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比表面及孔隙率分析仪测试中心肖凡目录第一部分基本原理和知识介绍一仪器介绍二吸附：物理吸附与化学吸附三仪器检测过程原理四固体比表面积分析方法五孔径分析方法六应用介绍第二部分仪器操作指南第三部分注意事项第一部分基本原理和知识介绍仪器公司：美国麦克仪器公司仪器型号：ASAP2020M一仪器介绍技术参数1.比表面积分析范围为0.0005m2/g至无上限。2.孔径的测量范围为3.5Å至5000Å。分辨率为0.2Å（微孔区段）孔体积昀小检测:0.0001cc/g。脱气站分析站冷阱一仪器介绍数据处理软件介绍:1.单点和多点BET比表面积；Langmuir比表面积2.BJH中孔和大孔的孔体积、孔面积对孔径的分布；TemkinandFreundlich等温线分析等3.微孔分析方法：HK，MP，标准配置密度函数理论（DFT/NLDFT）等性质物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键吸附强度弱强吸附层数单层或多层单层吸附热小,近于液化热,几kJ/mol大,近于反应热,≥40kJ/mol选择性无或很差较强可逆性可逆不可逆吸附平衡快,易达到慢,不易达到活化能小(几乎不需要,吸附和解析速率与温度关系不大)大(需要,温度越高吸附与解析速率越快)光谱特性谱带数目不变,略有位移有新的特征吸收谱带吸附温度低温高温二吸附：物理吸附与化学吸附三仪器检测过程原理三仪器检测过程原理实验装置如图所示，预先将吸附质气体气瓶4准备好，整个吸附系统和量气管的体积都经过精确校正。1将一定量的样品装入样品管1中，加热、真空脱附。2从气瓶4中放出一定量气体，用压力计读出压力；再打开样品管活塞，达到吸附平衡后再读取压力。3从压差的变化，用气体状态方程可计算吸附量。4用量气管中水银液面的升降，调节系统中的压力和体积，可得到不同压力下的吸附量，从而可绘出吸附等温线。三仪器检测过程原理BET理论计算公式是Brunauer（布鲁尼尔）、Emmett（埃密特）和Teller（特勒）三人从经典统计理论基础上推导出的多分子层吸附公式。BET理论模型：多分子层物理吸附模型，假设(1)固体表面是均匀的；(2)分子之间没有相互作用；(3)分子可以同时在固体表面进行多层物理吸附，而且每一层的吸附和脱附之间存在动态平衡。四固体比表面积分析方法四固体比表面积分析方法P:吸附质分压P0:吸附剂饱和蒸汽压V:样品实际吸附量Vm:单层饱和吸附量C：与样品吸附能力相关的常数BET方程：四固体比表面积分析方法对多数体系，相对压力在0.05∼0.35间的数据与BET方程有较好的吻合，图形线性也很好，因此实际测试过程中选点需在此范围内。从吸附等温线中读取对应的P和V，计算出P/V(P0-P)和P/P0，以P/V(P0-P)对P/P0作图，所得直线的斜率为A=(C-1)/CVm，截距为B=1/CVm，则Vm=1/(A+B)四固体比表面积分析方法BY=Y=AX+B△XA=DXDY△YX=P/P0PV(P0-P)每克样品具有的表面积称为比表面积，其中，Ṽ为吸附质的摩尔体积，NA为阿佛加德罗常数，Sm为一个吸附质分子的截面积，W为样品质量。常用吸附质为惰性气体N2，其Sm=16.2Å2，吸附温度在其液化点77.2K附近以避免化学吸附。WSNVVWSSmAmg1~==四固体比表面积分析方法五孔径分析方法1、毛细管凝聚与Kelvin方程气体吸附法：根据毛细管凝聚原理，从等温吸附实验得到的吸附体积和相对压力数据，原则上，可以应用Kelvin方程求得与相对压力相应的孔径，进而求出孔径分布。毛细管凝聚模型的原理Kelvin方程：在毛细管内液体弯月面凹面上方的平衡蒸气压力P小于同温度下的饱和蒸气压P0，即在固体孔内低于饱和蒸气压力的蒸气可以凝聚为液体。这一原理的数学表达式为Kelvin方程。五孔径分析方法1、毛细管凝聚与Kelvin方程Kelvin方程：σ为液体表面张力系数Ṽ为液体摩尔体积rK为孔半径θ为接触角Kelvin方程描述了凝聚时，气体的相对压力和孔径的关系，是吸附法测孔径分布的理论基础。RTrVPPKθσcos~2ln0−=2、吸附的滞后现象：吸附等温线上吸附线和脱附线的不重合。(ABC)：细孔壁上单层吸附；(CDE)：吸附支；(EFC)：脱附支；(CDEF)：滞后环。在IV型吸附等温线上，在一定相对压力下，脱附支上的吸附量总是大于对应吸附支上的吸附量。滞后现象的出现与催化剂中细孔内凝聚有关。五孔径分析方法3、滞后环的类型：主要与吸附剂的孔结构和孔的网络性质有关。五孔径分析方法4、孔径分布：一般表示为孔体积对孔半径的平均变化率与孔半径的关系，也可表示成孔分布函数与孔半径的关系。通常采用气体吸附法测定中等孔范围的孔分布，汞孔度计法测定大孔范围的孔分布。IUPAC的分类：微孔(micropore)：孔半径小于2nm，如活性炭、沸石分子筛等；中孔(mesopore)：孔半径为2∼50nm，如多数催化剂；大孔(macropore)：孔半径大于50nm，如Fe2O3，硅藻土等。五孔径分析方法六应用介绍领域项目性能要求燃料电池电极能量密度可控制的孔隙度的比表面活性碳汽车油气回收孔隙度和比表面必须控制在很窄的范围内炭黑特定的轮胎使用寿命、摩擦等按需要使用高比表面或低表面的炭黑催化剂活性生产效率比表面和孔结构纳米管储氢的能力比表面积和微孔孔隙度第二部分仪器操作指南具体流程样品及试管准备称量样品管建立实验参数文件样品脱气样品分析数据处理装填样品再次称量样品管，得到样品净重一样品及试管准备1样品上机分析前的预处理由于样品分析前状态无法控制，样品内部可能含有很多水分，有机质或腐蚀性物质。在分析前为了保证分析样品中的杂质，不污染仪器，不损坏或腐蚀仪器管线，在上机分析前通常进行预处理。1)样品应放置在高温烘箱中，至少在110℃下烘干2hour，样品自然冷却至室温，并在干燥器皿中保存。若能放置在真空烘箱中烘干或对样品进行高温培烧，效果更好。2)对于密度小的粉末样品，尽量在20kg压力下先压片。2清洗和标识样品管1)首先用少量去污粉和专用毛刷清洗因管内部。2)用蒸馏水或去离子水清洗样品管。3)用酒精或丙酮清洗样品管。4)烘箱设定110℃2hour烘干。5)待烘箱降温至室温后，取出样品管和填充棒。将塞子用干净的绸布擦净，安装在样品管上。6)对样品管进行标识管号。注意：由于石英样品管在接下来的实验中要放在高温的炉子里，管子表面的任何油渍会损害石英管，所以不能用裸露的手直接触摸样品管表面。一样品及试管准备二称量样品质量由于分析结果表述为单位质量的表面积，因此需要知道样品的真实质量。要仔细称量样品管和样品。1)在记录本上记录样品管号。2)将托放在天平上后归零。3)将样品管组件（样品管，塞子，填充棒）连同托放在天平上称重，并记录样品管的空管重量。4)把盛样品的容器放在天平上归零。5)慢慢将样品放入盛样品的容器中，称重，此时为粗称样品质量。二称量样品质量6）取下样品管塞子，从样品管内取出填充棒。7）使用漏斗、长颈漏斗，装入样品，尽可能少沾污管壁。8）重新放入填充棒并加上塞子。9）待脱气完成后重新称量含样品的样品管组件，并记录总重量，减去之前记录的空管重量，便获得样品净重。三软件设置在桌面上点击“ASAP2020”图标，进入仪器软件系统。脱气站气路图分析站气路图三软件设置1打开新建文件在主菜单中，点击File，选择Open，点击SampleInformation（样品信息文件）。将出现样品信息文件对话窗口。三软件设置2编辑新建文件名1）在文件名称Filename栏目，建立新的文件名称（仅8位数字或字母，本测试中心使用“09101301”，前六位为日期，后两位数字区别）。2）点击OK，出现左下侧提示，点击Yes确认,便产生了新文件，并出现样品信息对话窗口。三软件设置3填写样品信息1）Sample：填写样品统一编号+原始编号，如2009101310001-TiO22）Operator：填写操作人员名3）Submitter：送样人名4）Mass：待脱气完毕后填入样品净重5）Comments：按需要填入描述，建议填入样品管号6）也可以点击ReplaceAll，选择相同或相近参数设置的已知文件，进行替代，而后修改，上述参数仍可编辑。4填写样品管信息1）点击SampleTube2）选择Useisothernaljacket，使用保温夹套3）选择Usefillerrod，使用填充棒4）Vacuumsealtype(抽真空密封类型）选择SealFrit模式5）其他选项暂不建议更改三软件设置5填写脱气信息1）点击DegasConditions2）Ramprate(升温速率)：10℃/min3）Evacuationrate(脱气速率)：2mmHg/s4）Vacuumsetpoint(真空点)：10或者15mmHg5）Holdtemp(昀终保持温度)：昀高350℃6)Backfillsampletube(回填气体至样品管)必须选择7)其它参数视样品情况而定三软件设置6设置分析条件1)点击AnalysisConditions2)可以使用红框中按钮手动设置相对压力点。3)也可使用Replace键，选择已存在的分析过程。点击Replace，将出现分析模式选项框。三软件设置6设置分析条件4)出现OpenAnalysisConditionFile对话框5)选择做需要的分析过程通常做等温曲线分析使用Silalumf.anc分析文件；做比表面积测试使用Silalums.anc分析文件；6)此时仍可以用红框中按键进行编辑三软件设置7设置报告项目1)点击ReportOptions2)在红框中选择需要的报告内容，3)点击左下角Save保存，09101301文件即建立成功三软件设置四样品脱气绝大部分样品表面在室温环境下吸附了大量的污染物和杂质，在分析前一定要去除掉这些脏东西，样品表面必须清洁。样品在真空下加热，从而去除样品表面的脏东西，这一步称为样品脱气。1)将样品放置到脱气站，装上加热套。2)点击菜单栏Unit1,点击StarDegas，出现右下角的菜单。3)点击样品Sample右侧的浏览键Browse，选择相对应脱气站的样品文件，重复以上步骤可以同时进行两个样品脱气。4)点击开始Start进行脱气。注意：脱气过程不要触摸样品管和加热套可能很热小心烫伤。脱气站1脱气站2五样品转移到分析站1)让样品管按程序冷却至室温，脱气站显示脱气完毕。2)抓住样品管，将加热套取下，拧松脱气口的连接头，将样品管从脱气口取下。3)称量样品管总重量减去空管重量，得到脱气后的样品重量。4)将保温套夹装到样品管上，按要求将样品管装到分析口。5)物理吸附的Po管紧靠在样品管侧并拧紧。6)把加满液氮的杜瓦瓶放到升降梯上后，可以进行分析样品。样品管和P0管六样品分析1）点击菜单栏Unit1,选择SampleAnalysis,出现开始分析StarAnalysis左图菜单。2）在File框中选择已经脱完气的样品编号，点击OK。出现提示对话框。六样品分析3）查看样品质量和分析参数，确认是否需要进行修改。4）点击开始Start进行分析。七数据处理1）点击菜单栏Reports主菜单中选择StartReport，出现左侧提示框。2）选择已完成的样品编号，点击OK。3）出现提示框，确认报告项目，点击OK。出现数据报告查看文件。七数据处理4）点击红框中各项查看数据，或者双击紫色框中各项查看数据。5）点击SaveAs，将出现提示对话框。七数据处理6）将需要的数据在紫色框中全选或单选7）保存类型:Spreadsheet(*.xls)8）保存路径按需要选择好后，点击保存，完成数据输出保存。第三部分注意事项注意事项1整个检测过程需要有高温加热和低温液氮的操作，请务必按照操作流程，注意安全。2接触样品管和填充棒时必须使用干净手套。3检测者必须对样品的耐高温情况有详细了解，防止样品在前期高温脱气时分解、污染仪器气路。4仪器气瓶和真空泵等不得随意触碰、搬动。5脱气和检测过程中保证供电和供气。6检测完成后，按要求清洗样品管和填充棒等。谢谢！