動(dòng)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(dòng)態(tài)法與靜態(tài)法分析雙擊自動(dòng)滾屏發(fā)布者：admin 發(fā)布時(shí)間：2011-5-16 16:10:20 閱讀：57次 【字體：大 中 小】 對(duì)于小比表面積樣品，如電池材料、有機(jī)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(jié)果較含有風(fēng)熱助脫裝置和檢測器恒溫裝置的高精度動(dòng)態(tài)法儀器誤差大。對(duì)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(duì)氮?dú)獾奈搅吭贐ET分壓范圍內(nèi)在標(biāo)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(zhǔn)確定量出0.03ml的總吸附量且保證精度達(dá)到3%以內(nèi)，可以算出要求壓力傳感器的精度要達(dá)到0.03%以上；但目前進(jìn)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(zhǔn)確條件下，對(duì)吸附量確定量的不確定度也只能達(dá)到0.003ml，即不確定度達(dá)到10%；若對(duì)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(zhǔn)確度就可想而知了。 但對(duì)于中大比表面樣品，一般吸附量不會(huì)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(huì)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(zhǔn)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(dá)到0.0001m2/g，是不負(fù)責(zé)任的； 對(duì)具有風(fēng)熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的高精度動(dòng)態(tài)法儀器，其相對(duì)不具有該裝置的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)法比表面儀，其精度得到明顯提高；動(dòng)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(hào)強(qiáng)度、抑制背景噪聲、消除外界干擾三方面來控制。增加信號(hào)強(qiáng)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(huì)同時(shí)增大，所以檢測器電流會(huì)有個(gè)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(hào)銳度 ；以檢測器恒溫裝置來抑制溫漂，風(fēng)熱助脫裝置可以提高信號(hào)銳度，其對(duì)于比表面1m2/g的樣品0.5g對(duì)氮?dú)獾奈搅吭诜謮?.2左右時(shí)脫附峰面積與背景可以保證在2%以內(nèi)的誤差； 所以對(duì)于小比表面樣品，對(duì)具有風(fēng)熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的動(dòng)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(duì)中大比表面樣品，由于信號(hào)強(qiáng)，普通動(dòng)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(diǎn)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(huì)很小；要是很小比表面的材料，其空隙度的研究價(jià)值就有限了； 綜上: 一、對(duì)于小比表面樣品（10m2/g以下）優(yōu)先選擇采具有風(fēng)熱助脫及檢測器恒溫裝置的用動(dòng)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(duì)于中大比表面樣品，若只測試比表面積，動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法沒有明顯的優(yōu)劣勢，動(dòng)態(tài)法由于具有固體標(biāo)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(diǎn)法較省時(shí)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(dòng)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（液氮浴）使樣品吸附平衡，升溫，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(diǎn)，反復(fù)進(jìn)行上升、下降液氮杯進(jìn)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(dāng)類似色譜柱中吸附劑的角色，故叫動(dòng)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(diǎn)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(duì)動(dòng)態(tài)

7、法，無需載氣（He），無需液氮杯反復(fù)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(duì)動(dòng)態(tài)色譜法不流動(dòng)，故叫靜態(tài)容量法；測試過程測試范圍分壓5%95%，對(duì)應(yīng)孔徑范圍1.29-50nm，比表面0.01m2/g以上分壓0.0001%99.6%，對(duì)應(yīng)孔徑范圍0.35-500nm，比表面0.01m2/g以上測試耗時(shí)參比法比表面，15min/3個(gè)樣品單點(diǎn)BET比表面約20-30min/4個(gè)樣品，5點(diǎn)BET比表面約120min/4個(gè)樣品；單個(gè)分壓點(diǎn)約3-10min，5點(diǎn)BET比表面約20-40min，40個(gè)吸附脫附點(diǎn)約3-10小時(shí)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(zhǔn)確度好，分辨率高，尤其針對(duì)中小比表面樣品，如電池材料、有機(jī)材料、金屬粉體等，比表面分析下限低，重復(fù)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(duì)中大比表面和孔隙發(fā)達(dá)的樣品分辨率、準(zhǔn)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(dòng)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(shí)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(dòng)態(tài)色譜法和靜態(tài)容量法。雙擊自動(dòng)滾屏發(fā)布者：admin 發(fā)布時(shí)間：2011-5-9 1

9、4:47:12 閱讀：96次 【字體：大 中 小】動(dòng)態(tài)色譜法動(dòng)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(duì)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(duì)吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量，由于分辨率低、準(zhǔn)確度差、對(duì)設(shè)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(duì)吸附質(zhì)分子（N2）的吸附量；動(dòng)態(tài)色譜法和靜態(tài)法的目的都是確

10、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(jì)算待測粉體的比表面了。由吸附量來計(jì)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(jì)吸附層厚度法吸附理論等。其中BET理論在比表面計(jì)算方面在大多數(shù)情況下與實(shí)際值吻合較好，被比較廣泛的應(yīng)用于比表面測試，通過BET理論計(jì)算得到的比表面又叫BET比表面。統(tǒng)計(jì)吸附層厚度法主要用于計(jì)算外比表面；動(dòng)態(tài)色譜法儀器中有種常用的原理有固體標(biāo)樣參比法和BET多點(diǎn)法；動(dòng)態(tài)色譜法之固體標(biāo)樣參比法固體標(biāo)樣參比法也叫直接對(duì)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(biāo)準(zhǔn)樣品作為參照，來確定未知待測樣品相

11、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的吸附量，從而通過比例運(yùn)算求得待測樣品比表面積。以使用氮吸附BET比表面標(biāo)準(zhǔn)樣品為例，該方法的依據(jù)是有2個(gè)：一、BET理論的假設(shè)之一在吸附一層之后的吸附過程中的能量變化相當(dāng)于吸附質(zhì)分子液化熱，也就是和粉體本身無關(guān)；二、在相同氮?dú)夥謮海?%-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(diǎn)法得到的值一致性較好的原因；動(dòng)態(tài)色譜法之BET多點(diǎn)法BET多點(diǎn)法為國標(biāo)比表面測試方法，其原理是求出不同分壓下待測樣品對(duì)氮?dú)獾慕^對(duì)吸附量，通過BET理論計(jì)算出單層吸附量，從而求出比表面積；其理論認(rèn)可度相對(duì)固體標(biāo)樣參比法高，但實(shí)際使用中，由于測試過程相對(duì)復(fù)雜

12、，耗時(shí)長，使得測試結(jié)果重復(fù)性、穩(wěn)定性、測試效率相對(duì)固體標(biāo)樣參比法都不具有優(yōu)勢，這是也是固體標(biāo)樣參比法的重復(fù)性標(biāo)稱值比BET多點(diǎn)法高的原因；動(dòng)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(dòng)，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(duì)于中大吸附量樣品，靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法都可以定量的很準(zhǔn)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(shí)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(duì)動(dòng)態(tài)色譜法的快速直讀法低，對(duì)小比表面積樣品測試結(jié)果穩(wěn)定性也較動(dòng)態(tài)色譜低，所以靜態(tài)法在比表面測試的分

13、辨率、穩(wěn)定性方面，相對(duì)動(dòng)態(tài)色譜并沒有優(yōu)勢；在BET多點(diǎn)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(duì)動(dòng)態(tài)法省時(shí)；靜態(tài)法相對(duì)于動(dòng)態(tài)色譜法由于氮?dú)夥謮嚎梢院苋菀椎目刂频浇咏?，所以比較適合做孔徑分析。而動(dòng)態(tài)色譜法由于是通過濃度變化來測試吸附量，當(dāng)濃度為1時(shí)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?。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(diǎn)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(duì)動(dòng)態(tài)法，無需

14、載氣（He），無需液氮杯反復(fù)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(duì)動(dòng)態(tài)色譜法不流動(dòng)，故叫靜態(tài)容量法；比表面積測試相關(guān)儀器簡介動(dòng)態(tài)法比表面積儀測試比表面積精度影響因素對(duì)具有風(fēng)熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的動(dòng)態(tài)法儀器，其相對(duì)不具有該裝置的動(dòng)態(tài)法比表面儀，其精度得到明顯提高；動(dòng)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(hào)強(qiáng)度、抑制背景噪聲、消除外界干擾三方面來控制。增加信號(hào)強(qiáng)度的方法一般有增加稱樣量、增加檢測器電流，但增加檢測器電流一般噪聲也會(huì)同時(shí)增大，所以檢測器電流會(huì)有個(gè)最佳范圍；所以在抑制噪聲、消除外界干擾方面可做

15、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(hào)銳度；以檢測器恒溫裝置來抑制溫漂，風(fēng)熱助脫裝置可以提高信號(hào)銳度，其對(duì)于比表面1m2/g的樣品0.5g對(duì)氮?dú)獾奈搅吭诜謮?.2左右時(shí)脫附峰面積與背景可以保證在2%以內(nèi)的誤差；所以對(duì)于小比表面樣品，對(duì)具有風(fēng)熱助脫、檢測器恒溫、低溫冷阱的動(dòng)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(duì)中大比表面樣品，由于信號(hào)強(qiáng)，普通動(dòng)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(diǎn)就像萬分之一分析天平和千分之一天平的區(qū)別；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(duì)氮?dú)獾奈搅吭贐ET分壓范圍內(nèi)

16、在標(biāo)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(zhǔn)確定量出0.03ml的總吸附量且保證精度達(dá)到3%以內(nèi)，可以算出要求壓力傳感器的精度要達(dá)到0.03%以上；但目前進(jìn)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(zhǔn)確條件下，對(duì)吸附量確定量的不確定度也只能達(dá)到0.003ml，即不確定度達(dá)到10%；若對(duì)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，

17、其準(zhǔn)確度就可想而知了。 但對(duì)于中大比表面樣品，一般吸附量不會(huì)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(duì)高精度的動(dòng)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(huì)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(zhǔn)確度提高也是有限的；這點(diǎn)是采用靜態(tài)法儀器測試比表面積應(yīng)考慮的因素。比表面積計(jì)算公式參考國標(biāo)GB/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(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，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

18、層吸附量，從而計(jì)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(dòng)態(tài)色譜法不適合做孔徑測試分析？雙擊自動(dòng)滾屏發(fā)布者：admin 發(fā)布時(shí)間：2009-8-27 8:51:37 閱讀：172次 【字體：大 中 小】 為什么動(dòng)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孔徑全部為靜態(tài)容量法，沒有任何一個(gè)型號(hào)的儀器采用動(dòng)態(tài)色譜法來測試孔徑分布；雖然國內(nèi)動(dòng)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(dòng)態(tài)色譜法應(yīng)用到孔徑分析，此種儀器雖然軟件做到了勉強(qiáng)可以做出孔徑分析數(shù)據(jù)，但由于受動(dòng)態(tài)色譜法儀器

19、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(dāng)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(bǔ)充和過度，填補(bǔ)了國產(chǎn)比表面儀在孔徑分析方面的缺失，而這個(gè)僅僅對(duì)商家利益有益，用動(dòng)態(tài)法測得的孔徑分布數(shù)據(jù)時(shí)近似或難以被認(rèn)同的。相對(duì)靜態(tài)容量法，動(dòng)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(gè)因素：一、動(dòng)態(tài)色譜法測試液氮消耗比靜態(tài)容量法快，需要補(bǔ)充，不適合長時(shí)間連續(xù)自動(dòng)多點(diǎn)運(yùn)行；孔徑分析時(shí)，通常要分析40個(gè)以上的分壓點(diǎn)。動(dòng)態(tài)色譜法測試時(shí)，每一個(gè)分壓點(diǎn)的吸附脫附需要樣品管進(jìn)出液氮杯一次，吸附時(shí)樣品管進(jìn)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(gè)分壓點(diǎn)時(shí)再次浸入液氮，使得每個(gè)

20、分壓點(diǎn)的測試都使液氮消耗量較大；每個(gè)分壓點(diǎn)需要約20-30min，所以對(duì)孔徑測試40-80個(gè)分壓點(diǎn)測試需要15-40小時(shí)，耗時(shí)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(dòng)化，所以動(dòng)態(tài)法儀器不適合做需要大量分壓點(diǎn)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(gè)分壓點(diǎn)需要約3-5min，40-80個(gè)分壓點(diǎn)耗時(shí)4-8小時(shí)，在整個(gè)測試過程中都可以不用添加液氮，可以進(jìn)行大量分壓點(diǎn)的精細(xì)分析； 1. 沒有任何一款動(dòng)態(tài)法儀器測試40個(gè)分壓點(diǎn)可以

21、低于12個(gè)小時(shí)；而靜態(tài)法平均只需要3小時(shí)左右；做70個(gè)分壓點(diǎn)的精細(xì)分析，動(dòng)態(tài)法儀器耗時(shí)不可能低于24小時(shí)，而靜態(tài)法需要約6小時(shí)；2. 動(dòng)態(tài)法通常需要1小時(shí)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(gè)測試過程中無需添加液氮；所以這兩點(diǎn)是動(dòng)態(tài)法儀器不適合進(jìn)行孔徑分析這種長時(shí)間自動(dòng)運(yùn)行的第一個(gè)原因；二、由于高純氣體內(nèi)雜質(zhì)的影響，使動(dòng)態(tài)色譜法每測試一點(diǎn)需要對(duì)樣品進(jìn)行吹掃處理后再繼續(xù)測試下一個(gè)點(diǎn)，而靜態(tài)容量法不需要。測試所使用的高純氮?dú)夂透呒兒饧兌纫话銥?9.99%到99.999%，其中0.001%-0.01%的雜質(zhì)氣體(主要為水分等高沸點(diǎn)易吸附氣體)在低溫吸附時(shí)會(huì)首先被吸附,從而對(duì)吸附氮?dú)饬吭斐捎绊懀挥捎谏V法比表面測試中氣體是連續(xù)流過待測樣品，所以每個(gè)分壓點(diǎn)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(gè)分壓點(diǎn)的整個(gè)測試過程將有40L左右的氣體流經(jīng)每個(gè)樣品表面；對(duì)于單個(gè)分壓點(diǎn)流經(jīng)樣品表面的1000ml氣體中的高沸點(diǎn)雜質(zhì)將有0.01-0.05ml左右，而對(duì)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(biāo)況），所以，雜質(zhì)吸附對(duì)下一分壓點(diǎn)氮?dú)馕降挠绊懢筒荒芎雎裕枰匦麓祾咛幚砗笤龠M(jìn)行下分壓一點(diǎn)吸附，否則將得到的是表面被水分子包裹后的材料顆粒對(duì)氮?dú)夥?/p>