氮?dú)馕矫摳綔y(cè)量比表面積第1頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目錄簡(jiǎn)介01原理020506測(cè)試方法分類(lèi)032第2頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一簡(jiǎn)介

比表面積分析測(cè)試方法有多種，其中氣體吸附法因其測(cè)試原理的科學(xué)性，測(cè)試過(guò)程的可靠性，測(cè)試結(jié)果的一致性，在國(guó)內(nèi)外各行各業(yè)中被廣泛采用，并逐漸取代了其它比表面積測(cè)試方法，成為公認(rèn)的最權(quán)威測(cè)試方法。許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織都已將氣體吸附法列為比表面積測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)ASTM的D3037，國(guó)際ISO標(biāo)準(zhǔn)組織的ISO-9277。我國(guó)比表面積測(cè)試有許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中最具代表性的是國(guó)標(biāo)GB/T19587-2004《氣體吸附BET法測(cè)定固體物質(zhì)比表面積》。第3頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一原理氣體吸附法測(cè)定比表面積原理，是依據(jù)氣體在固體表面的吸附特性，在一定的壓力下，被測(cè)樣品顆粒（吸附劑）表面在超低溫下對(duì)氣體分子（吸附質(zhì)）具有可逆物理吸附作用，并對(duì)應(yīng)一定壓力存在確定的平衡吸附量。通過(guò)測(cè)定出該平衡吸附量，利用理論模型來(lái)等效求出被測(cè)樣品的比表面積。由于實(shí)際顆粒外表面的不規(guī)則性，嚴(yán)格來(lái)講，該方法測(cè)定的是吸附質(zhì)分子所能到達(dá)的顆粒外表面和內(nèi)部通孔總表面積之和，如圖：4第4頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一原理氮?dú)庖蚱湟撰@得性和良好的可逆吸附特性，成為最常用的吸附質(zhì)。通過(guò)這種方法測(cè)定的比表面積我們稱之為“等效”比表面積，所謂“等效”的概念是指：樣品的比表面積是通過(guò)其表面密排包覆（吸附）的氮?dú)夥肿訑?shù)量和分子最大橫截面積來(lái)表征。實(shí)際測(cè)定出氮?dú)夥肿釉跇悠繁砻嫫胶怙柡臀搅浚╒），通過(guò)不同理論模型計(jì)算出單層飽和吸附量（Vm），進(jìn)而得出分子個(gè)數(shù)，采用表面密排六方模型計(jì)算出氮?dú)夥肿拥刃ё畲髾M截面積(Am)，即可求出被測(cè)樣品的比表面積。計(jì)算公式如下：5第5頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一原理sg:被測(cè)樣品比表面積(m2/g)

Vm:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氮?dú)夥肿訂螌语柡臀搅浚╩l）

Am:氮分子等效最大橫截面積（密排六方理論值A(chǔ)m=0.162nm2）

W:被測(cè)樣品質(zhì)量（g）

N:阿佛加德羅常數(shù)（6.02x1023）

代入上述數(shù)據(jù)，得到氮吸附法計(jì)算比表面積的基本公式6第6頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)比表面積測(cè)試方法有兩種分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)一是根據(jù)測(cè)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(duì)比法比表面積分析測(cè)定、Langmuir法比表面積分析測(cè)定和BET法比表面積分析測(cè)定等。同時(shí)這兩種分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)又有著一定的聯(lián)系，直接對(duì)比法只能采用連續(xù)流動(dòng)法來(lái)測(cè)定吸附氣體量的多少，而B(niǎo)ET法既可以采用連續(xù)流動(dòng)法，也可以采用容量法來(lái)測(cè)定吸附氣體量。7第7頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

測(cè)試方法分類(lèi)連續(xù)流動(dòng)法連續(xù)流動(dòng)法是相對(duì)于靜態(tài)法而言，整個(gè)測(cè)試過(guò)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(lái)，藉由熱導(dǎo)檢測(cè)器來(lái)測(cè)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綒猓院饣驓錃鉃檩d氣,兩種氣體按一定比例混合，使氮?dú)膺_(dá)到指定的相對(duì)壓力，流經(jīng)樣品顆粒表面。8第8頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)當(dāng)樣品管置于液氮環(huán)境下時(shí)，粉體材料對(duì)混合氣中的氮?dú)獍l(fā)生物理吸附，而載氣不會(huì)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(cè)器中檢測(cè)到信號(hào)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?huì)脫附出來(lái)，形成與吸附峰相反的脫附峰。9第9頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)吸附峰或脫附峰的面積大小正比于樣品表面吸附的氮?dú)饬康亩嗌伲赏ㄟ^(guò)定量氣體來(lái)標(biāo)定峰面積所代表的氮?dú)饬俊Ｍㄟ^(guò)測(cè)定一系列氮?dú)夥謮篜/P0下樣品吸附氮?dú)饬浚衫L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(lái)計(jì)算比表面積。特點(diǎn)：連續(xù)流動(dòng)法測(cè)試過(guò)程操作簡(jiǎn)單，消除系統(tǒng)誤差能力強(qiáng)，同時(shí)具有可采用直接對(duì)比法和BET方法進(jìn)行比表面積理論計(jì)算。10第10頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)容量法容量法中，測(cè)定樣品吸附氣體量多少是利用氣態(tài)方程來(lái)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(guò)測(cè)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。11第11頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)直接對(duì)比法直接對(duì)比法比表面積分析測(cè)試是利用連續(xù)流動(dòng)法來(lái)測(cè)定吸附氣體量，測(cè)定過(guò)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(cè)樣品完全相同的測(cè)試氣路中，通過(guò)與被測(cè)樣品同時(shí)進(jìn)行吸附，分別進(jìn)行脫附，測(cè)定出各自的脫附峰。12第12頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)在相同的吸附和脫附條件下，被測(cè)樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的比表面積正比于其峰面積大小。計(jì)算公式如下：

Sx：被測(cè)樣品比表面積S0：標(biāo)準(zhǔn)樣品比表面積，

Ax：被測(cè)樣品脫附峰面積A0：標(biāo)準(zhǔn)樣品脫附峰面積Wx：被測(cè)樣品質(zhì)量W0：標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)量

13第13頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)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(cè)試操作簡(jiǎn)單，測(cè)試速度快，效率高缺點(diǎn)：當(dāng)標(biāo)樣和被測(cè)樣品的表面吸附特性相差很大時(shí)，如吸附層數(shù)不同，測(cè)試結(jié)果誤差會(huì)較大。直接對(duì)比法僅適用于與標(biāo)準(zhǔn)樣品吸附特性相接近的樣品測(cè)量，由于BET法具有更可靠的理論依據(jù)，目前國(guó)內(nèi)外更普遍認(rèn)可BET法比表面積測(cè)定。14第14頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)BET比表面積測(cè)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，即著名的BET方程：P:吸附質(zhì)分壓P0:吸附劑飽和蒸汽壓

V:樣品實(shí)際吸附量Vm:單層飽和吸附量

C：與樣品吸附能力相關(guān)的常數(shù)15第15頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期一測(cè)試方法分類(lèi)由上式可以看出，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(cè)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(guò)程更接近，因此測(cè)試結(jié)果可靠性更高。實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，通常實(shí)測(cè)3-5組被測(cè)樣品在不同氣體分壓下多層吸附量V，以P/P0為X軸，為Y為Y軸，由BET方程做圖進(jìn)行線性擬合