BET测试

蔡鑫奇物理与电子科学学院2014.6.14BET比表面积法原理及分析1比表面积及其意义2BET法的概念3BET法测定原理4小结5测试操作流程及制样一、比表面积及其意义比表面积：单位体积或单位质量上颗粒的总表面积。比表面积的意义：固体有一定的几何外形，借通常的仪器和计算可求得其表面积。但粉末或多孔性物质表面积的测定较困难，它们不仅具有不规则的外表面，还有复杂的内表面。比表面积的测量，无论在科研还是工业生产中都具有十分重要的意义。一般比表面积大、活性大的多孔物，吸附能力强。BET：Brunauer、Emmett和Teller名字的缩写；BET测试理论是根据这三位科学家提出的多分子层吸附模型，并推导出单层吸附量Vm与多层吸附量V间的关系方程，即著名的BET方程；BET比表面积测试可用于测颗粒的比表面积、孔容、孔径分布以及氮气吸附脱附曲线。对于研究颗粒的性质有重要作用。二、BET法的概念以氮气为吸附质，以氦气或氢气作载气，两种气体按一定比例混合，达到指定的相对压力，然后流过固体物质。当样品管放入液氮保温时，样品即对混合气体中的氮气发生物理吸附，而载气则不被吸附。这时屏幕上即出现吸附峰。三.BET法测定原理三.BET法测定原理当液氮被取走时，样品管重新处于室温，吸附氮气就脱附出来，在屏幕上出现脱附峰。最后在混合气中注入已知体积的纯氮，得到一个校正峰。根据校正峰和脱附峰的峰面积，即可算出在该相对压力下样品的吸附量。改变氮气和载气的混合比，可以测出几个氮的相对压力下的吸附量，从而可根据BET公式计算比表面积。以对作图可得一直线，其斜率为,截距为,由此可得：(9-2)式中，P——氮气分压（Pa）P0——吸附温度下液氮的饱和蒸气压（Pa）Vm——样品上形成单分子层需要的气体量（mL）V——被吸附气体的总体积（mL）C——与吸附有关的常数。三.BET法测定原理)(0ppVp0ppCVCm)1(CVm1截距斜率1mVBET公式：00)1(1)(ppCVCCVppVpmm若已知每个被吸附分子的截面积，可求出被测样品的比表面，即：三.BET法测定原理18102240mANVSmAmgBET公式的适用范围为：p/p0=0.05~0.35,这是因为比压小于0.05时，压力大小建立不起多分子层吸附的平衡，甚至连单分子层物理吸附也还未完全形成。在比压大于0.35时，由于毛细管凝聚变得显著起来，因而破坏了吸附平衡。被测样品的比表面积（㎡/g）阿弗加得罗常数被吸附气体分子的截面积（n㎡）被测样品质量（g）式中，Sg——NA——Am——m——1.比表面积在纳米材料研究方面有重要意义；2.BET比表面积测试法的原理；3.BET比表面积测试可用于测颗粒的比表面积、孔容、孔径分布以及氮气吸附脱附曲线。4.测试操作流程及制样方法（下次继续）四.小结第一路第二路第三路第四路测试操作流程及制样方法第一路第二路第三路第四路F-Sorb3400型比表面和孔径测定仪结构和软件设置1．样品处理样品管称量装样品样品烘干样品称量1.1样品管称量装样前首先称量样品管质量，注意检查样品管是否干净，是否损坏。1.2装样品用配套的漏斗装样品，样品必须装入样品管底部的粗管中。如果样品颗粒较大，可以不用漏斗，不可将样品粘在样品管两端细管的管壁上，否则对吸附有影响。称量样品的质量根据实际比表面积确定，大比表面积称少量，小比表面积可尽量多称，但样品的体积不能超过样品管容积的2/3。1.3样品烘干u温度要求：一般样品最低烘干温度为105度，这时样品中的水分子才能沸腾。如果不能确定烘干温度，可根据样品的耐温程度确定，测比表面积一般在150度左右。u真空度要求：测比表面积一般不用抽真空，孔多时，建议抽真空；测量孔径分布时，都要抽真空。样品处理不能用鼓风干燥箱鼓风。u处理时间：3小时左右，可根据实际调节。1.4样品称量样品烘干后从烘箱中取出迅速移入干燥器中冷却至常温，然后再称量样品和管的总质量，最后计算出样品的实际质量，即样品质量＝样品和样品管总质量—样品管质量（单位：毫克）2.测试前准备安装样品管通气热导池预热热导池预热按钮实验设置按钮2.1安装样品管将处理好的样品装入测试仪器，注意样品管接头是金属材质，不要将管子磕破。★注意：4路中不测的一路必须接一样品管；2.2通气主机通电前首先通气，将两路气体压力分别调节在0.16MPa，通气时间最少5分钟，仪器长期不用则通气时间长一些，以免热导池损坏。2.3热导池预热通气一段时间后，再调节气压值至0.16MPa（开始气压会有所下降，须多次调节），点击“热导池预热”（图1），系统自动调节流量到一定值，热导池通电预热，预热需要30分钟左右。3.实验参数设置热导池预热过程中可以进行实验参数设置，点击“实验设置”（图1），出现一个参数设置界面，以下对BET测试方法参数设置进行详细介绍。BET法测试图2为BET测试参数设置界面，BET测试P/P0在0.05—0.35之间选3—5个点，软件中已经在此范围平均选了7个点，只需在要测的点前打勾即可，BET法测试最少选3个点。若选一个点或两个点，得出的结果只是单点BET结果。定量管体积已经提前效准，不能改动，自己也可以用标准样品重新校准。测炭黑比表面积时，如果还要测其外比表面积，须在炭黑前打勾，否则没有所要的数据。不测的一路除接一空管外，在实验设置中必须将该路样品质量写为“0”。★注意：多点BET测试最少选3个点，单点BET只需选一个点（0.20或0.25点）；软件中的样品名称和质量设置要与测试管路中被测样品一一对应；不测的一路必须装一空样品管，参数设置中对应的这一路样品质量写为是“0”3.实验参数设置测碳黑外比表面积在此打勾BET实验选点不测质量需写为0图24.样品测试先观察气压表是否显示在0.16MPa，试验设置是否准确无误，点击“开始测试”（图3）。系统自动进行一次复位操作，检查一切是否正常，然后系统提示是否进行实验，点“是”则自动调节流量开始测试。测试过程中，软件设置内容无法改动，设置图标显灰色，如果中间要停止实验，先点击“结束实验”（图4），待程序结束后，此时设置图标变亮，再关闭软件窗口，程序未结束时不可强制关闭窗口，以免数据丢失。测试过程中，可以通过改变图5坐标轴大小调整曲线的显示比例。4.样品测试结束实验4图图5★注意：整个测试过程中气压即使有稍微的波动也不可调节；不可强制关闭程序；实验结束后，先关掉主机电源，过几分钟再关闭气源5.数据分析BET结果举例图6是BET测试脱附曲线，左一是定量管脱附曲线，其余从左往右依次是第一路到第四路样品的脱附峰。根据实际情况可以对得到的数据进行筛选，通过改变坐标轴范围（图5）来调节曲线的显示比例(图6)，以此来观察样品的脱吸附情况。图6图5通过观察BET曲线的线性拟合度判断每个P/P0点的测试情况，可以将离曲线远的点去掉，以达到更好的拟合。点击图7中的“实验设置”，在图8中是否计算下选择要参与计算的数据，双击“是”（否）就会变成“否”（是），选择之后点“确定”，然后点击图7中的“重新计算”，软件就会自动计算得出结果。图9是BET法测试得到的曲线图以及相关数据。图7图8选择参与计算的数据5.数据分析图96.数据保存实验过程中，开始测完一个P/P0点，软件会根据填写的参数信息自动建立一个文档并且保存数据，默认在文件安装目录下，保存目录也可以自己设置，每测完一个点，软件会自动保存一次，不会因为偶然性错误引起数据丢失。一次实验结束后关闭窗口时，软件会提示是否保存数据，点击“是”。谢谢各位的聆听指导!