比表面積是超細(xì)粉體材料特別是納米材料最重要的物性之一，本質(zhì)是單位質(zhì)量物質(zhì)的總表面積(㎡/g)。測定比表面和孔徑分布的方法很多，其中氮吸附法是常用、可靠的方法，已經(jīng)被列入國際標(biāo)準(zhǔn)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)。

任何粉體表面都有吸附氣體分子的能力，在液氮溫度下，在含氮的氣氛中，粉體表面會(huì)對(duì)氮?dú)猱a(chǎn)生物理吸附，當(dāng)已知粉體表面吸附了完整的一層氮分子時(shí)的吸附量Vm，粉體的比表面積(Sg)可由下式求出：Sg=4.36Vm/W( W：樣品的重量)。

氮吸附法根據(jù)吸附過程和吸附質(zhì)確定方式的不同又分為動(dòng)態(tài)色譜法和靜態(tài)法。

 

1氮吸附法——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。

動(dòng)態(tài)色譜法儀器中常用的方法——固體標(biāo)樣參比法和BET多點(diǎn)法。

 

1.1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)是有兩個(gè)：

①   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)。

②   在相同氮?dú)夥謮?5%-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。

 

1.2動(dòng)態(tài)色譜法——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，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。

 

2氮吸附法——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。重量法已經(jīng)被淘汰。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。

 

3動(dòng)態(tài)色譜法VS靜態(tài)容量法

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。

 

4比表面積測定應(yīng)用范圍

國際標(biāo)準(zhǔn)分類中，比表面積測定方法涉及到有色金屬、非金屬礦、化工產(chǎn)品、燃料、建筑材料、紡織纖維、分析化學(xué)、粉末冶金、無機(jī)化學(xué)、陶瓷、粒度分析、篩分、橡膠、橡膠和塑料用原料、長度和角度測量。

 

5比表面測定國家標(biāo)準(zhǔn)

最新比表面測定國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19587-2017《氣體吸附BET法測定固態(tài)物質(zhì)比表面積》于2018年4月起正式實(shí)施。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氣體吸附BET法測定分散的(例如納米碳酸鈣)或多孔的（碳酸鈣）體物質(zhì)的整個(gè)外部和內(nèi)部通孔的比表面積的方法。作為該標(biāo)準(zhǔn)起草單位中唯一的比表面儀生產(chǎn)企業(yè)，北京精微高博科學(xué)技術(shù)有限公司首席科學(xué)家鐘家湘教授擔(dān)任了該標(biāo)準(zhǔn)評(píng)審專家組組長。