Die Quecksilber-Porosimetrie (MIP) ist eine Technik zur Charakterisierung der porösen Struktur fester Materialien. Sie misst Porengrößenverteilung, Gesamtporenvolumen, Schüttdichte und spezifische Oberfläche durch Einpressen von Quecksilber in Poren unter kontrolliertem Druck. MIP ist auf eine Vielzahl poröser Materialien anwendbar, darunter Katalysatoren, Keramiken, Baumaterialien, Pharmazeutika und geologische Proben.
Die Technik nutzt die nicht-benetzende Eigenschaft von Quecksilber, das aufgrund seiner hohen Oberflächenspannung und seines Kontaktwinkels nicht spontan in Poren eindringt. Zum Einpressen von Quecksilber in die Poren ist externer Druck erforderlich. Die Washburn-Gleichung setzt den angelegten Druck mit dem Porendurchmesser in Beziehung. Für zylindrische Poren ist der Eindringdruck umgekehrt proportional zum Porendurchmesser. Typische Instrumente decken Porendurchmesser von etwa 3 nm bis 400 µm ab, wobei Drücke von Vakuum bis 60.000 psi oder mehr erforderlich sind.
Ein MIP-Experiment erfolgt in zwei Stufen. Die Niederdruckanalyse befüllt den Probenhalter, evakuiert die Probe und füllt das Penetrometer mit Quecksilber bei nahezu Atmosphärendruck, wobei Makroporen über etwa 6 µm eindringen. Die Hochdruckanalyse presst Quecksilber in kleinere Poren. Das eingedrungene Volumen wird als Funktion des angelegten Drucks aufgezeichnet und erzeugt die kumulative Intrusionskurve.
Die Porengrößenverteilung wird aus der Ableitung der kumulativen Intrusionskurve nach dem Druck abgeleitet. Differentielle und logarithmisch-differentielle Darstellungen zeigen die dominierenden Porengrößen und die Breite der Verteilung. Die Gesamtporosität wird aus dem gesamten eingedrungenen Volumen und dem Schüttvolumen der Probe berechnet. Die Schüttdichte wird aus Penetrometervolumen und Probenmasse bestimmt. Die Skelettdichte wird mittels Helium-Pyknometrie gemessen.
Hysterese zwischen Intrusions- und Extrusionskurven weist auf Porennetzwerkeffekte hin. Tintenfassporen, bei denen enge Hälse mit weiteren Körpern verbunden sind, zeigen Quecksilbereinschluss. Die Extrusionskurve liefert Informationen über die Porenhalsgrößenverteilung. Porentortuosität und Permeabilität können aus MIP-Daten mit empirischen Modellen abgeschätzt werden.
Die Probenvorbereitung erfordert Trocknung zur Entfernung von adsorbiertem Wasser und flüchtigen Bestandteilen, ohne die Porenstruktur zu verändern. Proben werden unter Vakuum ausgegast. Das Penetrometerglas wird für jede Messung gereinigt und kalibriert. Der Umgang mit Quecksilber erfordert sorgfältige Sicherheitsverfahren, einschließlich Rückhaltevorrichtungen, Dampfüberwachung und ordnungsgemäße Entsorgung.
MIP ergänzt Gasadsorption (BET/BJH) und Mikroskopieverfahren. Stickstoffadsorption misst genau Mesoporen unter 50 nm, während MIP sowohl Mesoporen als auch Makroporen abdeckt. REM liefert direkte Visualisierung, aber begrenzte Statistik. MIP bietet statistisch repräsentative Volumenmessungen.
