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比表面积检测方法

提供者:北京彼奥德电子技术有限公司   发布时间:2013/12/23 16:15:29  阅读次数:6270次  进入该公司店铺

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比表面积检测方法有几种?彼奥德电子技术部综合现在市场上所有仪器以及学术上的论证文献,总结如下:

比表面是比表面积的简称。根据实际需要,比表面积分为内比表面积、外比表面积、和总比表面积;通常未注明情况下粉体的比表面积是指单位质量粉体颗粒外部表面积和内部孔结构的表面积之和,单位m2/g。

测试方法分类
比表面积测试方法有两种分类标准。一是根据测定样品吸附气体量多少方法的不同,可分为:连续流动法、容量法及重量法(重量法现在基本上很少采用);另一种是根据计算比表面积理论方法不同可分为:直接对比法比表面积分析测定、Langmuir法比表面积分析测定和BET法比表面积分析测定等。同时这两种分类标准又有着一定的联系,直接对比法只能采用连续流动法来测定吸附气体量的多少,而BET法既可以采用连续流动法,也可以采用容量法来测定吸附气体量。

连续流动法
连续流动法是相对于静态法而言,整个测试过程是在常压下进行,吸附剂是在处于连续流动的状态下被吸附。连续流动法是在气相色谱原理的基础上发展而来,由热导检测器来测定样品吸附气体量的多少。

粉体材料的颗粒很细,颗粒形状及表面形貌错综复杂,因此直接测量它的表面积是不可能的,只能采用间接的方法,多年来已提出了多种测量方法,其中氮物理吸附法被公认为是最成熟的方法,已被列入世界各国的标准,实践中被广泛采用。
  氮吸附法是依据气体在固体表面的吸附规律,例如,在液氮温度下(-196℃),在一定的氮气压力下,任何粉体材料的表面都可以吸附氮气的分子,并对应于确定的平衡吸附量,这种吸附是纯粹的物理吸附,即被吸附的气体分子与固体表面的结合力很弱,而且是可逆的,即在回到室温的过程中,所有被吸附的氮分子又都被脱附出来。
假定,在粉体颗粒的表面完全吸附满一层氮分子,那么粉体的比表面积(Sg)可用吸附的氮分子数和每个分子所占的面积求出:
…… Sg = Vm•N•Am / 22400•W ……………………………… (1)
式中: Vm: 氮气的单分子层饱和吸附量(ml)
Am: 氮分子横截面积 ( Am = 0.162nm2 )
W: 粉体样品的重量(g)
N: 阿佛加德罗常数
把上述具体数据代入式(1),得到氮吸附法计算比表面积的基本公式:
Sg = 4.36Vm / W ……………………………………… (2)
由此可见,准确测定被测样品表面单层饱和吸附量Vm是比表面积测定的关键。

连续动态氮吸附是以氮气为吸附气,以氦气或氢气为载气,两种气体按一定比例混合,使氮气达到指定的相对压力,流经样品颗粒表面。当样品管置于液氮环境下时,粉体材料对混合气中的氮气发生物理吸附,而载气不会被吸附,造成混合气体成分比例变化,从而导致热导系数变化,这时就能从热导检测器中检测到信号电压,即出现吸附峰。吸附饱和后让样品重新回到室温,被吸附的氮气就会脱附出来,形成与吸附峰相反的脱附峰。吸附峰或脱附峰的面积大小正比于样品表面吸附的氮气量的多少,可通过定量气体来标定峰面积所代表的氮气量。通过测定一系列氮气分压P/P0下样品吸附氮气量,可绘制出氮等温吸附或脱附曲线,进而求出比表面积。通常利用脱附峰来计算比表面积。
比表面积及其测定方法
特点:连续流动法测试过程操作简单,消除系统误差能力强,同时具有可采用直接对比法和BET方法进行比表面积理论计算。
代表仪器:SSA-3500比表面积分析仪、SSA-3600比表面积分析仪 比表面积仪SSA-3000E(停产)
随着国际学术的研究和发展,连续流动法逐渐被淘汰,只有中国目前还在保留使用中,但也是仅仅用于生产监控,不具备研发资格。
容量法
容量法中,测定样品吸附气体量多少是利用气态方程来计算。在预抽真空的密闭系统中导入一定量的吸附气体,通过测定出样品吸脱附导致的密闭系统中气体压力变化,利用气态方程P*V/T=nR换算出被吸附气体摩尔数变化。

直接对比法
直接对比法比表面积分析测试是利用连续流动法来测定吸附气体量,测定过程中需要选用标准样品(经严格标定比表面积的稳定物质)。并联到与被测样品完全相同的测试气路中,通过与被测样品同时进行吸附,分别进行脱附,测定出各自的脱附峰。在相同的吸附和脱附条件下,被测样品和标准样品的比表面积正比于其峰面积大小。
比表面积及其测定方法
计算公式如下: 比表面积及其测定方法
Sx:被测样品比表面积 S0:标准样品比表面积,
Ax:被测样品脱附峰面积 A0:标准样品脱附峰面积
Wx:被测样品质量 W0:标准样品质量

优点:无需实际标定吸附氮气量体积和进行复杂的理论计算即可求得比表面积;测试操作简单,测试速度快,效率高
缺点:当标样和被测样品的表面吸附特性相差很大时,如吸附层数不同,测试结果误差会较大。
直接对比法仅适用于与标准样品吸附特性相接近的样品测量,由于BET法具有更可靠的理论依据,目前国内外更普遍认可BET法比表面积测定。

BET比表面积测定法
BET理论计算是建立在Brunauer、Emmett和Teller三人从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上,即著名的BET方程:
比表面积及其测定方法
P: 吸附质分压 P0: 吸附剂饱和蒸汽压
V: 样品实际吸附量 Vm: 单层饱和吸附量
C:与样品吸附能力相关的常数
由上式可以看出,BET方程建立了单层饱和吸附量Vm与多层吸附量V之间的数量关系,为比表面积测定提供了很好的理论基础。
比表面积及其测定方法
BET方程是建立在多层吸附的理论基础之上,与许多物质的实际吸附过程更接近,因此测试结果可靠性更高。实际测试过程中,通常实测3-5组被测样品在不同气体分压下多层吸附量V,以P/P0为X轴, 为Y轴,由BET方程做图进行线性拟合,得到直线的斜率和截距,从而求得Vm值计算出被测样品比表面积。理论和实践表明,当P/P0取点在0.05-0.35范围内时,BET方程与实际吸附过程相吻合,图形线性也很好,因此实际测试过程中选点需在此范围内。由于选取了3-5组P/P0进行测定,通常我们称之为多点BET。当被测样品的吸附能力很强,即C值很大时,直线的截距接近于零,可近似认为直线通过原点,此时可只测定一组P/P0数据与原点相连求出比表面积,我们称之为单点BET。与多点BET相比,单点BET结果误差会大一些。
若采用流动法来进行BET测定,测量系统需具备能精确调节气体分压P/P0的装置,以实现不同P/P0下吸附量测定。对于每一点P/P0下BET吸脱附过程与直接对比法相近似,不同的是BET法需标定样品实际吸附气体量的体积大小,而直接对比法则不需要。

特点:BET理论与物质实际吸附过程更接近,可测定样品范围广,测试结果准确性和可信度高,特别适合科研及生产单位使用。
代表仪器型号有:SSA-4200孔径比表面积分析仪、SSA-4300比表面积孔径分析仪、SSA-7200微孔比表面积分析仪、SSA-7300比表面积微孔分析仪、还有高端产品 MFA-140多功能物理吸附仪,该产品发布后证明国内物理吸附领域仪器研发制作技术已经跨入国际先进行列。
北京彼奥德电子技术有限公司是一家专门经营开发各种化工精密实验分析仪器的高科技公司。承接各种软硬件开发。在过去的几年中,我们与化学系统公司一道完成了多项有关中国化工精密仪器课题的研究。这些研究课题涉及几十种相关产品,研究内容包括比表面积测定系统,微观颗粒孔径测试系统,色谱分析计算机工作站,纳米材料测试系统等等。对于吸附,催化,色谱,冶金,陶瓷,建筑材料的生产和研究工作都有重要意义,我们所完成的测量课题,绝大多数项目的服务对象是中国各大化工产业公司,尤以中外合资企业居多。中国加入世界贸易组织,中国经济将完全融入世界经济的大潮中,中国的化工企业亦将面临更加激烈的竞争,产业自动化程度将进一步大幅度提高,在这种环境下北京彼奥德电子技术有限责任公司能够为您提供质量保证的优质高效的科技产品。让您走在科学的前沿,在同等企业的竞争中处于领先地位。我们诚恳为您服务。

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