BK使用说明书

1.1.2 BET比表面的测定（多层吸附理论）

在公式（2）中已知，用氮吸附法测定比表面时，必须知道粉体表面对氮气的单层饱和吸附量Vm ，而实际的吸附并非是单层吸附，而是所谓多层吸附。通过对气体吸附过程的热力学与动力学分析，发现了实际的吸附量V与单层饱和吸附量Vm之间的关系，这就是著名的BET方程： P/V（Po-P）=1/Vm +（C-1）P/VmPo ………………………………………… （3）

其中

V 单位质量样品表面氮气吸附量

Vm 单位质量样品表面单分子层氮气饱和吸附量 Po 在液氮温度下氮气的饱和蒸气压 P 氮气分压

C 与材料吸附特性相关的常数

BET方程适用于氮气相对压力（P／Po）在0.05 ~ 0.35 的范围，在这个范围中用P/V(Po-P) 对 (P/Po)作图是一条直线，而且1 /（斜率+截距）= Vm ，因此，在０.05 ~ 0.35 的范围中选择3个以上不同的(P/Po)，测出每一个氮分压下的氮气吸附量V ，并用P/V(Po-P) 对 (P/Po)作图，由图中直线的斜率和截距求出Vm，再由式（2）求出BET比表面。

在BET方程中，C是反映材料吸附特性的常数，C越大吸附能力越强。 1.1.3氮吸附法测定孔径分布

用氮吸附法测定孔径分布是比较成熟而广泛采用的方法，它是氮吸附法测定BET比表面的一种延伸，即利用氮气的等温吸附特性：在液氮温度下氮气在固体表面的吸附量随氮气相对压力（P/P0）而变的特性，当P/P0在0.05 ~ 0.35范围内时符合BET方程，这是测定BET比表面积的依据；当P/P0 ≥0.4时，会产生毛细凝聚现象，利用这一吸附特性可以测定孔径分布。

所谓毛细凝聚现象是指，在一个毛细孔中，若能因吸附作用形成一个凹形的液氮面，与该液面成平衡的氮气压力必小于同一温度下平液面的饱和蒸汽压力，当毛细孔直径越小时，凹液面的曲率半径越小，与其相平衡的氮气压力越低，显而易见，由于毛细凝聚现象的发生，有一部分氮气被吸附进入孔中并成为液态，因而使得样品表面的氮气吸附

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截距 P / Po 斜率 P/V(Po-P)

量急剧增加，当固体表面全部孔中都被液态吸附质充满时，吸附量达到最大，而且相对压力P/P0也达到最大值1。相反的脱附过程也是一样的。

假定粉体表面的毛细孔是圆柱形管状，把所有微孔按直径大小分为若干孔区，这些孔区按大到小的顺序排列，不同直径的孔产生毛细凝聚的压力与孔尺寸有一定的对应关系（凯尔文方程）：

rk = - 0.414 / log(P/P0) ………………………………………………… （5）

rK叫凯尔文半径，它是在某一P/P0下，开始产生凝聚现象的孔的半径。 只要在不同的氮分压下，测出不同孔径的孔中吸附的氮气量，最终便可推算出孔容-孔径的分布。

1.1.4 关于微孔分析

微孔分析是＜2纳米以下的孔隙度，包括微孔的总孔体积、微孔孔径分布、最可几孔径等； 微孔分析与介孔分析的最大不同是需要测定极低压力下的等温吸附曲线，其压力范围在10-7到10-1，技术上的要求很高。

微孔分析的物理模型很多，一种是常规测试方法，其中t-图法应用最多，他根据标准等温线把吸附量表达成吸附层厚度的函数（t图），进而求出微孔的总孔体积、总内表面积、外表面积等；由此还延伸出MP法，得到微孔的孔容-孔径分布，常规分析方法从理论到方法均不够完善，只是一种近似的分析。

真正的微孔分析十分复杂，由于微孔孔壁间的势能相互重叠，用于介孔范围的表示填充压力与孔径关系的Kelvin方程已不能适用，此外，填充于微孔中的吸附质的密度也不能简单的设为液体的密度，因此必须采用新的物理模型。HK和SF法推出了由微孔样品等温吸附线计算有效孔径分布的半经验分析方法，分别用于氮/碳（狭缝）及 氩/沸石（圆柱孔）系统，非定域密度函数理论（NLDFT）已发展成为描述多孔材料受限制的非均匀流体的吸附和相行为的有效方法， NLDFT法适用于多种吸附剂/吸附质体系，与经典的热力学、显微模型法相比，NLDF法从分子水平上描述了受限于孔内的流体的行为，可将吸附质气体的分子性质与它们在不同尺寸孔内的吸附性能关联起来，更加准确地提供了在微孔中的流体结构，是目前最新的微孔分析理论。

详细理论请查阅最后的章节。 1.2 静态容量法

下图为静态容量法比表面仪的核心部分

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样品管电磁阀⒈电磁阀4 抽真空 压力计 电磁阀2 电磁阀3 通氮气

电磁阀1、2及压力计之间体积称为外气室，体积为Vd ，电磁阀1以下为样品室，其体积 为Vc ，把阀门1、2、4打开，抽真空，至Vd和Vc中的气压降至0，即Pd=0和Pc=0；关闭阀门1、2、4，开阀门2、3，向Vd中通入氮气，使其气压升至Pd1，注意由于阀门1未打开，所以这时Pc=0，这时打开阀门1，Vd和Vc连通，气压将变成平衡压力Pcd1，Pcd1的大小完全取决于Vd和Vc体积的大小。如果在样品室中放进粉末样品，并将样品管插入液氮中，由于样品表面会吸附氮气，这时的平衡压力不再是上述的Pcd1，而是样品吸附了氮气后剩余氮气的压力，比Pcd1要小一些，从样品吸附前后压力的变化值，通过气体状态方程就可计算出样品的氮气吸附量。氮吸附仪的作用就是控制不同的Pd压力，如Pd1、Pd2、Pd3 ------------ Pdn，然后测定出相应的吸附平衡压力Pcd1、Pcd2、Pcd3 --------- Pcdn（参见图31），然后由下式求得每一个压力下的氮气吸附量，V1、V2、V3 --------- Vn

⊿Vi = ( Pd i－ Pcd i ) Vdˊ－ ( Pcd i － Pcd i-1) Vcˊ

其中，Vdˊ和Vˊ是仪器参数。由此测出等温吸附曲线，进而计算出比表面和孔径分布。

比表面及孔径分布的测定与分析，基本上都依赖于等温吸附曲线的测定，下图为一个典型的由氮吸附仪实际测得的活性炭等温吸附曲线，依据这条曲线，在不同的压力范围可进行不同表面特性的分析：（1）氮分压在0.05-0.35范围进行比表面分析与计算；（2）氮分压在0.15到0.995范围进行介孔和大孔的测定与分析；（3）氮分压在0.15以下的微小压力范围进行微孔分析。

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P/Po在0.05~0.35范围，进行多点BET比表面的测试与计算 P/Po在0.4以上时，产生毛细凝聚现象，由此进行介孔与大孔的测量与分析 P/Po小于0.1以下，可进行超微孔分布的测量与分析

2. 仪器结构与安装

2.1 机型及配置

机型：JW-BK系列静态容量法比表面及孔径分析仪 具体型号的命名方法： JW-BK××××W

其中“JW”为精微高博的品牌，“精微”二字拼音的缩写； BK为“比表面”和“孔”的拼音的缩写，代表具有的功能； 最后一个字母W为“微”字的缩写，代表具有微孔测试功能； 中间××××为四位阿拉伯数字，与仪器的配臵相关 第一位，代表独立工作站的数目； 第二位，代表压力传感器的数目； 第三位，代表测试样品的数目；

第四位，代表同机可进行的预处理位数；（不包括外加预处理机）

例如： JW-BK2322W机型，是“精微”品牌的静态容量法比表面及孔径分析仪，具有微孔测试功能，其基本配臵为：2个独立工作站，3个压力传感器，2个测试样品，2个预处理位。

2.2 结构

以BK1112型为例，其外形如下图：

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