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VPA 蒸汽壓分析儀

蒸汽壓分析儀（VPA）通過克努森滲出法測試固體、液體及油類的蒸汽壓。蒸汽壓是材料中一個重要的理化特性，其定義為與材料的原始態(tài)處于平衡狀態(tài)時的蒸汽量。所有的材料可以通過升華（固-氣）或蒸發(fā)（液-氣）得到其蒸汽狀態(tài)。材料處于熱力學(xué)平衡態(tài)下的蒸汽壓是材料的基本特性，僅與溫度有關(guān)。

對于許多材料包括殺蟲劑和藥物樣品，亟需得知其蒸汽壓信息，從而能夠避毒性化合物在環(huán)境中的積累。蒸汽壓與固/液材料初始情況下Gibbs自由能直接相關(guān)。

材料的蒸汽壓需要登記在EPA（美國環(huán)境保護協(xié)議）或者EC（歐盟）中。此處使用的克努森滲出法是由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織所倡導(dǎo)的，并在其《Vapor Pressure OECD/OCDE Guideline》第104條中列出。

克努森滲出法

克努森滲出法是一種動態(tài)比重技術(shù)，其基于在已知的壓力下計算蒸汽分子通過一個已知直徑的孔洞進入克努森池的真空中的逸出速率而得出。經(jīng)過孔洞的質(zhì)量流失率由在VPA系統(tǒng)中的SMS公司超級天平測出。通常，在20到400℃的溫度范圍內(nèi)可研究1到100mg的樣品質(zhì)量變化。

常規(guī)實驗中，樣品放置于鈦金屬制造的帶有已知面積孔的克努森池中，然后加熱到實驗溫度下。質(zhì)量流失率與凝聚態(tài)的蒸汽壓P有關(guān)，如克努森方程所示（方程1），其中dm/dt表示在克努森池中質(zhì)量隨時間的流失率，M為樣品摩爾質(zhì)量（mol/g）,R為氣體常數(shù)，A表示面積，T為溫度。

                        (1)

dm/dt是在一段時間內(nèi)對實驗中質(zhì)量數(shù)據(jù)的*小平方回歸擬合得到的斜率值。采用方程1，dm/dt可用來計算蒸汽壓。在不同的溫度下測試一系列蒸汽壓，可以用來測試克勞修斯-克拉佩龍方程（方程2）中的常數(shù)A和B，從而計算出蒸發(fā)焓ΔH，或者升華熱。

                                                (2)

克努森池

克努森池示意圖

實驗數(shù)據(jù)

圖1  25℃下時聯(lián)苯菊酯的蒸汽壓太低而無法測試，但可以從DVS Vaccum 得到的65℃的數(shù)據(jù)推導(dǎo)出。

                  圖2  聯(lián)苯菊酯的蒸汽壓數(shù)據(jù)

                       圖3   苯甲酸的蒸汽壓

圖4  咖啡因的蒸汽壓和溫度穩(wěn)定性研究，F(xiàn)orm Ⅱ型的蒸汽壓更低，顯示其更穩(wěn)定

軟件

VPA分析軟件：DVS Vacuum Analysis

包含以下特點：

基于Windows?的圖像界面

克努森蒸汽壓分析

一鍵式數(shù)據(jù)分析和報告生成

靈活的數(shù)據(jù)范圍選擇

可便捷的導(dǎo)出不同方法得到結(jié)果應(yīng)用于同步分析中

VPA控制軟件：DVS Vacuum Control

包含以下特點：

基于Windows界面

快速的實驗方案設(shè)置

便捷的實驗方案存儲和修復(fù)

實時展示實驗過程

數(shù)據(jù)存儲在制表符分割格式文件（TSV）中

分子泵控制

天平清零和校正導(dǎo)引

實驗倉和預(yù)熱溫度控制

規(guī)格和示意圖

可控溫實驗倉（incubator）

實驗倉為實驗提供了可控而穩(wěn)定的溫度環(huán)境：

范圍：20℃-85℃

穩(wěn)定性：±0.2℃（20℃-85℃）

高溫預(yù)加熱

裝備的樣品預(yù)加熱器可加熱到樣品到400℃。

真空

回旋泵能夠提供的*低真空壓力為1 x10^-3 Torr。

分子泵與回旋泵聯(lián)用可提供更低壓力，1 x10^-7 Torr。

真空計

*終的真空壓力采用真空探測器測試，應(yīng)用范圍從900到1 x10^-8 Torr。

真空排管

主要由化學(xué)惰性的316不銹鋼構(gòu)建，KF法蘭和VCR封裝（Cu）配件。

超級微天平

在給定的溫度和高真空下實時測試樣品質(zhì)量。

樣品質(zhì)量：可到1.0g

質(zhì)量變化：可達±150mg

精確度：0.1μg

峰間噪聲：≤0.7μg

克努森池示意圖