книги из ГПНТБ / Паничкина, В. В. Методы контроля дисперсности и удельной поверхности металлических порошков

12, 20, Уровень ртути в измерительных бюретках и манометре ре­

ртуть в манометре под репер, устанавливая при этом первоначальное

ных измерений, в частности при низкотемпературной адсорбции азо­ та, часть ампулы находится при температуре жидкого азота, то ка­ либровку проводят следующим образом.

Вначале по описанной методике находят объем всей ампулы при

занимаемый газом, измеряют при погружении ампулы на определенную

62

ется в соответствии с законом газового состоянію следующим обра-

температуры, а изменяется только масса газа, находящегося в ампуле,

63-

65

Рис. 25, Установка для определения удель. ной поверхности по адсорбции воздуха.

лем 4 вакуум создается охлаждением активированного угля жидким азотом. Путем последующей частичной десорбции воздуха при раз­ мораживании угля с одновременным отключением с помощью треххо­ дового крана 3 емкости с углем от системы в ней достигается не­ которое точно фиксируемое давление. Охлаждая затем ампулу с об­ разцом жидким азотом, измеряют количество адсорбированного воз­ духа по изменению давления, после установления адсорбированного равновесия. Повторяя измерения при различных давлениях получают полную изотерму адсорбции, •

Расчет количества вещества, адсорбированного в монослое про­ водят по одному из приведенных методов (БЭТ, точка В либо по одной адсорбированной точке при определенном относительном

женный Клячко-Гурвичем, очень прост в использовании, доступен для любой лаборатории. Проведенная авторами /367 проверка ме­ тода указывает на его удовлетворительное совпадение с данными, полученными на обычной объемной адсорбционной установке.

Можно использовать также принцип, предложенный И.Н.Дужанским & V для определения удельной поверхности саж. Установ­ ка проста в использовании, однако также не может претендовать на точность. Проба сажи в данном случае находится в лодочке, поме­ щенной в трубочке, связанной с вакуумом.

После откачки система при комнатной температуре заполняет­ ся газом. Давление фиксируется шариковой бюреткой с делениями. Охлаждение лодочки с пробой сажи в жидком азоте приводйт к ад­ сорбции газа на поверхности сажи, а следовательно, и к изменению давления, которое устанавливается по шариковой бюретке.

66

Описанные выше упрощенные методы определения удельной по­ верхности твердых тел могут использоваться в тех случаях, когда

чае погрешность по величине будет соизмерима с измеряемой поверх­ ностью твердого тела.

Кроме наиболее распространенных объемных адсорбционных-ус-> тановок иногда используют весовые методы анализа количества ад­ сорбированного вещества. Принцип измерений на весах основан на определении (при помощи катетометра) растяжения кварцевой ши металлической спирал и, происходящего в результате увеличения веса образца, при поглощении им адсорбата.

Весовая установка (рис. 26) состоит из гребенки, связанной посредством вакуумных кранов 10,11, 13 с колбами, заполненными различными газами, и весового реактора, в последнем 1 находится термостатируемая кварцевая либо металлическая спираль 2, корзин­

ко в случае твердых тел с большими удельными поверхностями (свы­ ше 50 м4/г ), так как при малых поверхностях вес адсорбированного

небречь, либо установить калибровкой один раз для всех последую­ щих измерений.

Изменения веса навески при адсорбции фиксируют с помощью выпускаемых промышленностью катетометров (КМ-6), Количество адсорбированного вещества в этой случае выражается в граммах,; Эти значения подставляют непосредственно в формулу для опреде­ ления удельной поверхности твердых тел (П.4а).

Весовой метод анализа полезен для массовых измерений удель­ ной поверхности, так как он позволяет использовать вместо одног го реактора 1 (рис.26) шесть-восемь последовательно соединенных реакторов. Проводят одновременно откачку всех реакторов, по кате­ тометру фиксируют положение спиралей, т.е. вес . всех исследуе­ мых образцов в вакууме. Выключают откачку, реакторы с помощью трехходовых вакуумных кранов 8 отделяют от" гребенки с газами. По манометру 12 отбирают определенную порцию адсорбирующегося

67

Рис, 27. Установка для определения удельной поверхности порош­ ков газохроматографическим методом тепловой десорбции:

1 , 2 - баллоны с аргоном и гелием; 3 - редуктор; 4 - венти­ ли тонкой регулировки подачи газа; 5 - фильтры; 6 - калиброван­ ные реометры; 7 - кислородные печн; 8 - смеситель; 8, 10 - ко­ лонки с силикагелем и активированным углем; 11 - ловушка, ох­ лаждаемая жидким азотом; 12 - фильтры со стеклотканью; 13 - из­

Установка для определения удельной поверхности порошков га­ зохроматографическим методом тепловой десорбции (рис.27) вклю­ чает, наряду с основными элементами-сравнительной, и измеритель­ ной ампулами, катарометром и электронным самопишущим прибором - систему очистки газов,

, При использовании баллонов' с техническими газами должна быть Предусмотрена острая осушка, улавливание примесей масла и кислорода. Следы масла задерживаются на фильтрах 5 со стеклян­ ной ватой или активированным углем, кислород-на медном катализа­ торе 7} приготовленном в соответствии с методикой /447, следы влаги - в колонках с силикагелем и активированным углем (8-11), а также на фильтрах со стеклотканью 12. Для, лучшей осушки газа ловушки (11, 12) помешают в жидкий азот, . '

В случае использования спектрально чистых газов нет необхо­ димости в применении приведенной системы очистки. Газ из бал­ лонов достаточно пропускать через одну осушительную коллону с силш кагелем, охлаждаемую жидким азотом.

68

Принцип определения удельной поверхности порошков газохро­ матографическим методом тепловой десорбции следующий. Смесь газов, например аргона (адсорбата) и гелия (носителя), через сис^ тему очистки поступает в две ампулы, в одной из которых находит­ ся проба порошка определенного веса. Проходя ампулы, газ подает­ ся на ячейки катарометра: сравнительную и измерительную. Дейст­ вие катарометра основано на зависимости теплоотдачи чувствитель­ ных элементов (платиновые или вольфрамовые нити диаметром 2025 мк, или термисторы), находящихся в сравнительной и изме­ рительной ячейках, от состава газовой смеси.

Чувствительные элементы являются плечами моста Уитстона, сигнал которого зависит от его сопротивления и, следовательно, от температуры. Температуру нитей, в свою очередь, определяют при заданном токе накала и скорости газового потока, теплопроводностью газовой смеси, т.е, ее составом. Поэтому изменение состава га­ зовой смеси вызывает разбаланс моста и приводит к соответствую­ щей записи на потенциометре пиков адсорбции и десорбции.

При определении количества адсорбированного вещества в рас­ чет принимается десорбционный пик, как более четкий, менее раз­ мытый, менее чувствительный к небольшим изменениям в скорости газового потока. Это значительно уменьшает ошибки при вычисле­ нии площади пика. Большая четкость десорбционного пика связана с большей скоростью десорбции по сравнению со скоростью адсорб­ ции при низких температурах. Площадь пика может быть измерена либо непосредственно планиметром, либо косвенным образом путем взвешивания вырезанного пика на аналитических весах.

В том и другом случаях расчет проводят на площадь пика. Пред­ варительно отыскивается коэффициент пересчета с плошали дгсорбционного пика на удельную поверхность образца К

Для этого снимается десорбционный пик на образце с известной удель­ ной поверхностью. Определяют площадь по выше описанным мето­ дам и находят коэффициент К,

При измерении удельной поверхности методом тепловой десорб­ ции газа можно снимать либо полную изотерму-адсорбции, либо поль­ зоваться для расчетов одной адсорбционной точкой.

Для построения полной изотермы адсорбции следует изменять концентрацию газа-адсорбата в смеси с газом-носителем. Концент­ рацию газа-адсорбата регулируют изменением скорости потоков га­ за-адсорбата и газа-носителя. Скорость потока фиксируют на вхо­ де либо на выходе из ловушек сравнительной и измерительной с по­ мощью калиброванных реометров,

70