Die Porenstruktur eines Materials kann genauso wichtig sein wie seine Chemie, da Porengröße, Porenvolumen und Durchlässigkeit in zahlreichen Anwendungen von der Bioverfügbarkeit eines Pharmazeutikums bis zur Adsorptionskapazität eines Filters großen Einfluss auf die Leistung haben. Diese Porenmessungen können mittels Gasadsorption, Quecksilberintrusion, Kapillarfluss oder Flüssigkeit/Flüssigkeit-Verdrängungstechniken erfolgen.
Zur Messung der Porengröße durch Gasadsorption werden Isothermen (in der Regel N2, Ar oder CO2) von niedrigen Drücken (ca. 0,00001 Torr Minimum) bis zum Sättigungsdruck (ca. 760 Torr) aufgezeichnet. Der Druckbereich hängt vom Größenbereich der zu messenden Poren ab. Isothermen von mikroporösen Materialien werden über einen Druckbereich von ca. 0,00001 Torr bis 0,1 Torr gemessen, Isothermen von mesoporösen Materialien in der Regel über einen Druckbereich von 1 Torr bis ca. 760 Torr. Insgesamt kann die Gasadsorption auf Poren im Bereich von 3,5 Ångström bis etwa 4000 Ångström Durchmesser angewendet werden.
Sobald die genaue Isothermkurve in Form einer Reihe von druck- gegenüber mengenabsorbierten Datenpaaren beschrieben ist, lässt sich die Porengrößenverteilung mittels einer Reihe verschiedener Methoden (Theorien oder Modelle) bestimmen. Zu den verfügbaren Mikroporenmethoden zählen: Dichtefunktionaltheorie (DFT), MP-Methode, Dubinin-Plots (Dubinin-Radushkevich D-R, Dubinin-Astakhov D-A) und Horvath-Kawazoe-(H-K)Berechnungen. Zu den verfügbaren Mesoporenmethoden zählen: Methode nach Barrett, Joyner und Halenda (BJH-Methode) und Dichtefunktionaltheorie (DFT). Die T-Plot-Analyse steht auch für die Gesamtmikroporenfläche zur Verfügung.
Bei der Quecksilberintrusionsporosimetrie wird die Probe in einen speziellen Probenbecher (Penetrometer) gegeben und mit Quecksilber umhüllt. Quecksilber benetzt kaum ein Material und dringt nicht in Poren ein, es sei denn unter Druckbeaufschlagung. Der Druck, unter dem Quecksilber in eine Pore eindringt, verhält sich umgekehrt proportional zur Größe der Porenöffnung. Drücke im Bereich von 0,2 bis 60.000 psi ermöglichen die Messung von Poren von 30 Ångström bis zu 900 Mikrometern Durchmesser. Das Quecksilber zum Eindringen in Poren im Probenmaterial stammt aus einem mit dem Probebecher verbundenen Kapillarrohrbehälter. Das nach jeder Druckveränderung entleerte kumulative Volumen wird durch Messen der Veränderung der Aufnahmefähigkeit des Rohrs bestimmt. Das Intrusionsvolumen wird mit dem entsprechenden Druck oder der entsprechenden Porengröße aufgezeichnet.
HINWEIS: Die maximale Porengröße, die ein Quecksilberporosimeter charakterisieren kann, hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Die primären einschränkenden Faktoren sind 1) der Kontaktwinkel zwischen Quecksilber und Probenmaterial und 2) der Kopfdruckgradient, der dem Quecksilbervolumen und dem Volumen des diesen Drücken ausgesetzten Probenmaterials entspricht.
Die Kapillarflussporometrie (CFP) wird zur Messung von Porengrößen von 500 bis 0,015 Mikrometer Durchmesser eingesetzt.
Bei diesem Verfahren werden Poreneigenschaften durch Messen des Fluidstroms berechnet, wenn ein inertes, druckbeaufschlagtes Gas angelegt wird, um ein im porösen Netz der Probe imprägniertes inertes und nicht-toxisches benetzendes Fluid zu verdrängen.
Parameter wie erster Siedepunkt (entsprechend den größten vorhandenen Poren) können mit einer Genauigkeit und Wiederholbarkeit gemäß ASTM F316 berechnet werden.
Die Flüssigkeit/Flüssigkeit-Verdrängungsporometrie (LLDP) misst Poren von 1.000 bis 2 Nanometern Durchmesser.
Bei diesem Verfahren können wir Nanoporen (1.000 bis 2 nm) bei niedrigen Drücken durch Verdrängen der benetzenden durch eine nicht mischbare Flüssigkeit bei steigendem Druck messen. Dies eliminiert Fehler aufgrund von Bruch oder mechanischen Schäden, die durch hohen Druck entstehen, wenn Materialien wie beispielsweise Hohlfasern gemessen werden.
