Газовый пикнометр - Gas pycnometer

А газовый пикнометр лабораторное устройство, используемое для измерения плотность - или, точнее, объем - твердых тел правильной формы, пористый или непористый, монолитный, порошкообразный, гранулированный или каким-то образом измельченный, используя некоторый метод вытеснения газа и соотношение объема: давления, известное как Закон Бойля. Газовый пикнометр также иногда называют гелиевым пикнометром.

Типы газового пикнометра

Пикнометр расширения газа

Пикнометр расширения газа также известен как пикнометр газа постоянного объема. Самый простой тип газового пикнометра (из-за относительного отсутствия движущихся частей) состоит из двух камер: одной (со съемной газонепроницаемой крышкой) для удерживания образца и второй камеры фиксированной, известной (через калибровка ) внутренний объем - называется контрольным объемом или добавленным объемом. Устройство дополнительно содержит клапан для впуска газа под давлением в одну из камер необходимо устройство измерения давления - обычно преобразователь - соединен с первой камерой вентилируемым каналом, соединяющим две камеры, и вентилируемым клапаном из второй из камер. На практике образец может занимать любую камеру, то есть газовые пикнометры могут быть сконструированы таким образом, что в камере для образца сначала создается давление, или так, что эталонная камера начинается с более высокого давления. Тамари проанализировала различные конструктивные параметры.[1] Уравнение работы газового пикнометра, в котором сначала создается давление в камере для образца, выглядит следующим образом:

куда Vs объем образца, Vc - объем пустой камеры для образца (известный из предыдущего шага калибровки), Vр - объем контрольного объема (снова известный из предыдущего шага калибровки), п1 - первое давление (т.е. только в камере для образца) и п2 - второе (более низкое) давление после расширения газа в объединенные объемы камеры пробы и камеры сравнения.

Вывод "рабочего уравнения" и схематическая иллюстрация такого пикнометра расширения газа даны Лоуэллом. и другие..[2]

Пикнометр переменного объема

Пикнометр переменного объема (или пикнометр для сравнения газов) состоит из одной или двух камер переменного объема. Объем ячейки для образца может быть разного типа и размера, как указано в технологии G-DenPyc 2900, объем может составлять от 0,1 мл до 500 мл. Объем камеры (камер) может изменяться либо на фиксированную величину с помощью простого механического поршня с фиксированным ходом, либо плавно и плавно с помощью градуированного поршня. Результирующие изменения давления могут быть считаны с помощью датчика или сведены на нет регулировкой третьей вспомогательной градуированной камеры переменного объема. Этот тип пикнометра коммерчески устарел; в 2006 г. ASTM отозвал свой стандартный метод испытаний D2856[3] для определения содержания открытых ячеек в жестких ячеистых пластиках воздушным пикнометром, который основывался на использовании пикнометра переменного объема и был заменен методом испытаний D6226.[4] который описывает пикнометр расширения газа.

Практическое использование

Объем против плотности

А пикнометры (любого типа) признаются плотность измерительные приборы, они фактически являются приборами только для измерения объема. Плотность просто рассчитывается как отношение масса к объему; масса, неизменно измеряемая дискретным устройством, обычно взвешивание. Объем, измеренный газовым пикнометром, - это объем трехмерного пространства, недоступного для используемого газа, то есть тот объем в камере для отбора проб, из которого газ исключен. Поэтому объем, измеренный с учетом тончайшей шкалы шероховатость поверхности будет зависеть от атомного или молекулярного размера газа. Гелий поэтому чаще всего его назначают в качестве измерительного газа, поскольку он не только небольшого размера, но также инертен и наиболее эффективен. идеальный газ.

Закрытые поры, то есть те, которые не сообщаются с поверхностью твердого тела, включаются в измеряемый объем. Однако гелий может демонстрировать измеримые проницаемость через твердые тела низкой плотности (полимеры и целлюлозный материалы преимущественно), что мешает измерению твердого объема. В таких случаях газы с более крупными молекулами, такие как азот или же гексафторид серы полезны.

Адсорбция измеряемого газа следует избегать, так как следует избегать чрезмерного давление газа от влаги или других жидкостей, присутствующих в твердом образце.

Приложения

Газовые пикнометры широко используются для определения характеристик широкого спектра твердых тел, таких как гетерогенные катализаторы, угли,[5] металлические порошки,[6][7] почвы,[8] керамика,[9] активные фармацевтические ингредиенты (API) и вспомогательные вещества,[10] нефтяной кокс,[11] цемент и другие строительные материалы,[12] ценосферы /стеклянные микрошарики и твердые пены.[4]

Примечания

  • Пикнометр - предпочтительное написание в современном Американский английский использование. Пикнометр можно найти в более старых текстах, и он используется как синоним пикнометра в Британский английский. Термин происходит от греческого слова πυκνός, что означает «плотный».
  • Плотность, рассчитываемая по объему, измеренному с помощью газового пикнометра, часто называется скелетный плотность,[13][14] истинный плотность [15][16] или же гелий плотность.[16]
  • Для непористых твердых тел пикнометр может использоваться для измерения плотность частиц.[14]
  • Экстремальный пример принципа вытеснения газа для измерения объема описан в Патент США 5231873 (Lindberg, 1993), где камера достаточно большая, чтобы вместить бортовой грузовик используется для измерения объема груза древесина.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ С. Тамари (2004) Измер. Sci. Technol. 15 549–558 «Оптимальная конструкция газового пикнометра постоянного объема для определения объема твердых частиц» Дои:10.1088/0957-0233/15/3/007
  2. ^ С. Лоуэлл, Дж. Э. Шилдс, М. А. Томас и М. Томмес "Характеристика пористых твердых тел и порошков: площадь поверхности, размер пор и плотность", Springer (первоначально издано Kluwer Academic Publishers), 2004 г. ISBN  978-1-4020-2302-6 п. 327
  3. ^ ASTM D2856-94 (1998) Стандартный метод определения содержания открытых ячеек в жестких ячеистых пластиках с помощью воздушного пикнометра (отозван в 2006 г.).
  4. ^ а б ASTM D6226-05 Стандартный метод определения содержания открытых ячеек в жестких ячеистых пластиках.
  5. ^ DIN 51913 Испытание углеродных материалов - Определение плотности газовым пикнометром (объемным) с использованием гелия в качестве измерительного газа.
  6. ^ ASTM B923-02 (2008) Стандартный метод определения плотности скелета металлического порошка с помощью гелиевой или азотной пикнометрии
  7. ^ Стандарт MPIF 63: Метод определения компонентов MIM (газовый пикнометр)
  8. ^ ASTM D5550 -06 Стандартный метод определения удельного веса твердых частиц почвы с помощью газового пикнометра
  9. ^ ASTM C604 Стандартный метод испытания истинной удельной массы огнеупорных материалов с помощью пикнометра сравнения газов
  10. ^ USP <699> «Плотность твердых тел»
  11. ^ ASTM D2638 - 06 Стандартный метод определения реальной плотности прокаленного нефтяного кокса с помощью гелиевого пикнометра
  12. ^ C. Hall "Водный транспорт в кирпиче, камне и бетоне", Taylor & Francis, 2002 г., ISBN  978-0-419-22890-5 п. 13
  13. ^ Д. Сангита и Дж. Р. Лаграфф "Справочник по химии неорганических материалов", CRC Press, 2005, ISBN  978-0-8493-0910-6 п. 103
  14. ^ а б Н. П. Черемисинов "Справочник по технологиям очистки воды и сточных вод", Butterworth-Heinemann, 2001, ISBN  978-0-7506-7498-0 п. 144
  15. ^ П. Дж. Синко и А. Н. Мартин "Физическая фармация и фармацевтические науки Мартина, 5-е издание, Липпинкотт Уильямс и Уилкинс, 2005 г., ISBN  978-0-7817-5027-1 п. 544
  16. ^ а б Дж. Г. Спейт "Химия и технология угля" CRC Press, 1994, ISBN  978-0-8247-9200-8 п. 202

внешняя ссылка