動態(tài)色譜法與靜態(tài)容量法測試原理簡介

1、在小比表面樣品測試方面的動態(tài)法與靜態(tài)法分析雙擊自動滾屏發(fā)布者：admin 發(fā)布時間：2011-5-16 16:10:20 閱讀：57次 【字體：大 中 小】 對于小比表面積樣品，如電池材料、有機材料、生物材料、金屬粉體、磨料等空隙度微小的材料，由于吸附量微小，靜態(tài)法測試的結果較含有風熱助脫裝置和檢測器恒溫裝置的高精度動態(tài)法儀器誤差大。對靜態(tài)法為什么在小比表面樣品測試方面精度難以保證，原因如下： 以比表面積1m2/g的樣品為例，該樣品0.5g對氮氣的吸附量在BET分壓范圍內(nèi)在標況下約0.1ml，在測試過程中的吸附環(huán)境液氮溫度下的體積約0.03ml；樣品管裝樣部分的剩余體積（也就是背景體積）約在3

2、-5ml左右，要在3-5ml的樣品管體積中準確定量出0.03ml的總吸附量且保證精度達到3%以內(nèi)，可以算出要求壓力傳感器的精度要達到0.03%以上；但目前進口最好的壓力傳感器的精度只有0.1%，而且通常比表面及孔徑分析儀用的壓力傳感器精度為0.15%，也就是說目前最高精度的壓力傳感器，即使溫度場理想測定，液氮面理想恒定，環(huán)境溫度理想準確條件下，對吸附量確定量的不確定度也只能達到0.003ml，即不確定度達到10%；若對于比表面再小或堆積密度小也就是裝樣量也難以很大的樣品，其準確度就可想而知了。 但對于中大比表面樣品，一般吸附量不會那么微小，靜態(tài)法的精度很容易保證在2%甚至1%以內(nèi)便不是問題；

3、所以在小比表面樣品的測試方面，靜態(tài)法只能通過增加裝樣量來降低誤差，常見的是靜態(tài)一般都會為小比表面積樣品配備大容量樣品管，但由于背景體積（吸附腔體積）也隨之增大，所以準確度提高也是有限的；而有些廠家宣稱靜態(tài)法小比表面測試下限可以達到0.0001m2/g，是不負責任的； 對具有風熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的高精度動態(tài)法儀器，其相對不具有該裝置的標準動態(tài)法比表面儀，其精度得到明顯提高；動態(tài)法比表面儀，與其它分析儀器類似，其精度和靈敏度 大小主要取決于信噪比；也就是要提高精度和靈敏度，就需要從提高信號強度、抑制背景噪聲、消除外界干擾三方面來控制。增加信號強度的方法一般有增加稱樣量、增加檢測器電流，但

4、增加 檢測器電流一般噪聲也會同時增大，所以檢測器電流會有個最佳范圍；所以在抑制噪聲、消除外界干擾方面可做的工作就比較多了；其源于儀器自身的誤差來源主要有：檢測器溫漂，信號銳度 ；以檢測器恒溫裝置來抑制溫漂，風熱助脫裝置可以提高信號銳度，其對于比表面1m2/g的樣品0.5g對氮氣的吸附量在分壓0.2左右時脫附峰面積與背景可以保證在2%以內(nèi)的誤差； 所以對于小比表面樣品，對具有風熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的動態(tài)法儀器，其靈敏度和分辨率的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了；但對中大比表面樣品，由于信號強，普通動態(tài)法比表面積儀和靜態(tài) 法比表面積儀都可以保證精度；這點就像萬分之一分析天平和千分之一天平的區(qū)別； 但絕大多

5、數(shù)含有微孔、介孔等空隙的材料，比表面不會很??；要是很小比表面的材料，其空隙度的研究價值就有限了； 綜上: 一、對于小比表面樣品（10m2/g以下）優(yōu)先選擇采具有風熱助脫及檢測器恒溫裝置的用動態(tài)色譜法比表面儀器，利用其分辨率、靈敏度高的優(yōu)勢； 二、對于中大比表面樣品，若只測試比表面積，動態(tài)法和靜態(tài)法沒有明顯的優(yōu)劣勢，動態(tài)法由于具有固體標樣參比法，具有快速測定比表面的優(yōu)勢，靜態(tài)法具有BET多點法較省時液氮消耗 小的優(yōu)勢； 三、需要測比表面及孔徑分布的樣品，建議采用靜態(tài)容量法的比表面及孔徑分析儀；動態(tài)色譜法靜態(tài)容量法測試原理向樣品管內(nèi)連續(xù)通入一定比例的載氣（He）和吸附質(zhì)氣體（N2）的混合氣體，在低

6、溫下（液氮?。┦箻悠肺狡胶猓郎?，使被樣品吸附的N2分子脫附出來，混合氣體濃度發(fā)生變化，被檢測器檢測，得到待測樣品吸附量；調(diào)節(jié)載氣與吸附質(zhì)氣體的比例得到不同的分壓點，反復進行上升、下降液氮杯進行吸附脫附，測得不同分壓下的吸附量；由于測試過程中一直有一定流速的氣體流過待測樣品，待測樣品充當類似色譜柱中吸附劑的角色，故叫動態(tài)色譜法；在低溫（液氮?。l件下，向樣品管內(nèi)通入一定量的吸附質(zhì)氣體（N2），通過控制樣品管中的平衡壓力直接測得吸附分壓，通過氣體狀態(tài)方程得到該分壓點的吸附量；通過逐漸投入吸附質(zhì)氣體增大吸附平衡壓力，得到吸附等溫線；通過逐漸抽出吸附質(zhì)氣體降低吸附平衡壓力，得到脫附等溫線；相對動態(tài)

7、法，無需載氣（He），無需液氮杯反復升降；由于待測樣品是在固定容積的樣品管中，吸附質(zhì)相對動態(tài)色譜法不流動，故叫靜態(tài)容量法；測試過程測試范圍分壓5%95%，對應孔徑范圍1.29-50nm，比表面0.01m2/g以上分壓0.0001%99.6%，對應孔徑范圍0.35-500nm，比表面0.01m2/g以上測試耗時參比法比表面，15min/3個樣品單點BET比表面約20-30min/4個樣品，5點BET比表面約120min/4個樣品；單個分壓點約3-10min，5點BET比表面約20-40min，40個吸附脫附點約3-10小時等溫線類型吸附等溫線吸附等溫線、脫附等溫線是否需要抽真空否是優(yōu)劣勢適合比表

8、面分析測試，比表面分析速度快，準確度好，分辨率高，尤其針對中小比表面樣品，如電池材料、有機材料、金屬粉體等，比表面分析下限低，重復性高。由于分壓范圍低、不能測試真正的脫附等溫線等限制，不適合做孔徑分析。適合比表面及孔徑分析，尤其對中大比表面和孔隙發(fā)達的樣品分辨率、準確度高，適合催化劑、分子篩等多孔、比表面較大樣品的比表面及孔徑分布分析測試；動態(tài)色譜法與靜態(tài)容量法測試原理簡介發(fā)布者：admin 發(fā)布時間：2011-6-17 15:34:15 閱讀：71次 【字體：大 中 小】 -貝士德儀器比表面積測試方法主要分動態(tài)色譜法和靜態(tài)容量法。雙擊自動滾屏發(fā)布者：admin 發(fā)布時間：2011-5-9 1

9、4:47:12 閱讀：96次 【字體：大 中 小】動態(tài)色譜法動態(tài)色譜法是將待測粉體樣品裝在U型的樣品管內(nèi)，使含有一定比例吸附質(zhì)的混合氣體流過樣品，根據(jù)吸附前后氣體濃度變化來確定被測樣品對吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量；靜態(tài)法根據(jù)確定吸附吸附量方法的不同分為重量法和容量法；重量法是根據(jù)吸附前后樣品重量變化來確定被測樣品對吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量，由于分辨率低、準確度差、對設備要求很高等缺陷已很少使用；容量法是將待測粉體樣品裝在一定體積的一段封閉的試管狀樣品管內(nèi)，向樣品管內(nèi)注入一定壓力的吸附質(zhì)氣體，根據(jù)吸附前后的壓力或重量變化來確定被測樣品對吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量； 動態(tài)色譜法和靜態(tài)法

10、的目的都是確定吸附質(zhì)氣體的吸附量。吸附質(zhì)氣體的吸附量確定后，就可以由該吸附質(zhì)分子的吸附量來計算待測粉體的比表面了。 由吸附量來計算比表面的理論很多，如朗格繆爾吸附理論、BET吸附理論、統(tǒng)計吸附層厚度法吸附理論等。其中BET理論在比表面計算方面在大多數(shù)情況下與實際值吻合較好，被比較廣泛的應用于比表面測試，通過BET理論計算得到的比表面又叫BET比表面。統(tǒng)計吸附層厚度法主要用于計算外比表面； 動態(tài)色譜法儀器中有種常用的原理有固體標樣參比法和BET多點法；動態(tài)色譜法之固體標樣參比法固體標樣參比法也叫直接對比法，國外此種方法的儀器叫做直讀比表面儀。該方法測試的原理是用已知比表面的標

11、準樣品作為參照，來確定未知待測樣品相對標準樣品的吸附量，從而通過比例運算求得待測樣品比表面積。以使用氮吸附BET比表面標準樣品為例，該方法的依據(jù)是有2個：一、BET理論的假設之一在吸附一層之后的吸附過程中的能量變化相當于吸附質(zhì)分子液化熱，也就是和粉體本身無關；二、在相同氮氣分壓（5%-30%）、相同液氮溫度條件下，吸附層厚度一致；這就是以此種簡單的方法所得出的比表面值與BET多點法得到的值一致性較好的原因；動態(tài)色譜法之BET多點法BET多點法為國標比表面測試方法，其原理是求出不同分壓下待測樣品對氮氣的絕對吸附量，通過BET理論計算出單層吸附量，從而求出比表面積；其理論認可度相對固體標樣參比法高

12、，但實際使用中，由于測試過程相對復雜，耗時長，使得測試結果重復性、穩(wěn)定性、測試效率相對固體標樣參比法都不具有優(yōu)勢，這是也是固體標樣參比法的重復性標稱值比BET多點法高的原因； 動態(tài)色譜法和靜態(tài)容量法是目前常用的主要的比表面測試方法。兩種方法比較而言動，態(tài)色譜法比較適合測試快速比表面積測試和中小吸附量的小比表面積樣品（對于中大吸附量樣品，靜態(tài)法和動態(tài)法都可以定量的很準確），靜態(tài)容量法比較適合孔徑及比表面測試。雖然靜態(tài)法具有比表面測試和孔徑測試的功能，但靜態(tài)法由于樣品真空處理耗時較長，吸附平衡過程較慢、易受外界環(huán)境影響等，使得測試效率相對動態(tài)色譜法的快速直讀法低，對小比表面積樣品測試結果

13、穩(wěn)定性也較動態(tài)色譜低，所以靜態(tài)法在比表面測試的分辨率、穩(wěn)定性方面，相對動態(tài)色譜并沒有優(yōu)勢；在BET多點法比表面分析方面，靜態(tài)法無需液氮杯升降來吸附脫附，所以相對動態(tài)法省時；靜態(tài)法相對于動態(tài)色譜法由于氮氣分壓可以很容易的控制到接近1，所以比較適合做孔徑分析。而動態(tài)色譜法由于是通過濃度變化來測試吸附量，當濃度為1時的情況下吸附前后將沒有濃度變化，使得孔徑測試受限。靜態(tài)容量法在低溫（液氮浴）條件下，向樣品管內(nèi)通入一定量的吸附質(zhì)氣體（N2），通過控制樣品管中的平衡壓力直接測得吸附分壓，通過氣體狀態(tài)方程得到該分壓點的吸附量； 通過逐漸投入吸附質(zhì)氣體增大吸附平衡壓力，得到吸附等溫線；通過逐漸抽出

14、吸附質(zhì)氣體降低吸附平衡壓力，得到脫附等溫線；相對動態(tài)法，無需載氣（He），無需液氮杯反復升降； 由于待測樣品是在固定容積的樣品管中，吸附質(zhì)相對動態(tài)色譜法不流動，故叫靜態(tài)容量法； 比表面積測試相關儀器簡介動態(tài)法比表面積儀測試比表面積精度影響因素 對具有風熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的動態(tài)法儀器，其相對不具有該裝置的動態(tài)法比表面儀，其精度得到明顯提高；動態(tài)法比表面儀，與其它分析儀器類似，其精度和靈敏度大小主要取決于信噪比；也就是要提高精度和靈敏度，就需要從提高信號強度、抑制背景噪聲、消除外界干擾三方面來控制。增加信號強度的方法一般有增加稱樣量、增加檢測器電流，但增加檢

15、測器電流一般噪聲也會同時增大，所以檢測器電流會有個最佳范圍；所以在抑制噪聲、消除外界干擾方面可做的工作就比較多了；其源于儀器自身的誤差來源主要有：檢測器溫漂，信號銳度；以檢測器恒溫裝置來抑制溫漂，風熱助脫裝置可以提高信號銳度，其對于比表面1m2/g的樣品0.5g對氮氣的吸附量在分壓0.2左右時脫附峰面積與背景可以保證在2%以內(nèi)的誤差； 所以對于小比表面樣品，對具有風熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的動態(tài)法儀器，其靈敏度和分辨率的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了；但對中大比表面樣品，由于信號強，普通動態(tài)法比表面積儀和靜態(tài)法比表面積儀都可以保證精度；這點就像萬分之一分析天平和千分之一天平的區(qū)別； 

16、靜態(tài)法比表面積儀測試小比表面積樣品精度分析 以比表面積1m2/g的樣品為例，該樣品0.5g對氮氣的吸附量在BET分壓范圍內(nèi)在標況下約0.1ml，在測試過程中的吸附環(huán)境液氮溫度下的體積約0.03ml；樣品管裝樣部分的剩余體積（也就是背景體積）約在3-5ml左右，要在3-5ml的樣品管體積中準確定量出0.03ml的總吸附量且保證精度達到3%以內(nèi)，可以算出要求壓力傳感器的精度要達到0.03%以上；但目前進口最好的壓力傳感器的精度只有0.1%，而且通常比表面及孔徑分析儀用的壓力傳感器精度為0.15%，也就是說目前最高精度的壓力傳感器，即使溫度場理想測定，液氮面理想恒定，環(huán)境溫度理想準確條件下

17、，對吸附量確定量的不確定度也只能達到0.003ml，即不確定度達到10%；若對于比表面再小或堆積密度小也就是裝樣量也難以很大的樣品，其準確度就可想而知了。 但對于中大比表面樣品，一般吸附量不會那么微小，靜態(tài)法的精度很容易保證在2%甚至1%以內(nèi)便不是問題； 所以在小比表面樣品的測試方面，靜態(tài)法儀器測試的誤差相對高精度的動態(tài)法儀器的誤差大；靜態(tài)法只能通過增加裝樣量來降低誤差，常見的是靜態(tài)一般都會為小比表面積樣品配備大容量樣品管，但由于背景體積（吸附腔體積）也隨之增大，所以準確度提高也是有限的；這點是采用靜態(tài)法儀器測試比表面積應考慮的因素。 比表面積計算公式 參考國標G

18、B/T24533-2009 放到氣體體系的樣品，其物質(zhì)表面在低溫下將發(fā)生物理吸附。當吸附達到平衡時，測量平衡吸附壓力和吸附的氣體流量，根據(jù)BET方程式（1）求出試樣單分子層吸附量，從而計算出試樣的比表面積。 （P/P0 ）/ V(1-P/P0) = (C-1 )/( VmC ) × P/P0 + 1/( VmC )為什么動態(tài)色譜法不適合做孔徑測試分析？雙擊自動滾屏發(fā)布者：admin 發(fā)布時間：2009-8-27 8:51:37 閱讀：172次 【字體：大 中 小】  為什么動態(tài)色譜法不適合做孔徑測試分析？  國外比表面及孔徑分析儀測試

19、孔徑全部為靜態(tài)容量法，沒有任何一個型號的儀器采用動態(tài)色譜法來測試孔徑分布；雖然國內(nèi)動態(tài)色譜法在比表面測試方面已經(jīng)比較成熟，但在前兩年市面上出現(xiàn)的把動態(tài)色譜法應用到孔徑分析，此種儀器雖然軟件做到了勉強可以做出孔徑分析數(shù)據(jù)，但由于受動態(tài)色譜法儀器檢測器檢測范圍和測試原理的限制，其在孔徑分析方面有諸多缺陷，當其作為在靜態(tài)法儀器推出之前的一種國產(chǎn)孔徑分析儀器的補充和過度，填補了國產(chǎn)比表面儀在孔徑分析方面的缺失，而這個僅僅對商家利益有益，用動態(tài)法測得的孔徑分布數(shù)據(jù)時近似或難以被認同的。相對靜態(tài)容量法，動態(tài)色譜法比表面儀不適合不適合做孔徑測試，主要有四個因素：一、動態(tài)色譜法測試液氮消耗比靜態(tài)容量法快，需要

20、補充，不適合長時間連續(xù)自動多點運行；孔徑分析時，通常要分析40個以上的分壓點。動態(tài)色譜法測試時，每一個分壓點的吸附脫附需要樣品管進出液氮杯一次，吸附時樣品管進入液氮杯吸熱降溫，吸附平衡后再離開液氮杯升溫脫附，下個分壓點時再次浸入液氮，使得每個分壓點的測試都使液氮消耗量較大；每個分壓點需要約20-30min，所以對孔徑測試40-80個分壓點測試需要15-40小時，耗時長，且需要多次人為添加液氮，使得測試過程繁瑣，不能脫離人工看管而完全自動化，所以動態(tài)法儀器不適合做需要大量分壓點的精確分析； 靜態(tài)法儀器，裝樣管可以很長（液氮杯深度和樣品管長度一般在20-30cm），插入深而小口的杜瓦杯內(nèi)，并將杯口

21、遮蓋，測試過程中無需樣品管出入液氮杯，保溫效果好，熱量損失小，每個分壓點需要約3-5min，40-80個分壓點耗時4-8小時，在整個測試過程中都可以不用添加液氮，可以進行大量分壓點的精細分析； 1.      沒有任何一款動態(tài)法儀器測試40個分壓點可以低于12個小時；而靜態(tài)法平均只需要3小時左右；做70個分壓點的精細分析，動態(tài)法儀器耗時不可能低于24小時，而靜態(tài)法需要約6小時；2.      動態(tài)法通常需要1小時就添加一次液氮，而靜態(tài)容量法由于配備有液氮面伺服保持系統(tǒng)，整個測試過程中無需添加液氮

22、；所以這兩點是動態(tài)法儀器不適合進行孔徑分析這種長時間自動運行的第一個原因；二、由于高純氣體內(nèi)雜質(zhì)的影響，使動態(tài)色譜法每測試一點需要對樣品進行吹掃處理后再繼續(xù)測試下一個點，而靜態(tài)容量法不需要。測試所使用的高純氮氣和高純氦氣純度一般為99.99%到99.999%，其中0.001%-0.01%的雜質(zhì)氣體(主要為水分等高沸點易吸附氣體)在低溫吸附時會首先被吸附,從而對吸附氮氣量造成影響；由于色譜法比表面測試中氣體是連續(xù)流過待測樣品，所以每個分壓點測試的（20-30min）過程中將有大約1000ml的氣體流經(jīng)待測樣品，40個分壓點的整個測試過程將有40L左右的氣體流經(jīng)每個樣品表面；對于單個分壓點流經(jīng)樣品表面的1000ml氣體中的高沸點雜質(zhì)將有0.01-0.05ml左右，而對于500mg比表面積為1m2/g的材料，在其表面形成水的單分子層吸附所需要的水的量為：0.069 ml（標況），所以，雜質(zhì)吸附對下一分壓點氮氣吸附的影響就不能忽略，而需要重新吹掃處理后再進行下分壓一點吸附，否則將得到的是