- Messverfahren zur Bestimmung von Materialeigenschaften finden oft unter Vakuum statt. Um zuverlässige Ergebnisse zu liefern, sind sie auf verlässliches Vakuum-Equipment angewiesen.
- Ein Hersteller von Messinstrumenten erreicht Vakuumbedingungen bis 10-2 mbar für Sorptionsmessungen mit Hilfe von Drehschieberpumpen. Die qualitative und quantitative Analyse der Sorptionsgase geschieht ebenfalls unter Vakuum.
Die Eigenschaften der eingesetzten und verwendeten Materialien genau zu kennen, ist für unzählige Produktionsverfahren und unterschiedlichste Endprodukte enorm wichtig. Aus diesem Grund werden unter anderem in der chemischen Industrie, in der Verfahrenstechnik, in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, in den Geowissenschaften und in der Materialforschung die in den Herstellungsprozessen verwendeten Materialien genau charakterisiert. Bestimmt werden zum Beispiel die Dichte, Partikelgrößenverteilung, Porosität, Porengrößenverteilung sowie die spezifische Oberfläche oder die Reaktivität von Katalysatoren. Um diese und viele weitere Materialeigenschaften analysieren zu können, sind zuverlässige, hochgenaue Messinstrumente notwendig. Vakuum ist eine der grundlegenden Voraussetzungen für die Funktion dieser Instrumente und wird für die Probenvorbereitung sowie zur Evakuierung der Probe während der Analyse eingesetzt.
Das Unternehmen Micromeritics ist spezialisiert auf die Produktion von Instrumenten zur Charakterisierung unterschiedlicher Materialien. Der Hersteller entwickelt spezielle Messinstrumente zur Analyse der folgenden Materialeigenschaften:
- Partikelgröße und -form,
- Dichte,
- Porosität, zum Beispiel bei Katalysatoren, Baustoffen, Keramik, Pharmazieprodukten, Metallpulver, Membranen oder aktiven Komponenten in Batterien,
- Bestimmung von Qualitätsmerkmalen der Hilfsstoffe und aktiven Wirkstoffe in Medikamenten,
- Elektrodenanalyse und Porositätsmessungen an Lithium-Ionen-Batterien,
- Analyse spezifischer Oberflächen,
- Bestimmung der Eigenschaften von im 3D-Druck eingesetzten Fertigungsmaterialien und -pulver.
Die Anforderungen an das Vakuumequipment für die Messgeräte sind hoch: Zuverlässigkeit, lange Wartungsintervalle und ein geringes Geräuschniveau sind die wichtigsten Kriterien für die Auswahl des Equipments. Bei vielen dieser Prozesse vertraut der Messtechnik-Experte auf Lösungen des Vakuum-Spezialisten Pfeiffer Vacuum.
Drehschieberpumpe der Duoline und Gasanalysegerät Omnistar von Pfeiffer Vacuum.
Bei der Probenvorbereitung und bei Physisorptionsmessungen beispielsweise kommen Drehschieberpumpen der Baureihe Duoline zum Einsatz. Die Proben im Messgefäß werden evakuiert und unter Feinvakuum sowie erhöhter Temperatur von störenden flüchtigen Belägen befreit. Benötigt werden hier Vakuumbedingungen im Druckbereich bis 10-2 mbar.
Die Sorptionsmessung erfolgt durch Dosierung eines Sorptivgases bei einer konstanten Temperatur (zum Beispiel N2 bei 77 K, also -196 ⁰C). Bei Kenntnis des Totvolumens sowie der dosierten Gasmenge und des Drucks kann über den gesamten Druckbereich der auf der Materialoberfläche adsorbierte Anteil des Gases berechnet werden. Es entsteht eine Isotherme. Mit theoretischen Modellen zur Belegung von Oberflächen durch Gasmoleküle lassen sich aus diesen Datensätzen die spezifische Oberfläche und Porengrößenverteilungen berechnen.
Neben den Drehschieberpumpen zur Vakuumerzeugung setzt der Messtechnik-Entwickler auch Gasanalysegeräte der Serie Omnistar ein. Deren Hauptanwendungsbereich ist die Chemiesorption. Entstehen bei Chemiesorptionsreaktionen mehrere Produkte, lässt sich nicht mehr zwischen dem Reaktivgas und den Nebenprodukten unterscheiden. Hier helfen die Gasanalysegeräte dabei, die Gasspezies qualitativ zu unterscheiden und zu quantifizieren. [ak]
Vakuumlösungen im Einsatz
Drehschieberpumpe Duo 1.6
- zweistufige Drehschieberpumpe mit Saugvermögen bis 1,5 m3/h
- 1-Phasenmotor
- integriertes Gasballast- und Sicherheitsventil
- für alle Anwendungen im Grob- und Feinvakuumbereich
- breiter Einsatzbereich durch verschiedene Motorspannungen
- optional mit Magnetkupplung
Gasanalysegerät Omnistar
- bestehend aus Einlasssystem, Massenspektrometer Prismaplus, trockener Membranvakuumpumpe MVP und Turbopumpe Hipace
- beheiztes und temperaturgeregeltes Gaseinlasssystem
- qualitative und quantitative Analyse von Gasen
- niedrige Nachweisgrenze (< 1 ppm) auch für kondensierbare Gase
- kompakte, einfach zu bedienende Analyseeinheit
- beheizter Kapillareinlass bis 350 °C
- ausheizbarer, metallgedichteter Analyserezipient für niedrigen Untergrund
- hohe Empfindlichkeit durch geschlossene Ionenquelle und Feldachsentechnologie
- Identifikation unbekannter Gase mit Hilfe von Spektralbibliotheken
