氮气吸附脱附测量比表面积..省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

氮气吸附脱附测量比表面积 主讲人：第第1页页Page 2目录目录简简 介介原原 理理测试方法分类测试方法分类第第2页页简 介 n比表面积分析测试方法有各种，其中气体吸附法因其测试原理科学性，比表面积分析测试方法有各种，其中气体吸附法因其测试原理科学性，测试过程可靠性，测试结果一致性，在国内外各行各业中被广泛采取，测试过程可靠性，测试结果一致性，在国内外各行各业中被广泛采取，并逐步取代了其它比表面积测试方法，成为公认最权威测试方法。并逐步取代了其它比表面积测试方法，成为公认最权威测试方法。n许多国际标准组织都已将气体吸附法列为比表面积测试标准，如美国许多国际标准组织都已将气体吸附法列为比表面积测试标准，如美国ASTMD3037，国际，国际ISO标准组织标准组织ISO-9277。我国比表面积测试有许。我国比表面积测试有许多行业标准，其中最具代表性是国家标准多行业标准，其中最具代表性是国家标准GB/T19587-气体吸附气体吸附BET法测定固体物质比表面积。法测定固体物质比表面积。第第3页页原原 理理Page 4n气体吸附法测定比表面积原理，是依据气体在固体表面吸附特征，在气体吸附法测定比表面积原理，是依据气体在固体表面吸附特征，在一定压力下，被测样品颗粒（吸附剂）表面在超低温下对气体分子一定压力下，被测样品颗粒（吸附剂）表面在超低温下对气体分子（吸附质）含有可逆物理吸附作用，并对应一定压力存在确定平衡吸（吸附质）含有可逆物理吸附作用，并对应一定压力存在确定平衡吸附量。经过测定出该平衡吸附量，利用理论模型来等效求出被测样品附量。经过测定出该平衡吸附量，利用理论模型来等效求出被测样品比表面积。因为实际颗粒外表面不规则性，严格来讲，该方法测定是比表面积。因为实际颗粒外表面不规则性，严格来讲，该方法测定是吸附质分子所能抵达颗粒外表面和内部通孔总表面积之和，如图吸附质分子所能抵达颗粒外表面和内部通孔总表面积之和，如图：第第4页页原原 理理n氮气因其易取得性和良好可逆吸附特征，成为最惯用吸附质。经过这氮气因其易取得性和良好可逆吸附特征，成为最惯用吸附质。经过这种方法测定比表面积我们称之为种方法测定比表面积我们称之为“等效等效”比表面积，所谓比表面积，所谓“等效等效”概念是概念是指：样品比表面积是经过其表面密排包覆（吸附）氮气分子数量和分指：样品比表面积是经过其表面密排包覆（吸附）氮气分子数量和分子最大横截面积来表征。子最大横截面积来表征。n实际测定出氮气分子在样品表面平衡饱和吸附量（实际测定出氮气分子在样品表面平衡饱和吸附量（V），经过不一样），经过不一样理论模型计算出单层饱和吸附量（理论模型计算出单层饱和吸附量（Vm），进而得出分子个数，采取），进而得出分子个数，采取表面密排六方模型计算出氮气分子等效最大横截面积表面密排六方模型计算出氮气分子等效最大横截面积(Am)，即可求，即可求出被测样品比表面积。计算公式以下：出被测样品比表面积。计算公式以下：Page 5第第5页页原原 理理Page 6nsg:被测样品比表面积被测样品比表面积(m2/g)Vm:标准状态下氮气分子单层饱和吸附量（标准状态下氮气分子单层饱和吸附量（ml）Am:氮分子等效最大横截面积（密排六方理论值氮分子等效最大横截面积（密排六方理论值Am=0.162 nm2）W:被测样品质量（被测样品质量（g）N:阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数（6.02x1023）代入上述数据，得到氮吸附法计算比表面积基本公式代入上述数据，得到氮吸附法计算比表面积基本公式第第6页页测试方法分类测试方法分类n比表面积测试方法有两种分类标准比表面积测试方法有两种分类标准1.一是依据测定样品吸附气体量多少方法不一样，可分为：连续流动一是依据测定样品吸附气体量多少方法不一样，可分为：连续流动法、容量法及重量法，重量法现在基本上极少采取；法、容量法及重量法，重量法现在基本上极少采取；2.再者是依据计算比表面积理论方法不一样可分为：直接对比法比表再者是依据计算比表面积理论方法不一样可分为：直接对比法比表面积分析测定、面积分析测定、Langmuir法比表面积分析测定和法比表面积分析测定和BET法比表面积分法比表面积分析测定等。同时这两种分类标准又有着一定联络，直接对比法只能析测定等。同时这两种分类标准又有着一定联络，直接对比法只能采取连续流动法来测定吸附气体量多少，而采取连续流动法来测定吸附气体量多少，而BET法既能够采取连续法既能够采取连续流动法，也能够采取容量法来测定吸附气体量。流动法，也能够采取容量法来测定吸附气体量。Page 7第第7页页测试方法分类测试方法分类n连续流动法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，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状态下被吸附。连续流动法是在气相色谱原理吸附剂是在处于连续流动状态下被吸附。连续流动法是在气相色谱原理基础上发展而来，藉由热导检测器来测定样品吸附气体量多少。连续动基础上发展而来，藉由热导检测器来测定样品吸附气体量多少。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,两种气体按一定百分两种气体按一定百分比混合，使氮气到达指定相对压力，流经样品颗粒表面。比混合，使氮气到达指定相对压力，流经样品颗粒表面。Page 8第第8页页测试方法分类测试方法分类n当样品管置于液氮环境下时，粉体材料对混合气中氮气发生物理吸附，当样品管置于液氮环境下时，粉体材料对混合气中氮气发生物理吸附，而载气不会被吸附，造成混合气体成份百分比改变，从而造成热导系而载气不会被吸附，造成混合气体成份百分比改变，从而造成热导系数改变，这时就能从热导检测器中检测到信号电压，即出现吸附峰。数改变，这时就能从热导检测器中检测到信号电压，即出现吸附峰。n吸附饱和后让样品重新回到室温，被吸附氮气就会脱附出来，形成与吸附饱和后让样品重新回到室温，被吸附氮气就会脱附出来，形成与吸附峰相反脱附峰。吸附峰相反脱附峰。Page 9第第9页页测试方法分类测试方法分类n吸附峰或脱附峰面积大小正比于样品表面吸附氮气量多少，可经过定吸附峰或脱附峰面积大小正比于样品表面吸附氮气量多少，可经过定量气体来标定峰面积所代表氮气量。经过测定一系列氮气分压量气体来标定峰面积所代表氮气量。经过测定一系列氮气分压P/P0下下样品吸附氮气量，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。积。通常利用脱附峰来计算比表面积。n特点：连续流动法测试过程操作简单，消除系统误差能力强，同时含特点：连续流动法测试过程操作简单，消除系统误差能力强，同时含有可采取直接对比法和有可采取直接对比法和BET方法进行比表面积理论计算。方法进行比表面积理论计算。Page 10第第10页页测试方法分类测试方法分类Page 11n容量法容量法n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。在预抽真空密闭系统中导入一定量吸附气体，经过测定出样品吸脱附造预抽真空密闭系统中导入一定量吸附气体，经过测定出样品吸脱附造成密闭系统中气体压力改变，利用气态方程成密闭系统中气体压力改变，利用气态方程P*V/T=nR换算出被吸附换算出被吸附气体摩尔数改变。气体摩尔数改变。第第11页页测试方法分类测试方法分类n直接对比法直接对比法n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，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，测定过程中需要选取标准样品（经严格标定比表面积稳定物质）。并测定过程中需要选取标准样品（经严格标定比表面积稳定物质）。并联到与被测样品完全相同测试气路中，经过与被测样品同时进行吸附，联到与被测样品完全相同测试气路中，经过与被测样品同时进行吸附，分别进行脱附，测定出各自脱附峰。分别进行脱附，测定出各自脱附峰。Page 12第第12页页测试方法分类测试方法分类n在相同吸附和脱附条件下，被测样品和标准样品比表面积正比于其峰在相同吸附和脱附条件下，被测样品和标准样品比表面积正比于其峰面积大小。计算公式以下：面积大小。计算公式以下：Sx：被测样品比表面积：被测样品比表面积 S0：标准样品比表面积，：标准样品比表面积，Ax：被测样品脱附峰面积：被测样品脱附峰面积 A0：标准样品脱附峰面积：标准样品脱附峰面积Wx：被测样品质量：被测样品质量 W0：标准样品质量：标准样品质量Page 13第第13页页测试方法分类测试方法分类n优点：无需实际标定吸附氮气量体积和进行复杂理论计算即可求得比优点：无需实际标定吸附氮气量体积和进行复杂理论计算即可求得比表面积；测试操作简单，测试速度快，效率高表面积；测试操作简单，测试速度快，效率高n缺点：当标样和被测样品表面吸附特征相差很大时，如吸附层数不一缺点：当标样和被测样品表面吸附特征相差很大时，如吸附层数不一样，测试结果误差会较大。直接对比法仅适合用于与标准样品吸附特样，测试结果误差会较大。直接对比法仅适合用于与标准样品吸附特征相靠近样品测量，因为征相靠近样品测量，因为BET法含有更可靠理论依据，当前国内外更法含有更可靠理论依据，当前国内外更普遍认可普遍认可BET法比表面积测定。法比表面积测定。Page 14第第14页页测试方法分类测试方法分类nBET比表面积测定法比表面积测定法nBET理论计算是建立在理论计算是建立在Brunauer、Emmett和和Teller三人从经典统计三人从经典统计理论推导出多分子层吸附公式基础上，即著名理论推导出多分子层吸附公式基础上，即著名BET方程：方程：P:吸附质分压吸附质分压 P0:吸附剂饱和蒸汽压吸附剂饱和蒸汽压V:样品实际吸附量样品实际吸附量 Vm:单层饱和吸附量单层饱和吸附量C：与样品吸附能力相关常数：与样品吸附能力相关常数Page 15第第15页页测试方法分类测试方法分类n由上式能够看出，由上式能够看出，BET方程建立了单层饱和吸附量方程建立了单层饱和吸附量Vm与多层吸附量与多层吸附量V之间数量关系，为比表面积测定提供了很好理论基础。之间数量关系，为比表面积测定提供了很好理论基础。nBET方程是建立在多层吸附理论基础之上，与许多物质实际吸附过程方程是建立在多层吸附理论基础之上，与许多物质实际吸附过程更靠近，所以测试结果可靠性更高。实际测试过程中，通常实测更靠近，所以测试结果可靠性更高。实际测试过程中，通常实测3-5组被测样品在不一样气体分压下多层吸附量组被测样品在不一样气体分压下多层吸附量V，以，以P/P0为为X轴，为轴，为Y为为Y轴，由轴，由BET方程做图进行线性拟合，得到直线斜率和截距，从而求方程做图进行线性拟合，得到直线斜率和截距，从而求得得Vm值计算出被测样品比表面积。值计算出被测样品比表面积。Page 16第第16页页测试方法分类测试方法分类Page 17特点：特点：BET理论与物质实际吸附过程更靠近，可测定样品范围广，测试结果准理论与物质实际吸附过程更靠近，可测定样品范围广，测试结果准确性和可信度高，尤其适合科研及生产单位使用。确性和可信度高，尤其适合科研及生产单位使用。第第17页页谢谢关注谢谢关注Page 18第第18页页