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Analyseur de surface spécifique BET, porosité et tailles poreuses : BELSORP mini X
Analyseur de surface spécifique BET, porosité et tailles poreuses : BELSORP mini X

La pratique des analyses BET

Ce document rassemble quelques considérations à prendre en compte avant de lancer des mesures BET. Pour plus d’informations sur l’application de votre appareil BELSORP aux analyses BET, n’hésitez pas à nous contacter.

Comprendre votre instrument.

  • La fonction AFSM
    • ou peut-être votre appareil utilise une autre approche au contrôle du volume morte.
  • la sensibilité et la précision
  • La taille minimale d’échantillon conseillée
  • La date de dernière révision de l’instrument ? Dernière mesure d’un échantillon de référence ? Ou autre contrôle de suivi ?

Connaitre votre échantillon

  • Peut-il être chauffé ? … exposé au vide ?
  • Est-ce qu’il contient des solvants ou de l’eau ?
    • Chauffer en présence de solvants peut avoir un effet très marqué.
    • Il est parfois nécessaire de d’effectuer le dégazage en plusieurs étapes, partant d’une basse température, et avec une augmentation progressive.
  • Quelle durée de dégazage faut-il ?
  • Est-ce qu’il contient des composés volatiles ?
    • Même certains métaux, comme le zinc et le magnesium, s’évaporent sous l’effet de la chaleur sous vide.
  • Risque d’endomager l’échantillon ?
    • La chaleur peut dégrader les matériaux polymères et autres composés organiques
    • Les zéolithes qui contiennent de l’eau peuvent subir une décomposition hydrothermique
    • Ciments, argiles, silicates, et matériaux associés
    • Les solvants résiduels peuvent dissoudre ou décomposer les matériaux MOF et autres structures à coordination.
    • Les matériaux naturels et biomatériaux peuvent fissurer et déformer en séchage
  • La chaleur peut aussi entrainer d’autres changements structurels :
    • Recrystallisation aux températures supérieures à la transition vitreuse
    • Élimination de contraintes, désordre et structures métastables.
  • Présence de pores ? Quelles tailles des pores ?
    • Pour obtenir des renseignements sur la porosité, il faut mesurer à des pressions adaptées
    • La présence de micropores augmente les difficultés de dégazage
  • Quelle est la forme de l’échantillon ?
    • En forme de granulés ou monolithe :
      • Est-ce qu’il peut rentrer dans les cellules ?
      • Faut-il le couper ou broyer ?
      • Est-ce qu’une mesure de l’objet en entier est nécessaire ?
    • Pour les matériaux en poudre :
      • Risque de lixiviation ou élutriation - déplacement des particules sur application du vide ?
      • Adhérence en conséquence de charges électrostatiques ?
  • Avez-vous déjà une idée de la Surface BET de l’échantillon ?

Définir les conditions d’analyse

  • Sorptive et température:
    • Azote à 77 K
    • Argon à 77 K
    • Argon à 87 K
    • Krypton à 77 K
    • Eau à 298 K
    • Autres vapeurs
  • Décider la quantité adaptée d’échantillon
    • Typiquement, le fabricant de l’appareil de mesure indique une valeur minimale de surface à mettre dans la cellule.
    • Cependant, il y a d’autres considérations à prendre en compte dans la sélection de taille d’échantillon…
  • la cellule et les accessoires
  • le protocole de dégazage et de préparation de l’échantillon
  • les paramètres de mesure
    • Utiliser l’AFSM
    • Utiliser GDO ?

Vérifier l’équipement de mesure

  • Cellule, fritté, bouchon, clapet auto-obturant propres
    • Attention : En cas de problèmes d’électricité statique, le protocole de nettoyage de la verrerie pourrait être en cause, si le détergent ou le solvant laisse des traces d’huile siliconée ou autres résidus.
  • Changer les joints toriques ou garnitures ?
  • Vérification de conformité des instruments ?
    • date de la dernière auto-vérification « System-check » du système BELSORP.
    • dernière mesure d’un échantillon de référence
    • dernier entretien des pompes - particulièrement la vidange d’une pompe à palettes utilisée sans pompe secondaire
    • Vérifier la justesse de mesure de la microbalance de laboratoire utilisé pour peser les échantillons

Chargement de l’échantillon

  • Préparer la cellule vide - elle doit être scrupuleusement propre et sèche
    • Faut-il l’évacuer et purger de gaz inerte
    • Pour certains matériaux, une adsorption importante de l’air est possible, même à température ambiante - l’utilisation d’hélium peut être nécessaire à chaque pesée
  • Peser la cellule vide
  • Charger l’échantillon
    • Eviter ou enlever toute trace éventuelle de poudre dans la tige de la cellule
  • Peser cellule + échantillon, avant le dégazage
  • Vider ou purger la cellule
  • Vérifier l’absence de fuites
  • Lancer le dégazage
    • Dégazeur autonome ? Dégazage in-situ, sur l’instrument de mesure ? Les deux ?
    • Programmer la température
      • ou la programme de températures
    • Noter la durée de dégazage
    • Vérifier et noter le taux de fuite sous vide
    • Refroidissement
    • Remplir du même gaz utilisé pour la pesée à vide
  • Repeser l’échantillon après le dégazage

Configuration de l’instrument pour la mesure

  • Mesure de la valeur de \(P_0\) ( pression saturée de vapeur )
  • Plage de mesure de \(P\) ou de \(P/P_0\)
    • Doit couvrir au moins la gamme BET
    • Il est fortement conseillé de programmer des points en désorption
      • Si l’interaction est réellement une physisorption, la courbe de désorption doit superposer l’adsorption - le processus doit être réversible. Sinon, il est possible qu’il y a un problème avec la mesure.
    • Est-ce qu’il faut mesurer une isotherme complète, pour voir les détails des mésopores ?
  • Paramétrer les doses
  • Critères de basculement au point suivant lors des mesures isothermes
    • Ce sont particulièrement conséquents pour les mesures des matériaux microporeux aux faibles pressions, où l’équilibration peut être très lente.

Après la mesure :

  • Vérifier la réversibilité dans la gamme BET - ou comprendre pourquoi la courbe isotherme n’est pas réversible.
  • Vérifier que la constante \(C\) est positive: \(C \gt 0\)
  • Sélectionner la région de validité du modèle BET
    • Spécifiquement, \(n_{ads}\,\left(1 - P/P_0\right)\) doit être en augmentation monotone avec \(P/P_0\)
      • Ce critère, conseillé dans la norme ISO9277 et par l’IUPAC s’appele le critère “Rouquerol”
      • Il est particulièrement pertinent en présence de micropores
  • Vérifier que la pression relative \(P/P_0\) qui correspond à la couverture équivalente d’une monocouche, \(n_m\), tombe à l’intérieure de la plage de \(P/P_0\) utilisé pour le fitting.
  • Sélectionner la valeur \(A_m\)

Rapporter le résultat

Certains mentions sont indispensables pour tout valeur expérimentale de surface BET :

  • L’espèce gazeuse
  • La température d’adsorption
  • Les conditions de dégazage : température, durée, méthode(s) de vérification
  • La plage de \(P/P_0\) utilisée
    • et pourquoi cette plage a été sélectionnée
  • la Qualité d’ajustement, typiquement avec le coefficient de détermination R^2
  • La valeur \(C\)

Mercer Instruments est spécialisé dans la fourniture et le support des instruments scientifiques pour les mesures de sorption et la caractérisation de porosité et surface spécifique.
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