物理吸附仪讲义
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物理吸附的应用
主讲：
目录
吸附理论 气体物理吸附技术 多孔固体材料表征 物理吸附仪（比表面积及孔径分析） 应用 测试原理 设备结构 操作规程 维护
吸附理论
吸附：当流体与多孔固体接触时，流体中某一组分或 多个组分在固体表面处产生积蓄，此现象称为吸附。
气体物理吸附技术
吸附指固体表面对气体或液体的吸着现象。
V脱 1 VL 28 1.55 103 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
高集成气路模块
13.454mmHg
定量进气 Q1
一定压力下吸附量（Q）＝Q1－Q自由空间
样品管内样品吸附 气体达到平衡
VI
数据报告来自SSA-7300
BET比表面积
序 号：１ 名 称：1 重 量：０．０６５ 测 定 人： 测定单位： 样品来源： 吸 附 质：N2 分子重量：28.0134 2 分子面积：16.2 Å 斜 率：０．００５８０６ 截 距：０．０００６７４ BET比表面积：６７２．７１７ 相关系数：０．９９９９１５
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。 100℃~200℃，脱水、干燥，10个小时 250℃左右，脱有机物，4~5小时
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：
六种典型的吸附曲线
Type 1是典型的具有微孔的 材料。
Type2和4是典型的无孔或有 较大孔的材料。 Type3和5是典型的吸附分子 III 间的亲合力远远大于分子与 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 一的材料（很少）。 V IV I II
活性炭(Activated Carbons)— 在汽车油气回收、油漆的溶剂回收 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(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)— 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。
物理吸附（比表面积及孔径分析仪的应用）
Hale Waihona Puke BET 比表面积 孔径 孔容 孔分布
应用领域
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)— 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。
死体积校准
死体积参与的是液氮温度下的计算，它的数值是否准 确直接影响测试数据的准确性和精度 ● 随着液氮的挥发液位同样品管的相对位置会发生变化， 虽然采用液位传感器和升降系统可以保持液位与样 品管相对位置不变，但是液位与杜瓦瓶瓶口的相对 位置会发生变化，杜瓦瓶口到液氮液面始终存在着150℃——20℃的温差，该温差随着液氮杯的升降， 始终影响着样品管内死体积的校准。彼奥德电子引 入温差动态校准技术，提高仪器测试精度
测试原理——静态容量法
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。 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。
●
温差动态校准技术
设备维护
至少每半个月运行一次仪器 仪器处于关闭状态时要用空样品管安装到设备上 有破裂的样品管坚决不用 定期更换真空泵泵油
Sg
NAmVm (m2/g) 22400W
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）
By pass chemisorption
多孔固体材料表征
表征固体多孔结构的主要参数是：孔隙度、平均孔 径、最大孔径、孔径分布、孔形和比表面积。 孔隙度不变时，孔径小的材料透过性小，但因颗粒 间接触点多，故强度大。过滤精度即阻截能力是指 透过多孔体的流体中的最大粒子尺寸，一般与最大 孔径值有关。孔径分布是多孔结构均匀性的判据。
样品分析过程
校正传感器 测定死体积 真空处理 吸附分析 脱附分析 结束分析
气体的应用
氦气 用于测定死体积，即除样品以外的所有自由空间。 由于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 作为吸附质。高纯氮气以及液氮（冷却剂）因其易获 得性和良好的可逆吸附特性，成为最常用的吸附质， 广泛用于比表面积的测定。
Ｇ
Ｍ２／Ｇ
设备结构
气源 高纯氦气和氮气（其他吸附质） 前处理 独立脱气站 气路系统 高集成不锈钢气路模块 真空系统 真空泵 压力探测系统 压力传感器 冷却液 液氮 数据处理
设备操作流程
1、样品称量 按照仪器说明书称量样品重量并记录 2、样品前处理 参照说明书在合适的温度下对样品进行脱水、干燥、 抽真空,处理时间根据样品性质决定，一般为10小时 左右，温度的选择以不破坏样品结构为前提 3、安装样品管 4、开气 5、开机、装冷却液 6、打开工作站，录入数据，启动 7、完成样品测试，先关仪器后关气源
固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。 根据吸附质与吸附剂表面分子间结合力的性 质，可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附 由吸附质与吸附剂分子间引力所引起，结合 力较弱，吸附热比较小，容易脱附。化学吸 附则由吸附质与吸附剂间的化学键所引起,犹 如化学反应，吸附常是不可逆的,吸附热通常 较大。
物理吸附和化学吸附的区别
主讲：
目录
吸附理论 气体物理吸附技术 多孔固体材料表征 物理吸附仪（比表面积及孔径分析） 应用 测试原理 设备结构 操作规程 维护
吸附理论
吸附：当流体与多孔固体接触时，流体中某一组分或 多个组分在固体表面处产生积蓄，此现象称为吸附。
气体物理吸附技术
吸附指固体表面对气体或液体的吸着现象。
V脱 1 VL 28 1.55 103 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
高集成气路模块
13.454mmHg
定量进气 Q1
一定压力下吸附量（Q）＝Q1－Q自由空间
样品管内样品吸附 气体达到平衡
VI
数据报告来自SSA-7300
BET比表面积
序 号：１ 名 称：1 重 量：０．０６５ 测 定 人： 测定单位： 样品来源： 吸 附 质：N2 分子重量：28.0134 2 分子面积：16.2 Å 斜 率：０．００５８０６ 截 距：０．０００６７４ BET比表面积：６７２．７１７ 相关系数：０．９９９９１５
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。 100℃~200℃，脱水、干燥，10个小时 250℃左右，脱有机物，4~5小时
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：
六种典型的吸附曲线
Type 1是典型的具有微孔的 材料。
Type2和4是典型的无孔或有 较大孔的材料。 Type3和5是典型的吸附分子 III 间的亲合力远远大于分子与 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 一的材料（很少）。 V IV I II
活性炭(Activated Carbons)— 在汽车油气回收、油漆的溶剂回收 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(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)— 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。
物理吸附（比表面积及孔径分析仪的应用）
Hale Waihona Puke BET 比表面积 孔径 孔容 孔分布
应用领域
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)— 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。
死体积校准
死体积参与的是液氮温度下的计算，它的数值是否准 确直接影响测试数据的准确性和精度 ● 随着液氮的挥发液位同样品管的相对位置会发生变化， 虽然采用液位传感器和升降系统可以保持液位与样 品管相对位置不变，但是液位与杜瓦瓶瓶口的相对 位置会发生变化，杜瓦瓶口到液氮液面始终存在着150℃——20℃的温差，该温差随着液氮杯的升降， 始终影响着样品管内死体积的校准。彼奥德电子引 入温差动态校准技术，提高仪器测试精度
测试原理——静态容量法
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。 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。
●
温差动态校准技术
设备维护
至少每半个月运行一次仪器 仪器处于关闭状态时要用空样品管安装到设备上 有破裂的样品管坚决不用 定期更换真空泵泵油
Sg
NAmVm (m2/g) 22400W
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）
By pass chemisorption
多孔固体材料表征
表征固体多孔结构的主要参数是：孔隙度、平均孔 径、最大孔径、孔径分布、孔形和比表面积。 孔隙度不变时，孔径小的材料透过性小，但因颗粒 间接触点多，故强度大。过滤精度即阻截能力是指 透过多孔体的流体中的最大粒子尺寸，一般与最大 孔径值有关。孔径分布是多孔结构均匀性的判据。
样品分析过程
校正传感器 测定死体积 真空处理 吸附分析 脱附分析 结束分析
气体的应用
氦气 用于测定死体积，即除样品以外的所有自由空间。 由于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 作为吸附质。高纯氮气以及液氮（冷却剂）因其易获 得性和良好的可逆吸附特性，成为最常用的吸附质， 广泛用于比表面积的测定。
Ｇ
Ｍ２／Ｇ
设备结构
气源 高纯氦气和氮气（其他吸附质） 前处理 独立脱气站 气路系统 高集成不锈钢气路模块 真空系统 真空泵 压力探测系统 压力传感器 冷却液 液氮 数据处理
设备操作流程
1、样品称量 按照仪器说明书称量样品重量并记录 2、样品前处理 参照说明书在合适的温度下对样品进行脱水、干燥、 抽真空,处理时间根据样品性质决定，一般为10小时 左右，温度的选择以不破坏样品结构为前提 3、安装样品管 4、开气 5、开机、装冷却液 6、打开工作站，录入数据，启动 7、完成样品测试，先关仪器后关气源
固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。 根据吸附质与吸附剂表面分子间结合力的性 质，可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附 由吸附质与吸附剂分子间引力所引起，结合 力较弱，吸附热比较小，容易脱附。化学吸 附则由吸附质与吸附剂间的化学键所引起,犹 如化学反应，吸附常是不可逆的,吸附热通常 较大。
物理吸附和化学吸附的区别