections by FT-IR spectroscopy and principal component analysis | |
EP0800655B1 (en) | Method and device for evaluating at least one characteristic parameter of a body | |
Dong et al. | Terahertz time-domain spectroscopy of a simulated pore structure to probe particle size and porosity of porous rock | |
Csepregi et al. | Possible modifications of parchment during ion beam analysis | |
Zou et al. | Accurate determination of the layer thickness of a multilayer polymer film by non-invasive multivariate confocal Raman microscopy | |
JP2008506105A (en) | Spectroscopic carrier | |
WO2011048992A1 (en) | Measuring device and measuring method for measuring properties of a subject to be measured | |
Von Bohlen et al. | Spatially resolved element analysis of historical violin varnishes by use of μPIXE | |
RU2301986C1 (en) | Ir-spectroscopic method of determining sizes of pores of micro-porous material | |
DE102012106867B4 (en) | Apparatus and method for resonator-enhanced optical absorption measurement on samples with a small absorption cross-section | |
No et al. | Identification of plastics in cultural heritage collections by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) | |
Markova et al. | Use of Spectroscopic Methods to Study the Morphology of Polymeric Track Membranes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091006 |