比表面积测试方法分类
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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。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<
br>所代表的氮气量。通过测定一系列氮气分压PP0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。
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。
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*VT=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。计算公式如下:
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Tel
ler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:
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。
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PP0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PP0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PP0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
PP0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
PP0的
装置,以实现不同PP0下吸附量测定。对于每一点PP0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。