全自动比表面积与孔径分布仪

• 一般选择氦气测试自由空间，因为在液氮温度下 或者常温下，氦气对于几乎所有样品都是惰性的， 所以样品和样品管内壁不会吸附氦气，氦气的压 力可以精确反应出自由空间的大小。 • 氮气则不同，在常温下，氮气对很多样品就会 发生吸附，如活性炭，沸石等微孔材料。所以氮 气做自由空间会带来很大误差。液氮温度下氮气 活性非常强，就会直接吸附，所以氮气作为测试 气体，却不能校正自由空间。 •
200
Quantity Adsorbed (cm?g STP)
150
100
50
0 0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
Relative Pressure (P/Po)
•图为13X分子筛的吸附曲线,很明显这是一类 线,即表明13X富含微孔.
Within 0.073% full scale Within 0.15% of reading Within 0.12% of reading (for longterm stability)
3升杜瓦和专 升杜瓦和专 利等温夹
保证72小时无须添加 保证 小时无须添加 液氮测定微孔全吸附脱 附曲线， 附曲线， 专利的等温夹 确保整个过程 样品管和P 样品管和 0管 的液氮液面恒 定
Sg =
NAmVm 22400W
(m2/g)
Sg为催化剂的比表面积 N为阿伏伽德罗常熟； Am为吸附质分子的横截面积， Am=0.162m2 W为样品重量，g Vm为单分子层饱和吸附所需气体的体积，cm3
孔径分布的测定原理
• 从脱附等温线上找出相对压力P/P0所对应的V脱（mL/g） • V脱换算为液体体积VL （mL/g）
等温夹精确控制 液面
液 面 下 液位传感器 降 ， 杜 瓦 液面控 制精 0.3mm
等温夹 液面 液面 面
瓶 上 升
DigiSizer2500 液位传感器 液 控制 液面
多种入气口
6个物理吸附入气口 个物理吸附入气口
6个化学吸附入气口（化学吸附2020 C） 个化学吸附入气口（化学吸附 个化学吸附入气口 ） 脱气站回填气入气口（ 或自选） 脱气站回填气入气口（N2、He或自选） 或自选
350
500
300
Q u a n ti ty A d s o rb e d ( c m ? g S T P )
Q u a n ti ty A d s o r b e d ( c m ? g S T P )
400
250
200
300
150
200
100
100
50
0 0.00
0 0.00
0.05
0.10
0.15
• 麦克公司的专利等温夹为白色多孔材料， 将液面恒定在同一水平面。冷浴液面下降 不影响样品管内自由体积。 而液位传感器 会有一个0.5mm的感应盲区，液面超过这 个高度才能感应到。
精确测试材料的比表面积，需要稳定真空系 统、精确自由体积校正（恒定液面装置）和 稳定精确的压力传感器。 TriStar 3000可以测定17埃－3000埃的孔径 范围，对于工业用户足够了。需要微孔的测 试可以用CO2测定，也可以用氮气测试，用 MP数据处理和t-plot得到微孔孔面积和孔体积 vs孔径的分布。
VI
物理吸附：比表面和孔隙度分析 物理吸附：
微孔分析到0.01 微孔分析到
BET比表面 比表面
BET比表面（P/P0 在0.05-0.30） 比表面（ 比表面 ）
根据吸附线的类型来定性的判定吸 附质有某种类型的孔.
Isotherm Linear Plot 13X Reference (N2) (example) - Adsorption
自由体积测定入气口（ ） 自由体积测定入气口（He）
多种入气口
蒸汽吸附入气口
化学吸附排气口（ 化学吸附排气口（2020C） ）
化学吸附石英炉冷却系统入气口（ 化学吸附石英炉冷却系统入气口（2020 C） ）
比表面积测定原理
• 化学吸附法：通过吸附质对多组分固体催 化剂进行选择吸附而测定各组分的表面积。 • 物理吸附法：通过吸附质对多孔物质进行 非选择性吸附来测定比表面积。主要有： BET法。
物理吸附和化学吸附的区别
By pass chemisorption
BET法测定原理
BET法：一直被认为是测定载体及催化剂比表面积标准的方法。它是基于吸 附等温式表达的多层吸附理论。 BET等温式：
• 自由空间参与的是液氮温度下的计算，所以存在 一个问题。就是液氮液面会把自由空间分割成冷 热两个部分。液面以下是冷自由空间，液面以上 是热自由空间，这样就需要引入热力学梯度校正。 • 仪器软件已经内置这些校正。但是我们知道，液 氮会不断挥发，进口的杜瓦（类似保温瓶）可以 保持较长时间的液氮，但是液氮液面还是会在不 断变化，所以需要一个装置把液面恒定，否则热 力学梯度校正就会失效。
独立真空系统，每个样品站独立传感器， 独立真空系统，每个样品站独立传感器，真 正做到三个样品的同时分析，提高测试效率， 正做到三个样品的同时分析，提高测试效率， 防止交叉污染。 防止交叉污染。
仪器主体是 manifold（歧 管），压力传 感器和真空系 统，manifold 是装有电磁阀 的一个多管路 歧管，内部体 积精确校正， 它用来给样品 管内进氮气， 来测定压力和 吸附量。
样品管内样品吸附 气体达到平衡
• 仪器主体是manifold（歧管），压力传感器 和真空系统，manifold是装有电磁阀的一个 多管路歧管，内部体积精确校正，它用来 给样品管内进氮气，来测定压力点和吸附 量。 Vm是manifold体积，出厂前已经校正， 作为仪器内部参数，Vsample叫做自由空间， 就是样品管内部除去样品的体积。
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.பைடு நூலகம்0
0.95
1.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
Relative Pressure (P/Po)
脱气站配备独立 真空系统和 1000mmHg传感器 传感器 及一个真空规
压力传感器
脱气站一个1000mmHg传 传 脱气站一个 感 分析站配一个1000mmHg传感器 传感器 分析站配一个 选配10mmHg、1mmHg传感器 、 选配 传感器
1000-mmHg Transducer 10-mmHg Transducer 1-mmHg Transducer
V脱 1 VL = × 28× =1.55×10−3 ×V脱 22400 0.808
V孔 = (VL ) p / p0 =0.95
• 以VL / V孔（%）对rp作图，得到孔径分布的图形。
静态容量法、重量法的比较
• 容量法：测定已知量的气体在吸附前后的 体积差，进而得到气体的吸附量。 • 重量法：该法是直接测定固体吸附前后的 重量差。计算吸附气体的量。此法较容量 法准确， 但对天平的要求很高。 • 两种方法都需要高真空和预先严格脱气处 理。脱气可以用惰性气体流动置换或者抽 真空同时加热以清除固体表面上原有的吸 附物。
Relative Pressure (P/Po)
两幅图为Silica-Alumina及Silica Gel的吸脱附曲线,具有明显 的滞后环, 这个是第四类等温吸附曲线, 由此我们可以推测出吸 附质是含有介孔或大孔的.
吸附仪的外观
测试过程
3个样品脱气站脱气 独立真空系统 抽真空操作（ 抽真空操作（快速 防污、 、防污、精度高） 双脱气站均为 全自动程序控制 ，操作灵活 石英加热包可 程序升温到 450℃ ℃ 脱气条件可储 存再调用
测试原理—静态容量法 测试原理 静态容量法
吸附
脱附
静态容量法
静态容量法
Manifold配气管
• “Free-space” • 或叫死体积 （deadspace） ）
– 吸附气体占据 样品管的体积
13.454mmHg
定量进气 Q1
Vtube-Vsample
一定压力下吸附量（Q）＝Q1－Q自由空间
脱气的作用
• 样品必须加以足够程度的脱气，以保证放 出的杂质气体对测定压力无影响。 • 脱气的温度不应超过样品所承受的最高温 度，以避免因烧结而损失表面积。 • 150℃~200℃，脱水、干燥，10个小时 • 220℃左右，脱有机物，4~5小时
静态容量法
• 脱气后．将样品管放入冷阱(吸附一般在吸 附质沸点以下进行。如用氮气则冷阱温度 需保持在78K，即液氮的沸点)，并给定一 个P/P0值．达到吸附平衡后便可通过恒温的 配气管测出吸附体积V。这样通过一系列 P/P0及V的测定值，得到许多个点，将这些 数据点连接起来得到等温吸附线，反之降 低真空，脱出吸附气体可以得到脱附线， 所有比表面积和孔径分布信息都是根据这 些数据点带入不同的统计模型后计算得出。
全自动比表面积和孔隙分析仪
催化剂的表征
• 催化剂的表征是任何一项重要催化研究和 开发的不可缺少的部分。 • 催化剂的宏观物性，是指由组成各粒子或 粒子聚集体的大小、形状与孔隙结构所构 成的表面积、孔体积、形状及大小分布的 特点，以及与此有关的传递特性及机械强 度等。
• 表征催化剂可提供的信息：化学组成和结 构、纹理和机械性质、催化活性。 • 这些物性直接影响催化反应的动力学，因 此对催化剂的宏观结构进行表征应用范围 广泛。
Isotherm Linear Plot
Isotherm Linear Plot Silica-Alumina (example) - Adsorption Silica-Alumina (example) - Desorption
600
Silica Gel - Adsorption Silica Gel - Desorption
TriStar 3020
• 比表面积
• 孔径分布
应 用
药品（Pharmaceuticals） 药品（Pharmaceuticals）— 比表面和孔隙度对于药物的净化、加 工、混合、压片和包装起主要作用。药品有效期和溶解速率也依赖于 材料的比表面和孔隙度。 陶瓷(Ceramics) 陶瓷(Ceramics)— 比表面和孔隙度帮助确定陶瓷的固化和烧结过程 ，确保压坯强度，得到期望的强度、质地、表观和密度的最终产品。 活性炭(Activated Carbons) 在汽车油气回收、油漆的溶剂回收 Carbons)— 活性炭( 和污水污染控制方面，活性炭的孔隙度和比表面必须控制在很窄的范 围内 碳黑( Black)— 碳黑(Carbon Black) 碳黑生产者发现碳黑的比表面影响轮胎的磨 损寿命、摩擦等性能，特定使用的轮胎或者不同车型的轮胎需要不同 材料的比表面 催化剂(Catalysts) 催化剂(Catalysts)— 活性的比表面和孔结构极大地影响生产效率 ，限制孔径允许特定的分子进入和离开。化学吸附测试对于催化剂的 选择、催化作用的测试和使用寿命的确定等具有指导作用。
六种典型的吸附曲线
Type 1是典型的具有微孔的 是典型的具有微孔的 材料。 材料。 Type2和4是典型的无孔或有 和 是典型的无孔或有 较大孔的材料。 较大孔的材料。 Type3和5是典型的吸附分子 III 和 是典型的吸附分子 间的亲合力远远大于分子与 吸附剂间的亲合力， 吸附剂间的亲合力，而环境 对于孔和表面分析没有影响 。 Type6是无孔 、 表面完全均 是无孔、 是无孔 一的材料（很少） 一的材料（很少）。 V IV I II
样品管转移
分析站进行分析
一个分析站和一 个饱和压力（ 个饱和压力（P0） 管 全自动升降机升 降分析站的杜瓦瓶 （或化学吸附用的 炉子） 炉子）
专利的 Seal frit样 样 品管密封 保证样品 管从脱气 站到分析 站的转移 过程中外 界气体不 会污染样 品
操作状态图
脱气站
脱气站的伺服阀 采用程序控制抽空 速率， 速率，同时配备 20µm的过滤器， 的过滤器， 的过滤器 防止轻质粉末流动 污染配气管