比利時POROMETER / 2022年七月份電子報 –程序升壓與壓力掃描法孔徑分析儀分析中空纖維會有何差異 ?

POROLUX 1000（壓力穩定）是一種壓力驅動儀器，POROLUX 100（壓力掃描）是一種時間驅動儀器。本文將用於討論兩種不同原理的儀器分析路徑較長的樣品時，有可能會產生的差異。

圖一、壓力掃描(左)及壓力穩定型(右)隨時間變化的壓力曲線

曲折度-TORTUOSITY

在壓力掃描儀中，兩個直徑相同但曲折度不同的孔受不同的孔打開動力學影響，因此會在不同的時間打開。由於壓力不斷增加，這意味著，他們可能在不同的壓力下打開，而不同的壓力也會導致不同的計算孔徑。

考慮 2 個直徑相同的孔（圖 2）：

• 孔長度為1的直孔 (S)

• 孔長度為 1.5 的曲折孔 (T)

圖二、具有相同直徑的兩個孔但不同的孔長

使用壓力掃描型，孔將在不同壓力下打開：由於T具有更長的孔路徑，因此它打開的時間較晚，因此壓力會高於孔 S。因此，孔T可能被視為其直徑小於孔S。使用壓力穩定型，孔S和孔T將在不同時間打開但仍處於相同壓力下，因此它們產生的孔徑將相同。相同的物理情況當然適用於壓力穩定型，但系統如何監控和改變壓力的關鍵差異才是決定性的因素。壓力穩定型會“等待”直到流量在給定壓力下穩定，從而消除這些動力學因素，並為兩種類型的孔徑記錄相同的壓力。直到所有相同直徑的孔（無論其長度或曲折度如何）都打開後，壓力才會增加。

樣品厚度（壁厚）

圖三-兩中空纖維樣品具不同的壁厚

此外，想像一個厚度為2 μm的樣品和一個厚度為2 mm的樣品；每個都有1 個1 μm的孔。在對兩個樣品使用相同壓力增加速度的壓力掃描型分析中，2 μm 厚度樣品中的1 μm 孔將更快打開（因為有更短的路徑長度）。2 mm 厚樣品中的1 μm孔會較晚打開，因此壓力更高。這樣，計算出的孔徑會更小（例如 0.8 μm）。如果要正確計算2 mm 樣品中的1 μm孔為 1 μm 必須顯著降低 2 mm 樣品的壓力增加速度（以防止過衝）。
 

中空纖維樣品的長度

沿中空纖維樣品壁會有一個小的壓降：頂部將處於設定壓力，而底部將處於稍低的壓力。假設中空纖維充滿1 μm的孔，這些孔在例如1 bar，在壓力掃描型中，只有在纖維頂部，1 μm 孔才會在1 bar下打開。進一步進入纖維底部，壓力將低於 1 bar，孔不會打開。它們只會及時打開（即在更高的壓力下），因此計算出的孔徑會更小。壓力穩定系統將使完整的中空纖維承受 1 bar的壓力，因此所有孔都將在 1 bar下打開並計算為1微米。

圖四、因厚度致使中空纖維壁的氣體壓力降低

圖五、因長度致使中空纖維的氣體壓力降低

結論

本文在說明壓力穩定型對於特殊形態的樣品分析時，可依照其情況不同而進行不同參數條件進行調整。如此，將可避免因樣品厚度的影響而造成數據上的誤差。而壓力掃描型則可以獲得快速地、再現性佳的分析結果，可適合品保領域使用。

資料來源：POROMETER

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