精微高博基础型陶粒比表面分析仪

精微高博基础型陶粒比表面分析仪

BET 比表面积, Langmuir比表面积, 外表面积的测定, 样品孔容孔径、孔径分布的测定。

测试范围

0.0005 m²/g – 无上限（比表面积）；

0.35 nm-500 nm （介孔和微孔分析）；

0.0001 cm³/g- 无上限（孔体积）；

测试精度

在±1.0%范围内 （比表面积）；

≤ 0.01nm （超微孔、常见的孔尺寸）；

≤ 0.04%（真密度）；

在±1.5%范围内（外表面积）。

压力测试

样品分析站采用进口的压电薄膜传感器，1000 Torr, 精度≤ 0.15%（读出的值）。

P₀测试

每个样品管均有一个独立的P₀管，其由一个与分析站完全分离的独立压力传感器控制。实时检测吸附物的饱和蒸汽压力, 并实时参与计算。

真空系统

前置机械泵+二级吸附泵（极限真空是6.7*10^-2Pa）。

实验控制流程

平衡压力可实现自动控制，微孔测试时，吸附分为四个投气阶段，脱附分为两个阶段。

仪器测量原理

静态体积法分析仪采用低温氮吸附原理，测定氮吸附的静态体积法解释如下：首先，产生真空，使歧管中的压力 Pcd0 和样品室的压力接近零。然后，向歧管供应氮气，直到压力达到 Pd1。此时，打开位于歧管和样品室之间的电磁阀，向样品室充入氮气。在液氮温度下，氮气将被样品吸附。当氮气吸附得到平衡时，歧管中的压力和样品室的压力达到平衡，均为Pcd1。因此，样品氮吸附的量△V可以通过下面的公式来计算。

△V = (P_d1-P_cd1)V_td - (P_cd1-P_cd0)V_tc

V_d——样品室阀、歧管阀和压力阀之间的体积；

V_e——样品管的体积；

V_x——样品管以上至样品室阀的体积；

V_c——样品室阀以下的样品室体积 (V_c=V_x+V_e);

P_d——样品室阀和歧管阀之间的压力，采用压力传感器测量；

P_cd——代表着样品阀打开时，样品管、压力传感器和气体控制阀之间的压力

V_td = 273.2V_d/101.3T_d, V_td与外气室的体积和温度相关，可实际测量得到；

V_tc = 273.2V_c/101.3T_c, V_tc与样品室的体积和温度相关，可通过实验测得。

2.3 氮气吸脱附量的计算

逐步增加歧管V_d中的压力P_d，打开样品室阀，之后便可以得到平衡压力P_cd，样品吸附氮气的量可以根据以下公式计算出：

△V_n = (P_dn- P_cdn)V_td- (P_cdn- P_cdn-1)V_tc

总的氮气吸附量如下：

V_n = △V₁+△V₂+△V₃+= △V_n

氦气不具有被吸附的特性，因此可以用做检测死体积大小，认为Vn=0，死体积的计算可用以下公式表示：

(P_dn-P_cdn)V_td=(P_cdn-P_cdn-1)V_tc

Q是V_tc t和 V_td的比值，前者与外气室的体积和温度相关，后者与样品室的体积和温度相关；前者可以实际测量得到，后者由于Tc是非均匀的，因此不能实际测量得到，但可以通过实验测得。

如果样品管中的压力达到了最高值, 即样品表面吸附的氮量达到了最大饱和度, 则 vd 空间中的压力将逐步降低到 Pd。平衡压力值则为 Pcdi。样品表面的脱氮量由以下公式确定:

△V_n=(P_cdn-P_dn)V_td-(P_cdn-1-P_cdn)V_tc

总的氮气脱附量为：

V_n=V_o-(△V₁+△V₂+△V₃+……+△V_n)

1.1 原理

比表面积是单位材料质量的总表面积 (m²/g)。孔径分布是指孔隙体积随材料的孔径变化而变化。两者都是多孔材料, 尤其是纳米材料最重要的物理性质。确定比表面积和孔径分布的方法很多。氮的吸附是常用和可靠的方法。

1.2 氮吸附法测定比表面积

任何粉体表面都有吸附气体分子的能力，在液氮温度下，在含氮的气氛中，粉体表面会对氮气产生物理吸附，在回到室温的过程中，吸附的氮气会全部脱附出来。当粉体表面吸附了完整的一层氮分子时，粉体的比表面积（Sg）可由下式求出：

Sg=NV_mσ/22400W................................................................................................（1）

式中：

V_m：样品表面单层氮气饱和吸附量（mL）；

N：阿佛加德罗常数（6.024*10^23）；

σ：每个氮分子所占的横截面积（0.162 nm²）；

W：样品的重量（g）。

（标准状态下，1mol气体中的分子数为6.024*10^23个；1mol气体在标准状态下的体积为22.4L或22400mL）把N和σ的具体数据代入上式，得到氮吸附比表面积的基本公式如下：

Sg=4.36V_m/W.....................................................................................................（2）

1.3 BET比表面的测定（多层吸附理论）

BET比表面的测定方法遵循多层吸附理论被广泛采用。在公式（2）中已知，用氮吸附法测定比表面时，必须知道粉体表面对氮气的单层饱和吸附量V_m,而实际的吸附并非是单层吸附，而是所谓多层吸附，通过对气体吸附过程的热力学与动力学分析，发现了实际的吸附量V与单层饱和吸附量V_m之间的关系，这就是BET方程：

P/V（P₀-P）=1/V_m*C+（C-1）P/V_m*C*P₀…….............................................（3）

式中：

V：单位重量样品表面氮气吸附量；

V_m：单位重量样品表面单分子层氮气饱和吸附量；

P₀：在液氮温度下氮气的饱和蒸气压；

P：氮气分压；

C：与材料吸附特性相关的常数。

BET方程适用于氮气相对压力（P/P₀）在0.05~0.35的范围，在这个范围中用P/V(P₀-P)对(P/P₀)作图是一条直线，而且1/（斜率+截距）=V_m，因此，在0.05~0.35的范围中选择4～5个不同的(P/P₀)，测出每一个氮分压下的氮气吸附量V,并用P/V(P₀-P)对(P/P₀)作图，由图中直线的斜率和截距求出V_m，再由式（2）求出BET比表面，

在BET方程中，C是反映材料吸附特性的常数，C越大吸附能力越强。

把BET方程改写，可得到如下公式：

V/Vm=[P*C/(P₀-P)]/{(1/C)[1-(P/P₀)]+C*(P/P₀)}...............................................（4）

V/Vm即表示氮气在样品表面吸附的平均层数，它是由C和(P／P₀)决定的,C值越大,吸附层数越多。用BET比表面的测定方法，不仅可以测出比表面,而且可以得到C值，增加了了解材料吸附特性的信息,因此具有更大的意义。