比表面和孔徑分析本質(zhì)上是對微納米粉體材料表面特性的表征與測量，比表面及孔徑分析儀是一種比較復(fù)雜且用途廣泛的分析型儀器?？梢苑譃椋簞?dòng)態(tài)直接對比法比表面儀、動(dòng)態(tài)BET比表面儀、靜態(tài)容量法比表面及介孔孔徑分析儀及靜態(tài)微孔分析儀。

一、比表面及孔徑分析儀的應(yīng)用

比表面積、總孔體積和孔徑分布對于工業(yè)吸附劑的質(zhì)量控制和分離工藝的發(fā)展非常重要，它們影響吸附劑的選擇性顏料或填料的比表面積影響油漆和涂料的光澤度、紋理、顏色、顏色飽和度、亮度、固含量及成膜附著力。（孔隙度能控制油漆和涂料的應(yīng)用性能，例如流動(dòng)性、干燥性或凝固時(shí)間及膜厚）。

二、測試方法及原理

比表面積測試方法有兩種分類標(biāo)準(zhǔn)。一是根據(jù)測定樣品吸附氣體量多少方法的不同，可分為：連續(xù)流動(dòng)法、容量法及重量法，重量法現(xiàn)在基本上很少采用；再者是根據(jù)計(jì)算比表面積理論方法不同可分為：直接對比法、Langmuir法和BET法等。同時(shí)這兩種分類標(biāo)準(zhǔn)又有著一定的聯(lián)系，直接對比法只能采用連續(xù)流動(dòng)法來測定吸附氣體量的多少，而BET法既可以采用連續(xù)流動(dòng)法，也可以采用容量法來測定吸附氣體量。

1、連續(xù)流動(dòng)法

連續(xù)流動(dòng)法是相對于靜態(tài)法而言，整個(gè)測試過程是在常壓下進(jìn)行，吸附劑是在處于連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)下被吸附。連續(xù)流動(dòng)法是在氣相色譜原理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，藉由熱導(dǎo)檢測器來測定樣品吸附氣體量的多少。連續(xù)動(dòng)態(tài)氮吸附是以氮?dú)鉃槲綒?，以氦氣或氫氣為載氣,兩種氣體按一定比例混合，使氮?dú)膺_(dá)到指定的相對壓力，流經(jīng)樣品顆粒表面。當(dāng)樣品管置于液氮環(huán)境下時(shí)，粉體材料對混合氣中的氮?dú)獍l(fā)生物理吸附，而載氣不會被吸附，造成混合氣體成分比例變化，從而導(dǎo)致熱導(dǎo)系數(shù)變化，這時(shí)就能從熱導(dǎo)檢測器中檢測到信號電壓，即出現(xiàn)吸附峰。吸附飽和后讓樣品重新回到室溫，被吸附的氮?dú)饩蜁摳匠鰜?，形成與吸附峰相反的脫附峰。吸附峰或脫附峰的面積大小正比于樣品表面吸附的氮?dú)饬康亩嗌?，可通過定量氣體來標(biāo)定峰面積所代表的氮?dú)饬俊Ｍㄟ^測定一系列氮?dú)夥謮篜/P0下樣品吸附氮?dú)饬?，可繪制出氮等溫吸附或脫附曲線，進(jìn)而求出比表面積。通常利用脫附峰來計(jì)算比表面積。

特點(diǎn)：連續(xù)流動(dòng)法測試過程操作簡單，消除系統(tǒng)誤差能力強(qiáng)，同時(shí)具有可采用直接對比法和BET方法進(jìn)行比表面積理論計(jì)算。

2、容量法

容量法中，測定樣品吸附氣體量多少是利用氣態(tài)方程來計(jì)算。在預(yù)抽真空的密閉系統(tǒng)中導(dǎo)入一定量的吸附氣體，通過測定出樣品吸脫附導(dǎo)致的密閉系統(tǒng)中氣體壓力變化，利用氣態(tài)方程P*V/T=nR換算出被吸附氣體摩爾數(shù)變化。

3、直接對比法

直接對比法是利用連續(xù)流動(dòng)法來測定吸附氣體量，測定過程中需要選用標(biāo)準(zhǔn)樣品（經(jīng)嚴(yán)格標(biāo)定比表面積的穩(wěn)定物質(zhì)）。并聯(lián)到與被測樣品完全相同的測試氣路中，通過與被測樣品同時(shí)進(jìn)行吸附，分別進(jìn)行脫附，測定出各自的脫附峰。在相同的吸附和脫附條件下，被測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的比表面積正比于其峰面積大小。

優(yōu)點(diǎn)：無需實(shí)際標(biāo)定吸附氮?dú)饬矿w積和進(jìn)行復(fù)雜的理論計(jì)算即可求得比表面積；測試操作簡單，測試速度快，效率高。

缺點(diǎn)：當(dāng)標(biāo)樣和被測樣品的表面吸附特性相差很大時(shí)，如吸附層數(shù)不同，測試結(jié)果誤差會較大。直接對比法僅適用于與標(biāo)準(zhǔn)樣品吸附特性相接近的樣品測量，由于BET法具有更可靠的理論依據(jù)，目前國內(nèi)外更普遍認(rèn)可BET法比表面積測定。

4、BET比表面積測定法

BET理論計(jì)算是建立在Brunauer、Emmett和Teller三人從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論推導(dǎo)出的多分子層吸附公式基礎(chǔ)上，可以看出，BET方程建立了單層飽和吸附量Vm與多層吸附量V之間的數(shù)量關(guān)系，為比表面積測定提供了很好的理論基礎(chǔ)。BET方程是建立在多層吸附的理論基礎(chǔ)之上，與許多物質(zhì)的實(shí)際吸附過程更接近，因此測試結(jié)果可靠性更高。實(shí)際測試過程中，通常實(shí)測3-5組被測樣品在不同氣體分壓下多層吸附量V，以P/P0為X軸，為Y軸，由BET方程做圖進(jìn)行線性擬合，得到直線的斜率和截距，從而求得Vm值計(jì)算出被測樣品比表面積。理論和實(shí)踐表明，當(dāng)P/P0取點(diǎn)在0.05-0.35范圍內(nèi)時(shí)，BET方程與實(shí)際吸附過程相吻合，圖形線性也很好，因此實(shí)際測試過程中選點(diǎn)需在此范圍內(nèi)。由于選取了3-5組P/P0進(jìn)行測定，通常我們稱之為多點(diǎn)BET。當(dāng)被測樣品的吸附能力很強(qiáng)，即C值很大時(shí)，直線的截距接近于零，可近似認(rèn)為直線通過原點(diǎn)，此時(shí)可只測定一組P/P0數(shù)據(jù)與原點(diǎn)相連求出比表面積，我們稱之為單點(diǎn)BET。與多點(diǎn)BET相比，單點(diǎn)BET結(jié)果誤差會大一些。若采用流動(dòng)法來進(jìn)行BET測定，測量系統(tǒng)需具備能精確調(diào)節(jié)氣體分壓P/P0的裝置，以實(shí)現(xiàn)不同P/P0下吸附量測定。對于每一點(diǎn)P/P0下BET吸脫附過程與直接對比法相近似，不同的是BET法需標(biāo)定樣品實(shí)際吸附氣體量的體積大小，而直接對比法則不需要。

特點(diǎn)：BET理論與物質(zhì)實(shí)際吸附過程更接近，可測定樣品范圍廣,測試結(jié)果準(zhǔn)確性和可信度高，特別適合科研及生產(chǎn)單位使用。

上一篇：TWL-S1渦流探傷儀原理

下一篇：差示掃描量熱儀的測試原理