Principio di Funzionamento

Lo strumento AutoPore IV è un porosimetro a mercurio totalmente automatico, idoneo allo svolgimento di prove di distribuzione di porosità su campioni solidi e/o polveri. I parametri che si ottengono in una singola analisi sono molteplici, ed in particolare:

- volume poroso totale, - area dei pori, - curva di intrusione/estrusione, - diametro medio dei pori, - densità apparente o di "bulk", - densità di scheletro (assimilabile alla densità reale), - porosità espressa in percentuale, - grafici di distribuzione del volume dei pori, - grafici di distribuzione delle dimensioni delle particelle nel caso di campioni allo stato di polvere.

A questi si aggiungono molte informazioni, ad esempio relative alla permeabilità, la tortuosità, il fattore di tortuosità, l'indice frattale dei pori, il grado di interconnettività dei pori all'interno della matrice solida e tante altre.

Lo strumento AutoPore IV si basa sulla tecnica della porosimetria a mercurio, ovvero sul comportamento di un liquido, quale il mercurio, che non bagna un solido col quale è in contatto.

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Affinché possa "vedere" la struttura interna di un solido o di una polvere, il mercurio deve essere spinto all'interno di questa mediante l'applicazione di una azione esterna. L'analisi di porosimetria a mercurio prevede l'introduzione di un campione all'interno di una cella di misura (penetrometro), il degasaggio del campione e il successivo riempimento del penetrometro con mercurio per caduta gravitazionale.

Nella fase iniziale dell'analisi il campione subirà la sola pressione idrostatica dovuta all'altezza della colonnina di mercurio. L'intervallo di porosità determinabile viene definito, tra le altre cose, dall'altezza della colonnina di mercurio e dalla massima pressione raggiungibile dallo strumento. L'altezza della colonnina di mercurio fissa il valore del diametro massimo dei pori che è possibile valutare; la pressione massima raggiungibile dallo strumento fissa invece il diametro più piccolo.

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In presenza di porosità del campione, l'applicazione di una pressione sulla colonnina di mercurio provoca la diminuzione dell'altezza della stessa (intrusione di mercurio); il rilevamento del volume di mercurio intruso alla pressione generata avviene con un principio capacitivo. In sostanza, viene creato un condensatore di cui un'armatura è costituita da un film metallico depositato sul capillare del penetrometro, l'altra è rappresentata dal mercurio che è anche il dielettrico. Grazie a questo principio particolare, il dielettrico sarà perfettamente solidale con il condensatore. La variazione dell'altezza della colonnina di mercurio comporta una variazione della capacità del condensatore che, mediante un opportuno fattore di conversione, porta al volume di mercurio intruso.

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In conclusione, aumentando la pressione applicata sul mercurio a passi il mercurio penetrerà via via nei pori di diametro sempre più piccolo; potendo determinare la variazione di capacità del condensatore creato ad arte, si potrà ricavare una curva di distribuzione di porosità specifica per ogni campione.

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Come si vede la tecnica della porosimetria a mercurio in sé è molto semplice ed è governata da una legge altrettanto semplice nella sua forma, ma non certo nei parametri di cui è composta. Tale legge, detta equazione di Washburn in omaggio al suo scopritore, definisce una relazione di reciprocità inversa tra la pressione e l'ampiezza dei pori. L'equazione di Washburn nella sua forma più semplificata può essere scritta nel seguente modo:

dove:

è la tensione superficiale del mercurio è l'angolo di contatto tra il mercurio e il campione con il quale è in contatto.

La porosimetria a mercurio è una tecnica molto potente ancora oggi largamente usata per il suo vantaggio di poter fornire molte informazioni con una unica analisi e soprattutto una rappresentazione della distribuzione della porosità di un campione in un intervallo di porosità estremamente ampio.