Международные сличения в области измерений удельной адсорбции газов и удельной поверхности твёрдых веществ: оптимизация количества сличений для обеспечения калибровочных и измерительных возможностей

Рассмотрены показатели точности измерений важнейших характеристик структуры пористых и дисперсных материалов – удельная адсорбция газов, удельная поверхность, удельный объём и размер пор. От значений этих характеристик зависит эффективность работы сорбентов, катализаторов и мембран в химической и нефтяной промышленности, в том числе при очистке веществ и материалов. Установлено, что для взаимного признания национальных эталонов и сертификатов калибровок и измерений характеристик пористости твёрдых веществ, выполняемых национальными метрологическими институтами, требуется организовать и успешно участвовать в трёх международных ключевых сличениях под эгидой Консультативного комитета по количеству вещества: метрология в химии и биологии Международного бюро мер и весов. Представлены результаты участия национальных метрологических институтов и назначенных организаций Германии, Китая, Японии, Бразилии, Турции и России в трёх международных ключевых сличениях в области измерений удельной адсорбции газов (азота, аргона, криптона) и удельной поверхности твёрдых веществ (цеолита, оксидов кремния и алюминия). Проведение оптимального количества сличений позволяет зарегистрировать в базе данных ключевых сличений Международного бюро мер и весов измерительные и калибровочные возможности национальных метрологических институтов стран-участниц для различных матриц в широком диапазоне измерений удельной адсорбции газов 0,001–25 моль/кг и удельной поверхности твёрдых веществ 0,1–1500 м2/г. По итогам трёх указанных международных ключевых сличений в базу данных ключевых сличений внесено 18 позиций калибровочных и измерительных возможностей российского участника – Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им. Д. И. Менделеева, две из этих позиций в настоящее время проходят экспертизу, в том числе стандартные образцы производства указанного института. Выполнен сравнительный анализ результатов измерений удельной поверхности твёрдых веществ с использованием азота и криптона в качестве адсорбатов. Установлено, что неопределённость результатов измерений удельной поверхности значительно меньше в случае применения криптона как адсорбата при удельной поверхности менее 1 м2/г, что обусловлено более высокими значениями относительного давления криптона по сравнению с азотом. Применение калибровочными и испытательными лабораториями России представленных в базе данных ключевых сличений Международного бюро мер и весов стандартных образцов сорбционных свойств обеспечит метрологическую прослеживаемость в области измерений характеристик пористости.

1. Собина Е. П. Государственный первичный эталон единиц удельной адсорбции газов, удельной поверхности, удельного объёма и размера пор твёрдых веществ и материалов ГЭТ 210-2014. Измерительная техника, (10), 3–7 (2015). https://www.elibrary.ru/unhglr

2. Собина Е. П. Совершенствование эталонного комплекса для метрологического обеспечения порометрии твёрдых веществ и материалов. Эталоны. Стандартные образцы, 14(1-2), 9–23 (2018). https://doi.org/10.20915/2077-1177-2018-14-1-2-9-23

3. Собина Е. П. Государственный первичный эталон единиц удельной адсорбции газов, удельной поверхности, удельного объёма пор, размера пор, открытой пористости и коэффициента газопроницаемости твёрдых веществ и материалов ГЭТ 210-2019. Измерительная техника, (12), 3–12 (2020). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-12-3-12

4. Kolb H. E., Schmitt R., Dittler A., Kasper G. On the accuracy of capillary flow porometry for fibrous filter media. Separation and Purification Technology, 199, 198−205 (2018). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.01.024

5. Weiren Lin, Osamu Tadai, Manabu Takahashi et al. An experimental study on measurement methods of bulk density and porosity of rock samples. Journal of Geoscience and Environment Protection, 03(05), 72–79 (2015). http://dx.doi.org/10.4236/gep.2015.35009

6. Rouquerol J., Baron G. V., Denoyel R. H. et al. The characterization of macroporous solids. Microporous and Mesoporous Materials, 154, 2–6 (2012). http://dx.doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.09.031

7. Muller A. C. A., Scrivener K. L. A reassessment of mercury intrusion porosimetry by comparison with 1H NMR relaxometry. Cement and Concrete Research, 100, 350–360 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.05.024

8. Фенелонов В. Б. Введение в основы адсорбции и текстурологии. Изд-во СО РАН, Новосибирск (2004).

9. Sobina E., Zimathis A., Prinz C. et al. Final report of CCQM-K136 Measurement of porosity properties (specific adsorption, BET specific surface area, specific pore volume and pore diameter) of nanoporous Al2O3. Metrologia, 53(1А), 08014 (2016). http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/53/1A/08014

10. Sobina E., Zimathis A., Prinz C. et al. Final report of CCQM-K153 Measurement of Specific Adsorption A [mol/kg] of N2 and Kr on nonporous SiO2 at LN temperature (to enable a traceable determination of the Specific Surface Area (BET) following ISO 9277). Metrologia, 56(1A) 08013 (2019). http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/56/1A/08013

11. Sobina E., Prinz C. Landi S. M. et al. Final report of CCQM-K172 on measurement of Specific Adsorption A [mol/kg] of Ar on zeolite at liquid argon temperature (to enable a traceable determination of the Specific Surface Area by following ISO 9277). Metrologia, 60(1A) 08007 (2023). https://10.1088/0026-1394/60/1a/08007