常見比表面積測試方法對比分析

2020-12-04 儀器信息網

動態色譜法

動態色譜法是將待測粉體樣品裝在U型的樣品管內,使含有一定比例吸附質的混合氣體流過樣品,根據吸附前後氣體濃度變化來確定被測樣品對吸附質分子(N2)的吸附量;靜態法根據確定吸附吸附量方法的不同分為重量法和容量法;重量法是根據吸附前後樣品重量變化來確定被測樣品對吸附質分子(N2)的吸附量,由於解析度低、準確度差、對設備要求很高等缺陷已很少使用;容量法是將待測粉體樣品裝在一定體積的一段封閉的試管狀樣品管內,向樣品管內注入一定壓力的吸附質氣體,根據吸附前後的壓力或重量變化來確定被測樣品對吸附質分子(N2)的吸附量; 

動態色譜法和靜態法的目的都是確定吸附質氣體的吸附量。吸附質氣體的吸附量確定後,就可以由該吸附質分子的吸附量來計算待測粉體的比表面了。 

由吸附量來計算比表面的理論很多,如朗格繆爾吸附理論、BET吸附理論、統計吸附層厚度法吸附理論等。其中BET理論在比表面計算方面在大多數情況下與實際值吻合較好,被比較廣泛的應用於比表面測試,通過BET理論計算得到的比表面又叫BET比表面。統計吸附層厚度法主要用於計算外比表面;

動態色譜法儀器中有種常用的原理有固體標樣參比法和BET多點法;

動態色譜法之固體標樣參比法

固體標樣參比法也叫直接對比法,國外此種方法的儀器叫做直讀比表面儀。該方法測試的原理是用已知比表面的標準樣品作為參照,來確定未知待測樣品相對標準樣品的吸附量,從而通過比例運算求得待測樣品比表面積。以使用氮吸附BET比表面標準樣品為例,該方法的依據是有2個:一、BET理論的假設之一在吸附一層之後的吸附過程中的能量變化相當於吸附質分子液化熱,也就是和粉體本身無關;二、在相同氮氣分壓(5%-30%)、相同液氮溫度條件下,吸附層厚度一致;這就是以此種簡單的方法所得出的比表面值與BET多點法得到的值一致性較好的原因;

動態色譜法之BET多點法

BET多點法為國標比表面測試方法,其原理是求出不同分壓下待測樣品對氮氣的絕對吸附量,通過BET理論計算出單層吸附量,從而求出比表面積;其理論認可度相對固體標樣參比法高,但實際使用中,由於測試過程相對複雜,耗時長,使得測試結果重複性、穩定性、測試效率相對固體標樣參比法都不具有優勢,這是也是固體標樣參比法的重複性標稱值比BET多點法高的原因;

動態色譜法和靜態容量法是目前常用的主要的比表面測試方法。兩種方法比較而言動,態色譜法比較適合測試快速比表面積測試和中小吸附量的小比表面積樣品(對於中大吸附量樣品,靜態法和動態法都可以定量的很準確),靜態容量法比較適合孔徑及比表面測試。雖然靜態法具有比表面測試和孔徑測試的功能,但靜態法由於樣品真空處理耗時較長,吸附平衡過程較慢、易受外界環境影響等,使得測試效率相對動態色譜法的快速直讀法低,對小比表面積樣品測試結果穩定性也較動態色譜低,所以靜態法在比表面測試的解析度、穩定性方面,相對動態色譜並沒有優勢;在BET多點法比表面分析方面,靜態法無需液氮杯升降來吸附脫附,所以相對動態法省時;靜態法相對於動態色譜法由於氮氣分壓可以很容易的控制到接近1,所以比較適合做孔徑分析。而動態色譜法由於是通過濃度變化來測試吸附量,當濃度為1時的情況下吸附前後將沒有濃度變化,使得孔徑測試受限。

靜態容量法

在低溫(液氮浴)條件下,向樣品管內通入一定量的吸附質氣體(N2),通過控制樣品管中的平衡壓力直接測得吸附分壓,通過氣體狀態方程得到該分壓點的吸附量;

通過逐漸投入吸附質氣體增大吸附平衡壓力,得到吸附等溫線;通過逐漸抽出吸附質氣體降低吸附平衡壓力,得到脫附等溫線;相對動態法,無需載氣(He),無需液氮杯反覆升降;

由於待測樣品是在固定容積的樣品管中,吸附質相對動態色譜法不流動,故叫靜態容量法。

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