Gaspyknometer

En gaspyknometer är en laboratorieanordning som används för att mäta densiteten - eller, mer exakt, volymen - av fasta ämnen, vare sig de är regelbundet formade, porösa eller icke-porösa, monolitiska , pulveriserade , granulära eller på något sätt finfördelade , med användning av någon metod för att gasförskjutning och volym:tryck-förhållandet känt som Boyles lag . En gaspyknometer kallas ibland också för en heliumpyknometer.

Typer av gaspyknometer

Gasexpansionspyknometer

Gasexpansionspyknometer är också känd som gaspyknometer med konstant volym. Den enklaste typen av gaspyknometer (på grund av sin relativa brist på rörliga delar) består av två kammare, en (med ett avtagbart gastätt lock) för att hålla provet och en andra kammare med fast, känd (via kalibrering) inre volym – referensvolym eller adderad volym. Anordningen innefattar dessutom en ventil för att släppa in en gas under tryck till en av kamrarna, en tryckmätningsanordning – vanligtvis en givare – ansluten till den första kammaren, en ventilförsedd bana som förbinder de två kamrarna och en ventilförsedd ventil från den andra av kamrarna. kammare. I praktiken kan provet uppta endera kammaren, det vill säga gaspyknometrar kan konstrueras så att provkammaren trycksätts först, eller så att det är referenskammaren som börjar vid det högre trycket. Olika designparametrar har analyserats av Tamari. Arbetsekvationen för en gaspyknometer där provkammaren trycksätts först är som följer:

$V_{s}=V_{c}+{\frac {V_{r}}{1-{\frac {P_{1}}{P_ {2}}}}}$

där Vs _volymen är provvolymen, Vc _är är volymen av den tomma provkammaren (känd från ett tidigare kalibreringssteg), _{Vr av} referensvolymen (återigen känd från ett tidigare kalibreringssteg), P1 är första trycket (dvs endast i provkammaren) och P2 är det andra (lägre) trycket efter expansion av gasen in i de _kombinerade volymerna av provkammaren och referenskammaren.

Härledning av "arbetsekvationen" och en schematisk illustration av en sådan gasexpansionspyknometer ges av Lowell et al. .

Pyknometer med variabel volym

Pyknometer med variabel volym (eller gasjämförelsepyknometer) består av antingen en enkel eller två kammare med variabel volym. Provcellsvolymen kan vara av olika typer och storlek, som G-DenPyc 2900-tekniken specificeras, volymen kan vara 0,1 ml upp till 500 ml. Volymen av kammaren/kammarna kan varieras antingen med en fast mängd med en enkel mekanisk kolv med fast rörelse eller kontinuerligt och gradvis med hjälp av en graderad kolv. Resulterande tryckförändringar kan avläsas med hjälp av en givare, eller annulleras genom justering av en tredje extra, graderad kammare med variabel volym. Denna typ av pyknometer är kommersiellt föråldrad; 2006 ASTM tillbaka sin standardtestmetod D2856 för innehållet av öppna celler i stel cellplast genom luftpyknometern, som förlitade sig på användningen av en pyknometer med variabel volym, och ersattes av testmetoden D6226 som beskriver en gasexpansionspyknometer.

Praktisk användning

Volym vs densitet

Även om pyknometrar (av vilken typ som helst) känns igen som densitetsmätningsanordningar , är de i själva verket anordningar för endast volymmätning. Densiteten beräknas bara som förhållandet mellan massa och volym; massa som alltid mäts på en diskret enhet, vanligtvis genom vägning . Volymen som mäts i en gaspyknometer är den mängd tredimensionellt utrymme som är oåtkomligt för den använda gasen, dvs den volym i provkammaren från vilken gasen är utesluten. Därför kommer volymen som mäts med hänsyn till den finaste skalan av ytjämnhet att bero på gasens atomära eller molekylära storlek. Helium ordineras därför oftast som mätgas, inte bara är den liten, den är också inert och den mest idealiska gasen .

Stängda porer, det vill säga de som inte kommunicerar med den fasta ytan, ingår i den uppmätta volymen. Helium kan dock uppvisa en viss mätbar permeabilitet genom fasta ämnen med låg densitet ( polymerer och cellulosamaterial övervägande) och därmed störa mätningen av fast volym. I sådana fall är större molekylgaser såsom kväve eller svavelhexafluorid fördelaktiga.

Adsorption av mätgasen bör undvikas, liksom överdrivet ångtryck från fukt eller andra vätskor som finns i det annars fasta provet.

Ansökningar

Gaspyknometrar används flitigt för att karakterisera en mängd olika fasta ämnen såsom heterogena katalysatorer , kol , metallpulver , jordar, keramik , aktiva farmaceutiska ingredienser ( API) och hjälpämnen , petroleumkoks , cement och andra konstruktionsmaterial, cenosfärer och fasta mikrobollar av glas skum .

Anteckningar

• Pyknometer är den föredragna stavningen i modern amerikansk engelska . Pyknometer finns i äldre texter och används omväxlande med pyknometer på brittisk engelska . Termen har sitt ursprung i det grekiska ordet πυκνός, som betyder "tät".
• Densiteten beräknad från en volym som mäts med en gaspyknometer kallas ofta för skelettdensitet , sann densitet eller heliumdensitet .
• För icke-porösa fasta ämnen kan en pyknometer användas för att mäta partikeldensitet .
• Ett extremt exempel på gasförträngningsprincipen för volymmätning beskrivs i US patent 5 231 873 (Lindberg, 1993) där en kammare som är tillräckligt stor för att hålla en flakbil används för att mäta volymen av en timmerlast .

Se även

• Pyknometer

externa länkar

• ASTM International , tidigare känt som American Society for Testing and Materials.
• USA:s patent- och varumärkesmyndighet .
• MPIF : Metal Powder Industries Federation.
• USP : United States Pharmacopeia.
• DIN Deutsches Institut für Normung eV (Tyska institutet för standardisering).