Para caracterização fácil, rápida e altamente precisa de materiais porosos
As características destacadas do Microtrac BELSORP MINI X resultam em resultados com excelente repetibilidade, com tempos de medição significativamente reduzidos. O Mini X é equipado com até 4 posições de medida e novas funções para alta produtividade inclusive controle de múltiplas unidades.
O BELSORP MINI X é meticulosamente desenhado para medir área superficial específica, distribuição de tamanho de poros e volume de poros com precisão extremamente boa. Equipado com sensores de pressão dedicados para cada posição de medida e uma posição dedicada para pressão de vapor saturada, permite medidas simultâneas completamente independentes. O novo software de operação melhora a produtividade do usuário alinhando os procedimentos de medida com instruções passo a passo no software, visualizando o progresso da análise e enviando os resultados via e-mail. Dependendo da quantidade de amostras, versões com 3 ou 4 posições de medida são oferecidas. Adicionalmente, o software novo de análise (BELMASTERTM) permite a avaliação de estruturas de uma gama de materiais mais ampla que nunca.
Áreas superficiais específicas de BET de 0,01 m2/g ~ (N2) e distribuição de tamanho de poros de 0,7 ~ 500 nm (opção: 0,35 ~ 500 nm pelo método de sonda molecular).
Medidas simultâneas de múltiplas amostras
Até 4 amostras podem ser analisadas simultâneamente, reduzindo o tempo de análise para múltiplas amostras significativamente.
Múltiplas opções de medição
Este instrumento reúne medições altamente precisas com vários modos de alto rendimento (p. ex., modo Quick BET, Otimização de Dosagem de Gás). Pode ser usado de forma flexível, dependendo das necessidades do cliente, enquanto as instruções passo a passo integradas facilitam o uso, mesmo para usuários inexperientes.
Fácil de usar: Configuração simples de software de medição
O BELSORP MINI X é um sistema de medição totalmente automático que permite ao usuário definir facilmente as condições de medição usando o Modo Simples. Este modo permite medições precisas com informações mínimas da amostra (p. ex., condições de pré-tratamento e faixa de medição). Isso é particularmente útil para materiais desconhecidos. Configurações de medição detalhadas podem ser definidas por usuários experientes no modo Profissional. Este sistema permite que qualquer pessoa obtenha facilmente resultados precisos de medição.
Gas Dosing Optimization (GDO) A função de Otimização de Dosagem de Gás (GDO) calcula a dosagem ótima de gás de resultados anteriores de medição. Esta função pode reduzir os tempos de análise significativamente.
1. Load an existing isotherm | 2. Display of expected isotherm | 3. Input of measurement range | 4. Automatic optimization of conditions such as gas introduction volume |
Medida inovativa de "espaço livre" para máxima precisão (AFSMTM) O controle rigoroso do nível dos meios de refrigeração (p.e. nitrogênio ou árgon líquido) não é necessário com o BELSORP Mini X. Em vez disso, implementamos o nosso método pioneiro de medição contínua do volume livre: O patenteado Advanced Free Space Measurement (AFSMTM). Este método alcança o maior nível de reprodutibilidade usando um porta-amostra de referência para acompanhar a mudança de volume livre em tempo real. Num primeiro momento, o equipamento determina o volume livre da célula de referência e da célula da amostra. Em seguida, enquanto a análise procede, qualquer mudança no volume livre terá o efeito igual nas duas células. Assim, alterações no volume livre podem ser compensadas através da célula de referência. Exemplos de causas para flutuação do volume livre são:
1. Room temeprature change | 2. Pref | 3. Psmp | 4. Intial pressure | 5. The sample tube temperature changes due to the change of LN2 level | 6. Liquid nitrogen temperature changes due to oxygen dissolution | 7. AFSM | 8. Sample
Medidas de adsorção sem uso do gás Hélio (AFSMTM2)
Num primeiro passo, o volume livre de células de referência e amostra (branco) é determinado usando o gás de adsorção na temperatura adequada de adsorção. Em seguida, as medidas de adsorção podem ser executadas usandos as duas células sem gás de hélio. Nas mesmas condições de medida, os resultados podem ser obtidos em tempo menor, porque as mudanças de volume livre são iguais para ambas as células. Não precisa de procedimentos demorados para manter o nível de nitrogênio líquido constante entre a medida do branco e a medida da adsorção do volume livre.
1. Reference cell for measuring fluctuations within free space continously | 2. Reference cell | 3. Sample cell | 4. Liquid level 1 | 5. Liquid level 2
AFSM (He-based method)
AFSM2 (He-free method): Step 1 --> 4 --> 7 --> 8 --> 9
Compacto & Leve
Através da otimização dos componentes foi possível construir um equipamento compacto e com peso leve.
Pré-tratamento de amostra na porta de medição
Para uma determinação acurada de adsorção, o pré-tratamento das amostras é necessário. O procedimento de pré-tratamento (também chamado processo de ativação) é normalmente feito aplicando vácuo e calor para remover qualquer gás adsorvido e/ou água da superfície do material sem afetar a estrutura da amostra (evitar denaturação). Microtrac oferece duas opções para pré-tratamento de amostras. Normalmente preferida por causa do aumento de produtividade é a preparação externa nas estações de tratamento BELPREP VAC II ou III. Como alternativa, a ativação pode ser feita diretamente na posição de medida do BELSORP MINI X usando um aquecedor (veja lista de acessórios). Usando o aquecedor, a transferência da estação externa para o equipamento é eliminada, o que é uma opção importante para amostras sensíveis (p.e. hidrofílicas).
Análise de dados O software de análise BELMASTER oferece uma interface intuitiva e potente para a avialiação básica e avançada de dados, desde a visualização simples de isotermas de adsorção/desorção ou a determinação da área superficial específica usando os métodos de Langmuir ou BET até avaliações mais complexas como a do volume de poros aplicando o método t-plot ou aS, análises de meso-poros com os métodos DH e BJH, de micro-poros com os métodos HK ou SF, ou análises via GCMC / NLDFT, entre muitos outros.
Microtrac oferece vários acessórios para toda a linha dos analisadores de adsorção de gás e vapor.
Os consumíveis padrão incluem células de amostra, hastes de enchimento, filtros, O-rings, tampas e plataformas de pesagem. Vários tamanhos de células de amostra, vedações rápidas e outros consumíveis opcionais também estão disponíveis.
Troca o Dewar facilmente por um banho de água para temperaturas entre -10°C até +70°C. Um banho termostático é necessário adicionalmente.
Pré-tratamento das amostras de 50°C até 450°C. Com esta opção as amostras podem ser tratadas diretamente na posição de medida, sem necessidade de transferência da amostra da estação de tratamento externo para o equipamento. Conveniente para amostras sensíveis (p.e. material hidrofílico).
O seletor de gás permite a conexão de até 4 adsorventes simultaneamente (1 x hélio + 4 x adsorventes).
Os analisadores de adsorção de gás da Microtrac são usados numa variedade de campos de aplicação. Eles incluem catalisadores, baterias, fibras, materiais poliméricos, zeólitas, células de combustível, produtos químicos, pigments, cosméticos, MOF/PCP, pós magnéticos, membranas de separação, filtros, tintas, cimentos, cerâmicas, semi-condutores, e muitos mais.
Os princípios de medição de adsorção volumétrica são explicados em nossa base de conhecimento:
| Princípio de medição | Método volumétrico + AFSM™ |
| Gás de adsorção | Nitrogênio (N2), Argônio (Ar), Metano (CH4), Etano (C2H6), Dióxido de carbono (CO2), Hidrogênio (H2), n-Butano (n-C4H10), iso-Butano (iso-C4H10) e outros gases não-corrosivos |
| Entradas de gás | 2 portas (5 portas max.) |
| Quantidade de medidas (modo de alta precisão) | Max. 4 portas simultaneamente (3 portas no modo de alta precisão) |
| Faixa de medição (área superficial específica) | 0,01 m2/g e acima (N2) (dependendo da densidade da amostra) |
| Distribuição de tamanho de poros (diâmetro) | 0.7 - 500 nm, Opção: 0.35 nm possível com método molecular probe |
| Isoterma de baixa pressão | p/p0 = 10^-4 (N2 @77K, Ar @87K) |
| Transdutor de pressão | 133 kPa (1000 Torr) x 6 unidades |
| Válvula de vácuo / bomba | Bomba rotativa |
| Tubo de amostra | Tubo Standard, aprox. 1.8 cm3 (opcional: 5 cm3) |
| Vaso de Dewar | Volume: 2 l Tempo de retenção: 30 h |
| Aquecedor de pré-tratamento | 50 - 450°C (4 portas) |
| Banho-maria | -10 - 70°C (4 portas) |
| Software analítico BELMaster™ 7 | Adsorção isotérmica, área superficial específica BET tipo I (ISO 9277)autoanálise BET, área superficial específica de Langmuir, método BJH, DH, CI, INNES |
| Software analítico BELMaster™ 7 cont. | t-plot, NLDFT / GCMC (OP BELSim™), método MP, método de Dubinin-Astakhov, detetor molecular, cf. parcela |
| Dimensões (L x A x P) | 280 x 650 x 465 mm (sem bomba de vácuo e PC) |
| Peso | 38 kg (sem bomba de vácuo e PC) |
| Utilidade - Gás | He, N2 (pureza de 99,999% ou mais), 0,1 +/- 0,02 Mpa, junta: 1/8" Swagelok Exaustão: saída da bomba rotativa exaustora: ø 11 mm |
| Utilidade - Potência | Monofásico, AC 100~240 V (50 / 60 Hz) / 10A (incl. R.P.), 50 / 60 Hz |
| Certificado CE | sim |
| Monitor recomendado | Monitores Full HD |
Ao desenvolver o software, concentramo-nos em simplificar as operações e equipá-lo com diversas funções para aumentar a produtividade do trabalho. Como os instrumentos BELSORP oferecem muitos recursos, é importante torná-los fáceis de usar. Nosso software irá guiá-lo passo a passo para a implementação de diversos procedimentos, ou seja, execução de medições, substituição de cilindros de gás e purga do manifold. As instruções passo a passo permitem que usuários de todos os níveis de experiência usem os máquinas com segurança e eficácia. Dependendo do nível de experiência do usuário, dois modos são oferecidos: Modo Simples e Modo Profissional. O Modo Simples permite uma operação fácil, diminuindo a capacidade de personalização da medição – as únicas informações necessárias são a identificação da amostra, a seleção das condições de pré-tratamento (ignoráveis se feitas externamente) e os pontos de medição. Esta medição de baixa manutenção é ideal para medir amostras desconhecidas. Se estiver disponível uma medição anterior com comportamento de sorção comparável, a função de Otimização de Dosagem de Gás (GDO) pode ser usada para reduzir o tempo de medição. O Modo Profissional oferece ao usuário uma configuração detalhada da medição, ou seja, configurações de dosagem, critérios de equilíbrio, opção de verificação de vazamentos e muito mais.
A isoterma de sorção é definida como relação entre a quantidade adsorvida sobre um substrato e a pressão de equilíbrio do gás (adsorbato) - normalmente relacionado à pressão de vapor de saturação - em temperatura constante. A isoterma de adsorção de gás (p.e. nitrogênio) entrega informação sobre a área superficial específica, a distribuição de tamanho de poros e o volume de poros do material analisado. O seguinte gráfico mostra algumas isotermas típicas.
O termo área superficial específica (SSA) se refere à área superficial acessível de uma amostra e é de grande importância para processos de adsorção e reações catalíticas homogêneas e heterogêneas. A área superficial específica pode ser calculada de acordo com a ISO 9277 com o método BET (BET: Brunauer, Emmett and Teller) ou via o método de Langmuir. O gráfico seguinte mostra um exemplo para a avaliação da área superficial específica de acordo com o método BET no software BELMASTER:
Selecione a faixa correta de pressão (BET multipoint) ou um ponto de medida (BET single point) e a área superficial será calculada automaticamente. Além disso, BELMASTER software fornece o cálculo da área superficial BET de acordo com a ISO 9277 Annex C (também conhecido como Rouquerol-plot), que é recomendado para materiais micro-porosos.
A capacidade do BELSORP MINI X para analisar amostras de pequena área superficial com alta precisão e sem a necessidade de gás criptônio (não precisa de transdutor adicional de pressão ou controlador de temperatura criogênico), alêm do "método rápido BET" (Quick BET method) que permite aos usuários obterem área superficial específica BET (p.e. em três pontos) de 4 amostras em aprox. 15min, cementou a posição do BELSORP mini X como equipamento de classe superior. Distribuições de tamanho de poros de 0.7 nm (opcionalmente 0.35nm) até 500nm são obtidas através do software BELMASTER das isotermas determinadas experimentalmente.
As seguintes medidas foram executadas usando o método patenteado Advanced Free Space Measurement (AFSMTM). Este método possibilita alta reprodutibilidade usando uma célula de referência para acompanhar as mudanças no volume livre. O equipamento determina o volume livre inicial das células de referência e amostra. Como a mudança é igual nas duas células (condições de ambiente iguais), alterações podem ser acompanhadas continuamente através da mudança de pressão na célula de referência. Num ensaio, o material de referência certificado CRM-170 (alûmina alfa não-poroso; valor certificado da área superficial específica BET com nitrogênio SSA: 1.05 ± 0.05 m2/g) foi usado para verificar a acurácia da medida na faixa de áreas superficiais totais (TSA) muito baixas. Apesar da TSA ser reduzida de aprox. 2 m2 até menos de 0.4 m2, o valor da área superficial específica (SSA) se manteve praticamente igual.
| Amostra | Ads. | Área superficial total no porta-amostra [m2] | Quantidade de amostra [g] | SSA BET [m2/g]*1 | constante C |
| BCR-170_1 | N2 | ~2 m² | ~1.94 | 1.03 | 114 |
| BCR-170_2 | N2 | ~1 m² | ~1.12 | 1.02 | 143 |
| BCR-170_3 | N2 | ~0.7 m² | ~0.75 | 1.03 | 101 |
| BCR-170_4 | N2 | ~0.4 m² | ~0.38 | 1.02 | 50 |
*Coeficiente de correlação 0.9995 ou maior
O modo Quick BET Mode pode ser usado para maximizar a produtividade para medidas de área superficial específica BET. Neste modo é possivel determinar tres pontos de adsorção BET para quatro amostras em aprox. 15 minutos (a densidade da amostra tem que ser conhecida). Além disso, o modo Quick BET oferece dois tipos de determinação do volume livre: Primeiro, o input do volume livre economiza muito tempo. Uma vez determinado para a célula de medição, o arquivo do volume livre (extensão dvd) pode ser re-utilizado para medidas futuras Quick BET. Segundo, o volume livre pode ser determinado com a medida atual. A comparação das áreas superficiais BET da medida completa da isoterma (modo standard) e do modo rápido (Quick BET) mostramos nos gráficos e tabelas seguintes:
| Amostra | Ads. | Multi-point BET SA [m2/g] | Single-point BET SA [m2/g] | ||
| Modo Standard | Quick BET | Modo Standard | Quick BET | ||
| 1 | N2 | 189.9 | 190.5 | 188.1 | 190.3 |
| 2 | N2 | 75.7 | 77.4 | 74.7 | 75.7 |
*Multi-point BET na faixa de p/p0 de 0.05 - 0.30, single-point BET em p/p0 of 0.20
Os resultados obtidos no modo Standard através de multi-poin BET são considerados os mais acurados. As medidas de área superficial BET multi-ponto, em ponto único e através do Quick BET entregam resultados completamente compatíveis com o método standard, apesar do tempo de medida significativamente reduzido para aprox. 15min para tres amostras (multi-point BET). Este modo pode ser recomendado para otimizar a produtividade, p.e. no controle de qualidade.
Análise da distribuição do tamanho dos poros utilizando os métodos NLDFT e GCMC
Os cálculos clássicos de distribuições de tamanho de poros (PSD) são os métodos de INNES (formato de fenda) e os métodos BJH, DH, CI (formato de cilindro), que avaliam meso-poros na base da teoria de condensação capilar. Os métodos HK (fenda), SF (cilindro) e CY (gaiola) podem ser usados também para avaliar micro-poros baseado na teoria do potencial de adsorção. Os métodos DA e DR são comumemente usados para a determinação do volume e estrutura de poros. Os métodos novos para cálculo de PSD e capacidade, NLDFT e GCMC, são aplicáveis numa faixa ampla de micro- até meso- ou até macro-poros), mais precisos e especificados na ISO15901-2.
| Teoria | Superfície de interação e gás | Adsorbato | Faixa de tamanho de poros aplicável |
| Método BJH, CI, DH, INNES |
Equação de Kelvin (tensão superficial e ângulo de contato) |
Densidade líquida aparente | > 2 nm Mesoporos e macroporos |
| Métodos HK (fenda), SF (cilindro) e CY (gaiola) | Potencial de Lennard-Jones (força de interação e repulsão) |
Densidade líquida aparente | 0,4 - 2 nm Microporos |
| NLDFT, GCMC | Modelo termodinâmico estatístico | 0,35 - 500 nm Gama completa de poros |
|
*1 BELSORP MINI X é equipado com transdutores de pressão 1000 torr; isoterma começa de ~p/p0 de 1x10-4
*2 Opção: 0.35 nm possível com método "molecular probe"
Nos últimos anos houve um foco na avaliação de estrutura de poros usando simulações em computadores, como a análise moderna de distribuição de poros com os métodos NLDFT (Non-localized Density Functional Theory) e GCMC (Grand Canonical Monte Carlo), que se aplicam a micro- até macro-poros com uma única teoria. As distribuições obtidas aplicando métodos clássicos e modernos às mesmas isotermas de adsorção são diferentes. Até existem diferenças entre os métodos modernos, por que a pressão de preenchimento de resultante de cada teoria é diferente. Microtrac fornece métodos de avaliação cobrindo uma ampla faixa de tamanhos de poros e de adsorbatos, como N2 (77.4 K), Ar (87.3 K), e CO2 (298 K). Usamos NLDFT / GCMC kernels para poros em forma de fenda, cilindro e gaiola, com carbono e átomos superficiais de óxidos de metais, resultando na mais apropriada descrição de materiais porosos.
O software BELMASTER permite uma comparação fácil entre isotermas obtidas experimentalmente e simuladas, sendo a isoterma experimental a base de cálculo para PSD.
Na parte seguinte é dado um exemplo de cálculo da distribuição de tamanho de poros pelo método BJH:
Sujeito a alterações técnicas e erros
