Способ одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота и устройство для его осуществления

Способ одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к физической химии, а именно к способам и устройствам для определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота при 77К динамическим методом тепловой десорбции. Одновременно определяются адсорбционная и десорбционная ветви изотерм адсорбции азота при 77К динамическим методом при изменениях Р/P₀ в диапазоне от 0,001 до 0,999. Разработано устройство для осуществления способа. Одновременно готовят две инвертные по составу смеси гелия и азота с содержанием азота от 0,1 до 99,9 об. % и проводят на двух образцах испытуемого материала измерения количеств адсорбированного при 77К азота при различных отношениях Р/Р₀ динамическим методом. При дискретном увеличении Р/P₀ от 0,001 до 0,999 получается информация об адсорбционной ветви изотермы адсорбции, при дискретном уменьшении Р/P₀ от 0,999 до 0,001 получается информация о десорбционной ветви изотермы адсорбции. На основании полученной экспериментальной информации расчетным путем можно определить удельные поверхности, распределение пор по размерам и другие важнейшие характеристики испытуемых материалов. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к физической химии, а именно к способам и устройствам для определения динамическим методом тепловой десорбции адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота при 77K - зависимости количеств азота, адсорбированного из потока гелий-азотных смесей на пористых материалах, от относительного парциального давления азота P/P₀ (P - парциальное давление азота в смеси с гелием, мм рт.ст., P₀ - давление насыщенного пара азота при 77K, мм рт.ст.) при вариациях P/P₀ в пределах от 0,001 до 0,999. Адсорбционная ветвь изотермы определяется при дискретном увеличении P/P₀ от 0 до значений 0,001-0,9, десорбционная ветвь изотермы определяется при дискретном уменьшении P/P₀ от 1 до значений 0,999-0,1.

Известен способ осуществления динамического метода тепловой десорбции, в котором через блок адсорбера, содержащий образец испытуемого материала, пропускают стационарный поток смеси гелия и адсорбата (азота или аргона) с фиксированными расходом и составом смеси, выполняют процессы: "тренировка" поверхности путем нагрева до 350-700K, "адсорбция" адсорбата из потока смеси при 77K, "десорбция" адсорбата в поток смеси путем нагрева до 200-300K, при этом в ходе последнего процесса измеряют концентрации адсорбата в потоке смеси с помощью детектора по теплопроводности (Патент. РФ N2073860, МПК 6 G 01 N 30/00, БИ N5, 20.02.97 г.). Известный способ взят в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получать изотермы адсорбции азота при 77K.

Изобретение решает задачу разработать способ одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота при 77K динамическим методом при изменениях P/P₀ в диапазоне от 0,001 до 0,999.

Поставленная задача решается тем, что в способе одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота, заключающимся в проведении процессов "тренировка", "адсорбция", "десорбция" и измерений концентраций газов в потоке с помощью детектора, указанные процессы проводят одновременно на двух одинаковых образцах испытуемого материала и двух детекторах, дополнительно создают хотя бы два непрерывных потока гелия и хотя бы два непрерывных потока азота, первый поток гелия направляют на первый образец, второй поток гелия направляют на первый детектор, первый поток азота направляют на второй образец, второй поток азота направляют на второй детектор, при проведении процесса "адсорбция" продувают первый образец первым потоком гелия, второй образец первым потоком азота, проводят широтно-импульсную модуляцию этих потоков гелия и азота с образованием двух импульсных потоков гелия и двух импульсных потоков азота, перемешивают импульсные потоки гелия и азота с образованием двух инвертных и однородных по составу гелий-азотных смесей, составы инвертных смесей изменяют дискретно в пределах от 0,1 до 99,9 об.% азота путем вариаций расходов непрерывных потоков гелия и азота и скважности процесса широтно-импульсной модуляции, дозируют инвертные смеси на образцы, при проведении процесса "десорбция" количественно поглощают десорбированный азот в адсорбционных колонках, по окончании процесса "десорбция" проводят процесс "продувка", при котором через адсорбционные колонки пропускают вторые потоки гелия и азота, количества десорбированного азота измеряют с помощью детекторов, основываясь на различии физических свойств гелия и азота, таких как тепловые, оптические, магнитные и другие свойства, в том числе, основываясь на различии теплопроводностей азота и гелия, на первом детекторе концентрацию азота измеряют непосредственно, на втором детекторе концентрацию азота определяют путем измерений концентрации гелия, направления потоков газов при процессе "продувка" выбирают противоположными направлениям потоков газов при процессе "десорбция", при проведении процесса "десорбция" адсорбционные колонки охлаждают до 77K, а при проведении процесса "продувка" нагревают до 200-300K.

Технический эффект предлагаемого способа заключается в возможности одновременно готовить две инвертные по составу смеси гелия и азота с содержанием азота от 0,1 до 99,9 об.% и проводить на двух образцах испытуемого материала измерения количеств адсорбированного при 77K азота при различных отношениях P/P₀ динамическим методом. При дискретном увеличении P/P₀ от 0,001 до 0,999 получается информация об адсорбционной ветви изотермы адсорбции, при дискретном уменьшении P/P₀ от 0,999 до 0,001 получается информация о десорбционной ветви изотермы адсорбции. На основании полученной экспериментальной информации расчетным путем определяют удельные поверхности, распределение пор по размерам и другие важнейшие характеристики испытуемых материалов.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Создают не менее двух непрерывных стационарных потоков гелия и не менее двух непрерывных стационарных потоков азота. Первые потоки гелия и азота подают в два блока адсорбера, содержащие одинаковые количества испытуемого материала. При процессе "тренировка" один из блоков адсорбера продувают гелием, другой - азотом. При процессе "адсорбция" блоки адсорбера вначале продувают гелием и азотом, затем проводят широтно-импульсную модуляцию первых потоков гелия и азота с образованием двух импульсных потоков гелия и двух импульсных потоков азота, которые перемешивают с образованием двух инвертных и однородных по составу гелий-азотных смесей. Состав этих смесей изменяют путем вариаций расходов первых потоков гелия и азота и скважности широтно-импульсной модуляции этих потоков. Приготовленные гелий-азотные смеси в виде импульсных потоков подают в блоки адсорберов, в одном из которых проводят процесс адсорбции азота, а в другом - процесс десорбции азота. При процессе "десорбция" направляют выходящие из блоков адсорберов потоки на адсорбционные колонки и количественно поглощают азот из потоков гелий-азотной смесей, после чего проводят процесс "продувка", в ходе которого одну колонку продувают вторым потоком гелия и определяют объем десорбированного азота путем измерения концентрации азота, а другую колонку продувают вторым потоком азота и определяют объем десорбированного азота путем измерений концентрации гелия. Проведение процессов "адсорбция" - "десорбция" при различных составах гелий-азотных смесей позволяет получить наборы данных о количествах адсорбированного азота при различных значениях P/P₀ в первом и втором блоках адсорберов, на основании которых строятся изотермы адсорбции и десорбции азота при 77K.

Известно устройство для измерений количества адсорбированного при 77K газа (азота или аргона) динамическим методом тепловой десорбции, состоящее из дозатора смеси гелия и адсорбата с заданным постоянным составом, блока адсорбера и детектора по теплопроводности (Патент. РФ N2073860 МПК 6 G 01 N 30/00, БИ N5, 20.02.97 г.). Это устройство выбрано в качестве прототипа. Известное устройство имеет следующие недостатки.

а) В известном устройстве отсутствует система приготовления потоков газовых смесей различного состава. Поэтому для измерений количеств адсорбированного азота при различных значениях P/P₀ необходимо комплектовать устройство десятками газовых баллонов с готовыми смесями гелия и азота различного состава, что делает процесс снятия изотерм адсорбции очень сложным и дорогим.

б) В известном устройстве не предусмотрена возможность смены потоков гелия и азота на потоки гелий-азотной смесей, что не позволяет снимать адсорбционные и десорбционные ветви изотерм адсорбции азота.

в) Известное устройство не позволяет измерять количества адсорбированного азота при P/P₀ более 0,3 (концентрация азота более 30 об.%), так как при таких больших концентрациях азота в смеси с гелием резко падает чувствительность детектора по теплопроводности.

Изобретение решает задачу разработать устройство для одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота при 77K динамическим методом при изменениях P/P₀ в диапазоне от 0,001 до 0,999 при условии комплектации устройства одним баллоном с гелием и одним баллоном с азотом.

Поставленная задача решается тем, что устройство для одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции динамическим методом, содержащее первый блок адсорбера и первый детектор, дополнительно снабжено вторым блоком адсорбера, вторым детектором, двумя адсорбционными колонками, двумя шестиходовыми двухпозиционными кранами, соединенными, соответственно, первый с первыми, второй со вторыми адсорбционными колонками, детекторами и блоками адсорберов, широтно-импульсным модулятором потоков гелия и азота, многоканальным дозатором гелия, соединенным с модулятором и первым краном, многоканальным дозатором азота, соединенным с модулятором и вторым краном, двумя узлами подготовки смесей, расположенными между модулятором и блоками адсорберов, многоканальные дозаторы гелия и азота выполнены либо в виде комплектов одноканальных аналоговых дозаторов газов, либо дискретными дозаторами газов, многоканальные дискретные дозаторы гелия и азота выполнены в виде стабилизатора давления газа, хотя бы одного регулятора расхода газа и хотя бы одного двухходового двухпозиционного крана, соединенных последовательно с обратной связью, регулятор расхода газа выполнен в виде пористого сопротивления и стабилизатора перепада давления, имеющего возможность изменения величины перепада давления, модулятор потоков выполнен либо в виде четырехходового двухпозиционного малоинерционного электрокрана, либо в виде комбинации из двух трехходовых двухпозиционных малоинерционных электрокранов, адсорбционные колонки выполнены в виде колонок, снабженных малоинерционными термостатами, позволяющими охлаждать колонки до 77K и нагревать их до 200-300K, детекторы выполнены в виде детекторов, основанных на различии физических свойств гелия и азота, таких как тепловые, оптические, магнитные и другие свойства, в том числе в виде детекторов по теплопроводности.

Технический эффект предлагаемого решения заключается в возможности одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота при 77K динамическим методом при изменениях P/P₀ в диапазоне от 0,001 до 0,999 при условии комплектации устройства одним баллоном с гелием и одним баллоном с азотом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана газовая схема устройства.

Схема включает дозатор гелия 1, дозатор азота 2, модулятор потоков 3, узлы подготовки смесей 4 и 5, блоки адсорберов 6 и 7, шестиходовые двухпозиционные краны 8 и 9, адсорбционные колонки 10 и 11 и детекторы 12 и 13. Дозатор гелия 1 включает регуляторы расхода газа 14 и 15, дозатор азота включает регуляторы расхода газа 16 и 17. Узлы подготовки смесей включают смесители 18 и 19, клапаны сброса 20 и 21 и постоянные дроссели 22 и 23. При использовании в качестве дозаторов гелия 1 и азота 2 многоканальных дискретных дозаторов газов схема включает также стабилизаторы давления газа 24 и 25, регуляторы расхода газа 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 и 33, пористые сопротивления 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 и 41, стабилизаторы перепада давления 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 и 49, двухходовые двухпозиционные краны 50, 51, 52, 53. 54 и 55 и смесители 56 и 57.

Схема работает следующим образом.

Блок адсорбера 6 обеспечивает определение адсорбционных ветвей, а блок адсорбера 7 - десорбционных ветвей изотерм адсорбции азота при 77K.

Дозаторы 1 и 2 создают стационарные потоки гелия и азота с заданными расходами. При использовании многоканальных дискретных дозаторов газов гелий и азот из баллонов подаются на входы стабилизаторов 24 и 25, которые поддерживают на выходах постоянные давления газов. Стабилизатор 24 обеспечивает питание гелием регуляторы 26-29, стабилизатор 25 обеспечивает питание азотом регуляторы 30-33. Регуляторы 26-33 создают четыре потока гелия с фиксированными расходами, а регуляторы 30-33 создают четыре потока азота с фиксированными расходами. Входящие в состав регуляторов 26-33 пористые сопротивления 34-41 ограничивают расходы газов до величин вблизи необходимых, а стабилизаторы 42-49, выполненные с возможностью изменения величин перепада давления, обеспечивают точную настройку необходимых расходов газов и поддержание этих расходов.

При настройке устройства подбираются такие расходы гелия на регуляторах 27-29 и азота на регуляторах 30-32, которые обеспечивают приготовление гелий-азотных смесей с необходимыми значениями P/P₀. На регуляторах 26 и 33 подбираются расходы гелия и азота, необходимые для эффективной работы устройства.

Выходящие из регуляторов 27-29 и 30-33 потоки гелия и азота проходят через краны 50-55, которые работают следующим образом: - при выключении кранов (основные линии) потоки газов выключены; - при включении кранов (пунктирные линии) потоки газов подаются на входы смесителей 56 и 57.

При проведении процесса "тренировка" включаются краны 28 и 31, а модулятор 3 выключен. При этом через модулятор 3 и узлы 4 и 5 на блоки адсорберов 6 и 7 подаются непрерывные потоки гелия и азота.

При проведении процесса "адсорбция" вначале блоки адсорберов 6 и 7 также продувают потоками гелия и азота, а затем методом широтно-импульсной модуляции потоков гелия и азота готовятся две инвертные по составу гелий-азотные смеси, которые подаются на блоки адсорберов 6 и 7.

Приготовление и подача на блоки адсорберов необходимых гелий-азотных смесей осуществляются следующим образом. Включаются один из кранов 50-52 и один из кранов 53-55, непрерывные потоки гелия с расходом V_ог и азота с расходом V_оа с выходов смесителей 56 и 57 подаются на входы модулятора 3. Последний представляет малоинерционный четырехходовой двухпозиционный электрокран, который переключает поток гелия с выхода смесителя 56 и поток азота с выхода смесителя 57 следующим образом: - при отсутствии управляющего электросигнала (основные линии) поток гелия подается в узел 4, а поток азота в узел 5; - при подаче управляющего электросигнала (пунктирные линии) поток гелия подается в узел 5, а поток азота - в узел 4.

Для реализации широтно-импульсной модуляции потоков гелия и азота управляющий электросигнал на модулятор 3 подается через равные промежутки времени t₀ на период t, причем величина t изменяется в пределах от 0 до t₀. Отношение t/t₀ называется скважностью модуляции.

В результате модуляции непрерывные потоки гелия и азота разделяются каждый на две части: - одни части с расходами гелия V_rоxt/t₀ и азота V_aоx(1-t/t₀) подаются в виде импульсных потоков в узел 4; - другие части с расходами гелия V_rоx(1-t/t₀) и азота V_аоxt/t₀ подаются в виде импульсных потоков в узел 5.

Узлы 4 и 5 осуществляют приготовление и подачу на блоки адсорберов 6 и 7 гелий-азотных смесей заданного состава. При этом смесители 18 и 19 обеспечивают приготовление однородных по составу гелий-азотных смесей, а схемы, включающие клапаны 20 и 21 и дроссели 22 и 23, ограничивают расходы смесей на блоки адсорберов до необходимых значений.

Концентрации азота Ca в гелий-азотных смесях определяются расходами гелия V_ог и азота V_оа на выходе гребенок 56 и 57 и скважностью модуляции t/t₀ и рассчитываются по формулам для смесителя 4 для смесителя 5 Соответствующие значения P/Po рассчитываются по формуле где P_ат - атмосферное давление, мм рт.ст.

Поскольку значения V_ог и V_оа определяются позициями кранов 50-55, то в конечном счете состав смесей регулируется путем поочередного включения кранов 50-52 и кранов 53-55 и изменением скважности модуляции t/t₀.

Выходящие из блоков адсорберов 6 и 7 потоки смесей проходят через краны 8 и 9, к одной паре ходов которых подсоединены адсорбционные колонки 10 и 11. Кроме того, через краны 8 и 9 пропускаются непрерывные потоки гелия и азота с регуляторов 14 и 17, которые далее проходят через детекторы 12 и 13. Выходящие из кранов 8 и 9 потоки гелий-азотных смесей и выходящие из детекторов 12 и 13 потоки гелия и азота направляются в атмосферу.

Перед началом проведения процесса "десорбция" краны 8 и 9 на определенный промежуток времени t, больший длительности процесса "десорбция", переводятся в позиции 2, при которых выходящие из блоков адсорберов 6 и 7 потоки смесей проходят через адсорбционные колонки 8 и 9, после чего проводится процесс "десорбция". Азот из потоков гелий-азотных смесей и азот, десорбированный с размещенных в блоках адсорберов 6 и 7 образцов испытуемого материала, количественно поглощается в адсорбционных колонках. По окончании процесса "десорбция" и времени t краны 8 и 9 переводятся в позиции 1 и проводится процесс "продувка", при этом поток гелия на кране 8 и поток азота на кране 9 проходят через адсорбционные колонки в направлении, противоположном направлению потоков смесей при процессе "десорбция", осуществляется процесс десорбции азота с адсорбентов колонок 8 и 9, десорбированный азот захватывается потоками гелия и азота и подается вместе с ними на детекторы 12 и 13. Детектор 12 фиксирует изменения концентрации азота в потоке гелия, детектор 13 фиксирует изменения концентрации гелия в потоке азота. По результатам измерений концентраций газов определяются объемы азота, десорбированного с адсорбентов колонок 8 и 9.

Для определений количества адсорбированного на испытуемом материале азота применяется дифференциальный метод. При этом предварительно проводятся "холостые" измерения с нагретыми до комнатной температуры блоками адсорберов 6 и 7, которые позволяют определять объемы азота, поглощенного из потоков гелий-азотных смесей без адсорбции азота на испытуемом материале. Затем проводятся "рабочие" измерения с проведением процессов "адсорбция" - "десорбция", которые включают адсорбцию азота на испытуемых материалах при 77K. Объемы азота, адсорбированного на образцах испытуемых материалов в блоках адсорберов 6 и 7, определяются по разности "рабочих" и "холостых" измерений.

Процессы адсорбции и десорбции азота в колонках 8 и 9 при продувках их гелий-азотными смесями и потоками чистых гелия и азота могут проводиться как при постоянной (комнатной) температуре колонок, так и при различных температурах. В последнем случае при продувке колонок гелий-азотной смесью в ходе процесса "десорбция" колонки термостатированы при 77K, а при продувке колонок чистыми газами колонки нагреваются до 200-300K.

Проведение процессов "адсорбция" -"десорбция" при различных составах гелий-азотных смесей позволяет получить наборы данных о количествах адсорбированного азота при различных значениях P/P₀, на основании которых строятся изотермы адсорбции и десорбции азота при 77K.

Предложенное устройство работает аналогично и в том случае, если дозаторы гелия 1 и азота 2 выполнены в виде комплекта одноканальных аналоговых дозаторов газов с возможностью непрерывного изменения расходов газов. В этом случае в качестве регуляторов 14-17 могут применяться любые современные высокоточные регуляторы расхода газа, например, массовые тепловые расходомеры в комплекте с термическими вентилями, а элементы схемы с номерами 24-57 отсутствуют.

Предложенные способ и устройство имеют следующие преимущества.

1. Возможность приготовления двух инвертных по составу потоков гелий-азотных смесей.

Составы гелий-азотной смесей одинаковы в узлах 4 и 5 (50 об.% гелия и 50 об. % азота) только при одинаковых расходах гелия V_ог и азота V_оа и скважности t/t₀=0,50. Во всех остальных случаях составы смесей в узлах 4 и 5 инвертны. Например, если состав смеси в узле 4 - 99,9 об.% гелия и 0,1 об.% азота, то в узле 5 наоборот - 0,1 об.% гелия и 99,9 об.% азота. Это дает возможность одновременного приготовления потоков двух инвертных по составу смесей, с использованием которых можно одновременно проводить измерения количеств адсорбированного азота динамическим методом тепловой десорбции на двух одинаковых образцах испытуемого материала.

2. Возможность использования дифференциального метода определений количеств адсорбированного азота.

Количество адсорбированного азота определяется по разности результатов измерений с проведением и без проведения процессов адсорбции азота на испытуемом материале. Это позволяет "автоматически" компенсировать действие различных факторов, влияющих на измерения, и однозначно связать результаты определений только с процессами адсорбции азота, что делает полученную информацию максимально надежной.

3. Возможность определений количеств адсорбированного при 77K азота при вариациях P/P₀ от 0,001 до 0,999.

Количества адсорбированного на испытуемом материале азота на первом блоке адсорбера контролируются по изменению концентрации азота в гелии, а на втором блоке адсорбера - по изменению концентрации гелия в азоте. Это делает возможным точные адсорбционные измерения как при очень малых (0,001), так и при очень больших (0,999) значениях P/P₀.

4. Возможность одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотермы адсорбции азота при 77K.

Предложенный алгоритм работы устройства предусматривает перед каждым проведением процесса "адсорбция" продувку первого блока адсорбера гелием, а второго блока адсорбера - азотом при 77K. При этом в первом блоке адсорбера происходит полное освобождение поверхности и объема испытуемого материала от азота при P/P₀=0, а во втором блоке адсорбера - полное насыщение поверхности и объема испытуемого материала азотом при P/P₀=1. Поэтому при последующей подаче на блоки адсорберов гелий-азотных смесей со значениями P/P₀ от 0,001 до 0,999 в первом блоке адсорбера происходит процесс адсорбции азота, а во втором - десорбции азота. В результате при проведении серий экспериментов с различными значениями P/P₀ в первом блоке адсорбера получается информация об адсорбционной ветви, а во втором - о десорбционной ветви изотермы адсорбции азота при 77K. При этом информация об адсорбционной и десорбционной ветвях изотермы получается одновременно. Нет необходимости проводить в каждом блоке адсорбера адсорбционные измерения при вариациях P/P₀ во всем диапазоне P/P₀= 0,001 - 0,999. Достаточно в первом блоке адсорбера проводить измерения при вариациях P/P₀ в смесях от 0,001 до 0,9, а во втором блоке адсорбера - при вариациях P/P₀ в смесях от 0,999 до 0,1. Это обеспечивает необходимое перекрытие ветвей изотормы адсорбции и в то же время существенно снижает требования к чувствительности и точности измерительной системы устройства.

5. Возможность использования детектора по теплопроводности.

Хорошо известно, что в существующих приборах динамического метода тепловой десорбции, использующих детектор по теплопроводности, верхний предел P/P₀ ограничен для азота величиной 0,3, так как при увеличении концентрации азота в смеси с гелием выше 30 об.% чувствительность детектора по теплопроводности к изменениям концентрации азота резко падает. То же самое относится и к контролю содержания гелия в гелий-азотных смесях с помощью детектора по теплопроводности. Между тем, для определения изотерм адсорбции необходимо изменять P/P₀ в пределах от 0,001 до 99,9. Предложенная схема определений количества десорбированного азота предусматривает, что через детекторы все время проходят потоки чистых газов - гелия и азота. Это делает возможным измерения концентраций азота и гелия при любых составах гелий-азотных смесей с помощью детекторов по теплопроводности, при этом можно использовать любые конструкции таких детекторов.

Перечисленный перечень преимуществ предложенных способа и устройства и использование автоматических блоков адсорберов дают возможность создать уникальный прибор БИ-ДИНАСОРБ, позволяющий одновременно проводить снятие адсорбционных и десорбционных ветвей изотерм адсорбции азота при 77K динамическим методом тепловой десорбции в полностью автоматическом режиме. При этом адсорбционные и десорбционные ветви изотерм адсорбции перекрываются, что позволяет обнаружить гистерезис изотерм и получить надежную и ценную информацию о текстуре исследуемых пористых материалов.

Автору неизвестны разработки, в которых динамический метод тепловой десорбции используется для получения изотерм адсорбции азота при 77K в диапазоне изменений P/P₀ от 0,001 до 0,999. Сейчас такие измерения делаются только на статических (вакуумных) приборах. Известно, например, что при измерениях удельной поверхности адсорбционными методами стоимость оборудования и трудоемкость испытаний материалов динамическим методом тепловой десорбции в несколько раз ниже, чем статическими методами. Еще большего эффекта следует ожидать при использовании динамического метода тепловой десорбции для определений изотерм адсорбции.

Формула изобретения

1. Способ одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота, заключающийся в проведении процессов "тренировка", "адсорбция", "десорбция" и измерений концентраций газов в потоке с помощью детектора, отличающийся тем, что указанные процессы проводят одновременно на двух одинаковых образцах испытуемого материала и двух детекторах, дополнительно создают хотя бы два непрерывных потока гелия и хотя бы два непрерывных потока азота, первый поток гелия направляют на первый образец, второй поток гелия направляют на первый детектор, первый поток азота направляют на второй образец, второй поток азота направляют на второй детектор, при проведении процесса "адсорбция" продувают первый образец первым потоком гелия, второй образец первым потоком азота, проводят широтно-импульсную модуляцию этих потоков гелия и азота с образованием двух импульсных потоков гелия и двух импульсных потоков азота, перемешивают импульсные потоки гелия и азота с образованием двух инвертных и однородных по составу гелий-азотных смесей, составы инвертных смесей изменяют дискретно в пределах от 0,1 до 99,9 об.% азота путем вариаций расходов непрерывных потоков гелия и азота и скважности процесса широтно-импульсной модуляции, дозируют инвертные смеси на образцы, при проведении процесса "десорбция" количественно поглощают десорбированный азот в адсорбционных колонках, по окончании процесса "десорбция" проводят процесс "продувка", при котором через адсорбционные колонки пропускают вторые потоки гелия и азота, а количества десорбированного азота измеряют с помощью детекторов, основываясь на различии физических свойств гелия и азота, таких, как тепловые, оптические, магнитные и другие свойства.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения проводят, основываясь на различии теплопроводностей азота и гелия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом детекторе концентрацию азота измеряют непосредственно, на втором детекторе концентрацию азота определяют путем измерений концентрации гелия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что направления потоков газов при процессе "продувка" выбирают противоположными направлениям потоков газов при процессе "десорбция".

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при проведении процесса "десорбция" адсорбционные колонки охлаждают до 77К, а при проведении процесса "продувка" нагревают до 200 - 300К.

6. Устройство для одновременного определения адсорбционной и десорбционной ветвей изотерм адсорбции азота, содержащее первый блок адсорбера и первый детектор, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено вторым блоком адсорбера, вторым детектором, двумя адсорбционными колонками, двумя шестиходовыми двухпозиционными кранами, соединенными соответственно первый с первыми, второй со вторыми адсорбционными колонками, детекторами и блоками адсорберов, широтно-импульсным модулятором потоков гелия и азота, многоканальным дозатором гелия, соединенным с модулятором и первым краном, многоканальным дозатором азота, соединенным с модулятором и вторым краном, двумя узлами подготовки смесей, расположенными между модулятором и блоками адсорберов.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что многоканальные дозаторы гелия и азота выполнены в виде комплектов одноканальных аналоговых дозаторов газов.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что многоканальные дозаторы гелия и азота выполнены дискретными дозаторами газов.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что многоканальные дискретные дозаторы гелия и азота выполнены в виде стабилизатора давления газа, хотя бы одного регулятора расхода газа и хотя бы одного двухходового двухпозиционного крана, соединенных последовательно с обратной связью.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что регулятор расхода газа выполнен в виде пористого сопротивления и стабилизатора перепада давления, имеющего возможность изменения величины перепада давления.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что модулятор потоков выполнен в виде четырехходового двухпозиционного малоинерционного электрокрана.

12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что модулятор потоков выполнен в виде комбинации из двух трехходовых двухпозиционных малоинерционных электрокранов.

13. Устройство по п.6, отличающееся тем, что адсорбционные колонки выполнены в виде колонок, снабженных малоинерционными термостатами, позволяющими охлаждать колонки до 77К и нагревать их до 200 - 300К.

14. Устройство по п.6, отличающееся тем, что детекторы выполнены в виде детекторов, основанных на физических свойствах гелия и азота, таких, как тепловые, оптические, магнитные и другие свойства.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что детекторы выполнены в виде детекторов по теплопроводности.

РИСУНКИ

Рисунок 1