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有“壓力”!BET 比表面分析動作如何不變形

來源:麥克默瑞提克(上海)儀器有限公司    2026年01月14日 13:15  
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BET理論是物理吸附的常用理論之一,用于測試材料比表面積。當(dāng)大氣壓的變化影響B(tài)ET測試時,如何調(diào)整實驗分析以獲得準確結(jié)果,通過此文了解。

一般對于大于7nm的介孔、大孔或無孔材料,多層物理吸附BET理論可以在滿足一定條件的情況下,用于分析材料的BET比表面積,計算BET比表的公式如下:

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其中Vm為單層飽和吸附量,C值為BET常數(shù),和測試溫度及材料有關(guān)。


而當(dāng)測試環(huán)境的大氣壓發(fā)生改變時,液氮的沸點會相應(yīng)變化。海拔上升,大氣壓下降,液氮沸點降低,反之則相反。圖1為大氣壓范圍內(nèi)液氮溫度。

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圖1.


所以,當(dāng)測試環(huán)境的大氣壓發(fā)生改變,就會導(dǎo)致物理吸附測試溫度發(fā)生改變,從而改變C值的大小。在不改變測試材料的前提下,C值隨溫度的改變符合以下公式(T為開氏文標(biāo)):

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可見液氮溫度變低,會導(dǎo)致C的指數(shù)級變大。C值變大則會導(dǎo)致達到單層飽和吸附量Vm的吸附相對壓力向低壓區(qū)移動(見下圖2中各曲線上紅點的移動)。

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圖2. 不同 C 值對應(yīng)的達到單層飽和吸附量時的相對壓力


如果固定BET直線擬合需要的相對壓力點的范圍為0.05-0.35不變,考慮到C值的變化,則單層飽和吸附量對應(yīng)的相對壓力可能不再位于0.05-0.35的區(qū)間范圍之內(nèi)。這樣會導(dǎo)致計算得到的BET比表面積不準確,需要在C值變化后的情況下,重新選取BET直線擬合需要的相對壓力點的范圍。具體選點操作,用戶們可以使用Micromeritics儀器軟件自帶的BET自動找點功能Autofit完成。


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圖3. 麥克軟件自帶 BET 自動擬合功能 Autofit


如何使用Micromeritics儀器軟件中的自動找點Autofit功能,請查閱此文:

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此外,根據(jù)Emmet和Brunauer(1937)的工作,吸附在吸附劑表面的液氮分子截面積可通過下式計算:

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其中,f為堆積因子,M為分子量,ρ為液氮密度,L是阿伏伽德羅常數(shù)。當(dāng)液氮(測試)溫度發(fā)生改變時,ρ也會發(fā)生變化從而改變分子截面積σ。而分子截面積的改變會通過下式改變比表面:

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液氮分子截面積和溫度的關(guān)系為:

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液氮分子在77.35K下的分子截面積為0.162 nm2。液氮的密度和溫度的關(guān)系在75-80K范圍內(nèi)(一般地理環(huán)境下,大氣壓變化幅度不會導(dǎo)致液氮溫度變化超過此范圍)存在非常精確的擬合公式。舉個例子,在大氣壓為600 mmHg和760 mmHg (1 atm)的兩個地理位置,經(jīng)計算,液氮分子截面積的變化率僅為0.27%。


綜上所述,當(dāng)實驗發(fā)生地的地理環(huán)境(如海拔)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致測試環(huán)境下大氣壓變化時,我們需要注意是否要改變實驗設(shè)置的相對壓力的范圍,同時考慮修正液氮分子的截面積的必要性。


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