比表面積測(cè)試方法有兩種分類標(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);另一種是根據(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)這兩種分類標(biāo)準(zhǔn)又有著一定的,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BET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。
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),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?,以氦氣或氫氣為載氣,兩種氣體按一定比例混合,使氮?dú)膺_(dá)到的相對(duì)壓力,流經(jīng)樣品顆粒表面。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。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?,可通過定量氣體來(lái)標(biāo)定峰面積所代表的氮?dú)饬?。通過測(cè)定一系列氮?dú)夥謮篜/P0下樣品吸附氮?dú)饬?,可繪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。
脫附曲線
特點(diǎn):連續(xù)流動(dòng)法測(cè)試過程操作簡(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。
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。
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*相同的測(cè)試氣路中,通過與被測(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。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。
參比法
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
:被測(cè)樣品質(zhì)量 W0:標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)量
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
公式
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。
BET比表面積測(cè)定法
BET理論計(jì)算是建立在Brunauer、Emmett和ler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,即的BET方程:
公式
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)
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)。
數(shù)量關(guān)系
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)際吸附過程更接近,因此測(cè)試結(jié)果可靠性更高。實(shí)際測(cè)試過程中,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軸,由BET方程做圖進(jìn)行線性擬合,得到直線的斜率和截距,從而求得Vm值計(jì)算出被測(cè)樣品比表面積。理論和實(shí)踐表明,當(dāng)P/P0取點(diǎn)在0.05-0.35范圍內(nèi)時(shí),BET方程與實(shí)際吸附過程相吻合,圖形線性也很好,因此實(shí)際測(cè)試過程中選點(diǎn)需在此范圍內(nèi)。由于選取了3-5組P/P0進(jìn)行測(cè)定,通常我們稱之為多點(diǎn)BET。當(dāng)被測(cè)樣品的吸附能力很強(qiáng),即C值很大時(shí),直線的截距接近于零,可近似認(rèn)為直線通過原點(diǎn),此時(shí)可只測(cè)定一組P/P0數(shù)據(jù)與原點(diǎn)相連求出比表面積,我們稱之為單點(diǎn)BET。與多點(diǎn)BET相比,單點(diǎn)BET結(jié)果誤差會(huì)大一些。
若采用流動(dòng)法來(lái)進(jìn)行BET測(cè)定,測(cè)量系統(tǒng)需具備能調(diào)節(jié)氣體分壓P/P0的裝置,以實(shí)現(xiàn)不同P/P0下吸附量測(cè)定。對(duì)于每一點(diǎn)P/P0下BET吸脫附過程與直接對(duì)比法相近似,不同的是BET法需標(biāo)定樣品實(shí)際吸附氣體量的體積大小,而直接對(duì)比法則不需要。
特點(diǎn):BET理論與物質(zhì)實(shí)際吸附過程更接近,可測(cè)定樣品范圍廣,測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性和可信度高,特別適合科研及生產(chǎn)單位使用。