Gravimetrie onder extreme condities: de Magnetische Suspensie Balans

De mogelijkheid om zeer nauwkeurige contactloze metingen te doen aan gewichtsveranderingen van een monster door de wand van een gesloten monsterkamer.

Achtergrond
Gravimetrie, of gewichtsbepaling door gebruik van de zwaartekracht van de aarde, heeft altijd een belangrijke rol gespeeld in de bepaling van de fysische en chemische eigenschappen van processen. Binnen dit kader speelt het wegen van monsters binnen een geconditioneerde omgeving, zoals hoge temperatuur, hoge druk, vacuüm, corrosieve media etc. een belangrijke rol.

Normaliter bestaat een conventionele thermogravimetrische balans uit een microbalans, een meetcel en een oven, die zorgt dat het monster wordt verwarmd volgens een voorgeprogrammeerde temperatuurtraject. Om de gevoelige meetapparatuur te beschermen tegen de agressieve reactiegassen wordt inert gas door het systeem gevoerd. Hierdoor zijn vaak de thermogravimetrische instrumenten qua design erg gecompliceerd. Condensatie, zuiverheid van het gas en andere atmosferische factoren hebben een bewezen negatieve invloed op de nauwkeurigheid van de instrumenten.

Het alternatief
De magnetische suspensiebalans van Rubotherm lost de problemen met conventionele technieken op door de meetcel volledig af te scheiden van het meetgedeelte. Hierbij wordt het monster niet direct aan het meetgedeelte gehangen maar aan een volledig vrijhangende permanente magneet, die op zijn beurt magnetisch wordt gekoppeld aan een elektromagneet, die aan de balans hangt. Deze magnetische suspensiekoppeling geeft als het ware de kracht vanuit de meetkamer door aan de, in atmosferisch condities bevindende, microbalans, zonder daarmee contact te maken.

Applicaties
Het applicatiegebied gaat daarmee veel verder dan fundamenteel onderzoek en materiaaltesten. De techniek is ook toepasbaar in vele industriële applicaties:

Sorptiemetingen:

  • zuivering van uitlaatgassen
  • bodemzuivering
  • voedingsmiddelen
  • Aardgas en waterstofgas opslag en/of zuivering
  • Polymeeronderzoek
  • Superkritische vloeistofextractie

Thermogravimetrie:

  • vergassing van kool
  • afvalverbrandingsonderzoek
  • materiaal synthese

Rubotherm heeft meer dan tien verschillende versies van de gepatenteerde Magnetische Suspensie Balans ontwikkeld. Zo is er een glazen versie voor gravimetrische experimenten in zeer corrosieve atmosferen of een metalen versie voor drukken tot 1000 bar of ultrahoog vacuüm.

Daarbij kunnen monsters van 100 gram gewogen worden met een resolutie van 1 microgram. De suspensiekoppeling zelf is resistent tegen temperaturen tot 750 K. Voor hogere temperaturen wordt dit gedeelte thermisch 'ontkoppeld' van de hete monstercel.

De instrumenten van Rubotherm zijn zeer betrouwbaar en hebben een zeer lange-termijn stabiliteit. Hetgeen wordt gerealiseerd door de mogelijkheid om tijdens de meting de balans te tarreren en kalibreren. Hierdoor is het voor de wetenschapper mogelijk metingen te verrichten onder een gereguleerde atmosfeer, vergelijkbaar met een normale weegprocedure in een laboratorium onder normale condities.

De 'standaard' versies van de balansen kunnen omgebouwd worden tot custom-made oplossingen voor drukken tot bijvoorbeeld 2000 bar en temperaturen tussen -250 en 2000 C . Ook klanten die op zoek zijn naar andere custom-made oplossingen vinden in Rubotherm hun partner in nieuwe uitdagingen.