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JPH063251A - 多孔質体における気孔率等の分析法 - Google Patents

多孔質体における気孔率等の分析法

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Publication number
JPH063251A
JPH063251A JP15941092A JP15941092A JPH063251A JP H063251 A JPH063251 A JP H063251A JP 15941092 A JP15941092 A JP 15941092A JP 15941092 A JP15941092 A JP 15941092A JP H063251 A JPH063251 A JP H063251A
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JP
Japan
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porous body
analysis
base material
component
sample
Prior art date
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Application number
JP15941092A
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English (en)
Inventor
Satoshi Otsu
聡 大津
Takayuki Mogi
孝之 茂木
Toshiki Kahara
俊樹 加原
Tadashi Yoshida
正 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH063251A publication Critical patent/JPH063251A/ja
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サンプル内に目的成分以外の物質があって
も、これを分離して気孔率、細孔分布、多孔質体細孔に
存在する物質の多孔質体細孔内における占有率、並びに
多孔質体やその原料となる粉体における粒子径及び粒子
外周に関する正確な分析を行う。 【構成】 多孔質体の所定断面を2次元的にマトリック
ス化し、成分分析して2値化を行い、1つの成分もしく
は2つ以上の成分を組み合わせることにより気孔率、細
孔分布、多孔質体細孔に存在する物質の多孔質体細孔内
における占有率、並びに多孔質体やその原料となる粉体
における粒子径及び粒子外周の分析を行うものである。 【効果】 多孔質体における対象目的物に関する正確な
分析を可能とし、不純物の混入によるそれらの測定誤差
を除外することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質体における分析
法に関するもので、特に多孔質体の気孔率分析方法、細
孔分布分析方法、多孔質体細孔に存在する物質の多孔質
体細孔内における占有率分析方法、並びに多孔質体やそ
の原料となる粉体における粒子径及び粒子外周の分析方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、多孔質体気孔率の測定には気体吸
着法や置換法を用いて測定していた。気体吸着法は、一
般的に飽和蒸気圧で全毛管は毛管凝縮すると考えられる
ので、そのときの吸着量をその温度に於ける液体の容積
に換算し細孔容積を得てサンプルの見かけ上の体積で割
ることにより、気孔率を得るものである。置換法は水、
ベンゼン、シクロヘキセン、n−ヘキサン、メタノー
ル、エタノール、四塩化炭素などの液体中でサンプルを
煮沸し、冷却後乾燥して重量増加を測定し細孔容積を得
てサンプルの見かけ上の体積で割ることにより、気孔率
を求めるものである。多孔質体内物質の細孔中における
占有率は、この方法を応用し占有物質を除去する前と除
去した後で気孔率を測定し、この差を除去した後の気孔
率で割ったものであった。また、毛管凝縮法は、吸着等
温線を利用する方法であり、水銀圧入法で測定できない
10〜300Åの範囲について測定に利用していた。
【0003】細孔分布の測定は水銀圧入法や毛管凝縮法
を用い行なわれていた。水銀圧入法は水銀が細孔壁を漏
らさないので、細孔内に侵入しないが、外部から圧力を
かけると水銀は細孔内に侵入しはじめ、この外圧と細孔
内から水銀を押し出す力がつり合って平衡状態となる。
これを利用し外圧と細孔直径の関係から細孔分布を求め
ていた。
【0004】なお、上記従来の各測定方法については、
慶伊富長 編著「触媒化学」、461ー467頁、東京化学同人
(1981)に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のような気体吸着
法や置換法では、多孔質体母材に異質の物質があると、
これを完全に分離できないため、正確な多孔質体の気孔
率および多孔質体内物質の細孔中における占有率を求め
ることが出来なかった。さらに、サンプルの乾燥の程度
や煮沸による空気と液体との完全置換が難しいという問
題もあった。
【0006】また、前記水銀圧入法や毛管凝縮法を用い
た多孔質体の細孔分布分析法は、多孔質体母材に異質の
物質があると、上記気孔率や多孔質体内物質の細孔中に
おける占有率分析の場合と同様に異質物質を分離できな
いため、正確な細孔分布分析を行うことが出来なかっ
た。さらに、水銀圧入法に関しては比較的細い細孔の奥
に比較的太い細孔が存在すると、これを細い細孔の径と
して分析してしまう問題もある。
【0007】次に、多孔質体やその原料となる粉体にお
ける粒子径や粒子外周の分析に関しては、液相沈降法や
光透過法により分析していたが、やはり多孔質体母材や
その原料となる粉体に異質の物質があると、これと分離
して分析することが出来なかった。本発明は、このよう
な問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、気
体吸着法や置換法による気孔率及び占有率の分析方法、
あるいは水銀圧入法による細孔分布測定に伴う上記問題
点を除去することにあり、多孔質体内に対象目的とする
成分以外の物質が存在していても、気孔率、細孔分布、
多孔質体細孔に存在する物質の多孔質体細孔内における
占有率、並びに多孔質体やその原料となる粉体における
粒子径及び粒子外周について、測定誤差のない分析を行
うことのできる多孔質体における気孔率等の分析法を提
供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の多孔質体における気孔率等の分析法は、多
孔質体の所定断面を2次元的にマトリックス化し、多孔
質体母材と該多孔質体母材以外の物質とを成分分析して
2値化を行い、1つの成分もしくは2つ以上の成分を組
み合わせたものから気孔率、細孔分布、多孔質体細孔に
存在する物質の多孔質体細孔内における占有率、並びに
多孔質体やその原料となる粉体における粒子径及び粒子
外周の分析を行うことを特徴とする。
【0009】
【作用】前述の特徴を備えた本出願の多孔質体における
気孔率等の分析法は、多孔質体内に対象目的とする成分
以外の物質があっても、それを成分分析されたマトリッ
クスから除外して分析することにより、気孔率、細孔分
布、多孔質体細孔に存在する物質の多孔質体細孔内にお
ける占有率、並びに多孔質体やその原料となる粉体にお
ける粒子径及び粒子外周の分析ができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。
【0011】
【実施例1】ニッケル系多孔質体を樹脂埋め込みにより
走査型電子顕微鏡(以下SEMという)で観察できる程
度の大きさ(直径2cm程度)に調製し、研磨紙・ラッピ
ングテープにより多孔質体断面を表面研磨した。表面研
磨はサンプルに応じて研磨しやすい方法を利用しても構
わない。その後サンプルをカーボン蒸着し、SEMで観
察し同時にエネルギー分散型X線分析装置(以下EDX
という)で多孔質体の主成分であるNiについて面分析
を行った。この時の加速電圧は20keV、倍率は200 倍
で行った。また、データ取り込みはSEM、EDXの画
面を256 ×200のマトリックスに分割し、マトリックス
ごとにデータを収納した。この時サンプルの細孔径や母
体の粒径等により、倍率及びマトリックス数を変化させ
る必要があり、本実施例においてはマトリックス1辺の
長さとサンプル細孔径の比が1:5に設定した。その後
このNi−EDX像を各マトリックスごとにニッケルの
有無を判断する2値化を行い、全マトリックス中のニッ
ケルがあるマトリックスの数の割合から気孔率を求め
た。図1には、このニッケルの2値化像を示す。図中、
斑点(実際の実験では赤色、以下括弧内は実際の実験で
の色を表すこととする)で示した部分がNi−EDX2
値化像1であり、白抜き(黒色)部分は多孔質体細孔2
である。
【0012】比較例1 実施例1と同じサンプルについて、従来の技術で示した
置換法により得られた比較値を求めた。まずサンプルを
長方形に切断し縦、横、厚さを正確に計り取りサンプル
の見かけ上の体積を測定し200 ℃2時間乾燥させた後に
デシケーター中で冷却し、後にサンプルの重量を測定し
た。
【0013】このサンプルを純水につけ、真空デシケー
ターで10分間脱気し、大気中に戻して重量を測定し2つ
の重量の差からサンプルの細孔容積を求め見かけ上の体
積から気孔率を求めた。この結果と実施例1の結果を比
較し表1に示す。表1からもわかるとおり、本実施例1
の気孔率のほうが比較例1の気孔率よりも大きくなって
いる。これは、比較例1においては、ニッケル系多孔質
体の細孔中に存在している不純物をも多孔質体母材とし
て測定したために、その分、細孔が小さく測定されたこ
とによる。それに対し、本実施例1においては、ニッケ
ル系多孔質体母材とそれ以外とを正確に色で識別可能と
なっているので、測定誤差がない。
【0014】
【表1】
【0015】
【実施例2】厚さ0.7tのニッケル系多孔質体を50mm×50
mmに切断、乾燥後重量を測定しこれに炭酸カリウムを含
む混合炭酸塩をそれぞれに任意の量を添加し、650 ℃、
1時間水素雰囲気で加熱し、多孔質体中に混合炭酸塩を
含浸させた。冷却後、各サンプルについて重量を測定し
含浸量を確認した。その後、前記実施例1と同様の条件
において多孔質体の成分のNiと混合炭酸塩の成分のK
についてEDXの面分析を行い、それぞれを2値化し
た。このマトリックス中のNiの割合から多孔質体の気
孔率:XE を求め、さらにマトリックス中のNiとKの
割合から混合炭酸塩含浸中の多孔質体気孔率:X′E
求め、第1式より多孔質体細孔中の混合炭酸塩占有率:
E を求めた。
【0016】 YE =(XE −X′E )/XE …第1式 比較例2 前記実施例2の各サンプルを50mm×20mmに切断し、前記
比較例1で用いた置換法によりそれぞれの混合炭酸塩含
浸中の多孔質体気孔率:X′T を求めた。次に、これら
のサンプルを30vol %酢酸水溶液につけ炭酸塩を洗浄除
去し20分後に取りだし、純水で洗浄した後、乾燥させ同
じ手法により、各多孔質体の気孔率:XT を求め、第2
式より多孔質体細孔中の混合炭酸塩含有率:YT を求め
た。
【0017】 YT =(XT −X′T )/XT …第2式 このYT と前記実施例2により求めたYE を比較し図2
に示す。図2は縦軸が細孔中混合炭酸塩含有率%で横軸
が混合炭酸塩含浸量である。図中3、4は各々実施例2
および比較例2より得られる曲線である。本実施例によ
ればこのような多孔質体細孔中の占有物質の細孔中にお
ける占有率を求めるに当たり、幅広い範囲で直線性が得
られることがわかる。
【0018】
【実施例3】ニッケル系多孔質体に炭酸カリウムを含む
混合炭酸塩を含浸させ、鉄と接触させながら650 ℃にて
水素ガス66%、炭酸ガス17%、水17%のガスを、炭酸ガ
ス100 %の時と交互に供給し1600h保持したサンプルに
ついて、前記実施例2と同じ条件下でニッケル多孔質体
細孔中における混合炭酸塩の占有率を求めた。また、鉄
が不純物として細孔内を占有することが考えられるの
で、Ni、Kの他にFeに関しても分析を行い、同様の
方法で2値化し、Feの補正を行ったときと行わなかっ
たときについて値を求めた。図3にはこれにより行った
EDXの2値化像を示す。図中、斑点(赤色)で示した
部分がNi−EDX2値化像1であり、白抜き(黒色)
の部分が多孔質体細孔2であり、黒(黄色)で示した部
分がK−EDX2値化像5であり、斜線(青色)で示し
た部分がFe−EDX2値化像6である。
【0019】比較例3 前記実施例3と同じサンプルについて、前記比較例2と
同じ置換法を用い前記第2式より多孔質体細孔中におけ
る混合炭酸塩の占有率を求めた。表2に本実施例3との
比較を示す。表2から明らかなように、Feすなわち図
3の斜線部分を考慮に入れて計算するかどうかで、実施
例3と比較例3との間、並びに実施例3の両測定結果間
で混合炭酸塩の占有率の値が異なっていることがわか
る。
【0020】
【表2】
【0021】
【実施例4】前記実施例2で使用したサンプルをEDX
でNi、Kについて観察倍率1000倍で面分析し、これら
の像をマトリックスごとに2値化し、各成分が有の場合
1、無の場合0とした。この時あるマトリックスにおい
て、 1)自分自身が1である 2)上下左右斜の8つのマトリックスに1つでも0があ
る 1)2)を両方満足しているマトリックスたけをつなぎ
あわせると、像の周囲長さがわかる。図4はこれをイメ
ージしたモデル図である。ここで言う両方を満足したマ
トリックスとは斜線部のマトリックスを言う。これを、
Niの像に対応させ、ニッケル母材の周囲長さや母材直
径等を分析した。
【0022】以上、本発明の一実施例を詳述したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。たと
えば、成分分析として、波長分散型X線分析装置(WD
X)による特性X線分析、X線回析による同定分析、赤
外吸収スペクトル分析(IR)を採用することも可能で
ある。
【0023】また、2値化処理方法として、標準サンプ
ルをあらかじめ測定しておき後に演算によりバックグラ
ンドを処理して行う標準サンプル法、ダミー物質をサン
プル細孔中に入れておきサンプルと同時に測定し後に演
算によりバックグランドを処理して行うダミーサンプル
法、目的成分のピークに対しバックグランドピークを測
定時に設定しておき後に演算によりバックグランドを処
理して行うダミーピーク法を用いることもできる。
【0024】さらに、マトリックス化において、サンプ
ルの細孔径もしくは母材粒径のいずれか小さいほうと、
1つのマトリックスの1辺の長さの比が1/1〜1/10,000
の範囲で設定することも可能である。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多孔質体の断面を2次元的にマトリックス化
し、マトリックスごとに成分分析を行い2値化すること
により、1つの成分もしくは2つ以上の成分の組み合わ
せたものから気孔率、細孔分布、多孔質体細孔に存在す
る物質の多孔質体細孔内における占有率、並びに多孔質
体やその原料となる粉体における粒子径及び粒子外周を
分析でき、不純物の混入によるそれらの測定誤差を除去
することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1において気孔率を求めるために行っ
た、NiのEDX2値化像。
【図2】 実施例2、比較例2において得られた、細孔
中混合炭酸塩占有率測定値と混合炭酸塩含浸量の関係を
示す線図。
【図3】 実施例3において気孔率及び多孔質体細孔に
存在する物質の多孔質体細孔内に於ける占有率を求める
ために行った、Ni、K、FeのEDX2値化像。
【図4】 実施例4において行ったニッケル母材の長さ
や母材直径等を分析するうえでのイメージモデル。
【符号の説明】
1…Ni−EDX2値化像、2…多孔質体細孔、3…実
施例2より得られた値、4…比較例2より得られた値、
5…K−EDX2値化像、6…Fi−EDX2値化像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 正 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質体の所定断面を2次元的にマトリ
    ックス化し、多孔質体母材と該多孔質体母材以外の物質
    とを成分分析して2値化を行い、前記多孔質体母材のみ
    の成分から、もしくは前記多孔質体母材を含む少なくと
    も2つ以上の成分を組み合わせたものから多孔質体の気
    孔率を求めることを特徴とする多孔質体気孔率分析法。
  2. 【請求項2】 多孔質体の所定断面を2次元的にマトリ
    ックス化し、多孔質体母材と該多孔質体母材以外の物質
    とを成分分析して2値化を行い、前記多孔質体母材のみ
    の成分から、もしくは前記多孔質体母材を含む少なくと
    も2つ以上の成分を組み合わせたものから多孔質体の細
    孔に存在する物質の細孔内における占有率を求めること
    を特徴とする多孔質体内物質の細孔中における占有率分
    析法。
  3. 【請求項3】 多孔質体の所定断面を2次元的にマトリ
    ックス化し、多孔質体母材と該多孔質体母材以外の物質
    とを成分分析して2値化を行い、前記多孔質体母材のみ
    の成分から、もしくは前記多孔質体母材を含む少なくと
    も2つ以上の成分を組み合わせたものから多孔質体の細
    孔の分布を求めることを特徴とする多孔質体細孔分布分
    析法。
  4. 【請求項4】 多孔質体やその原料となる粉末の断面を
    2次元的にマトリックス化し成分分析して2値化を行
    い、1つの成分もしくは2つ以上の成分の組み合わせご
    とに粒子径や粒子外周を求めることを特徴とする粒径及
    び粒子外周分析法。
  5. 【請求項5】 前記成分分析が、波長分散型X線分析装
    置(WDX)またはエネルギー分散型X線分析装置(E
    DX)による特性X線分析を利用した元素分析であるこ
    とを特徴とする請求項1、2、3または4記載の分析
    法。
  6. 【請求項6】 前記成分分析が、X線回析による同定分
    析であることを特徴とする請求項1、2、3または4記
    載の分析法。
  7. 【請求項7】 前記成分分析が、赤外吸収スペクトル分
    析(IR)であることを特徴とする請求項1、2、3ま
    たは4記載の分析法。
  8. 【請求項8】 前記2値化が、標準サンプルをあらかじ
    め測定しておき後に演算によりバックグランドを処理し
    て行なう標準サンプル法であることを特徴とする請求項
    1、2、3または4記載の分析法。
  9. 【請求項9】 前記2値化が、ダミー物質をサンプル細
    孔中に入れておきサンプルと同時に測定し後に演算によ
    りバックグランドを処理して行うダミーサンプル法であ
    ることを特徴とする請求項1、2、3または4記載の分
    析法。
  10. 【請求項10】 前記2値化が、目的成分のピークに対し
    バックグランドピークを測定時に設定しておき後に演算
    によりバックグランドを処理して行うダミーピーク法で
    あることを特徴とする請求項1、2、3または4記載の
    分析法。
  11. 【請求項11】 前記マトリックス化において、サンプル
    の細孔径もしくは母材粒径のいずれか小さいほうと、1
    つのマトリックスの1辺の長さの比が1/1〜1/10,000の
    範囲で設定することを特徴とする請求項1、2、3また
    は4記載の分析法。
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