Chapter 2 比表面积测试.ppt

1、第二章比表面积测试技术，1体积比表面积(Sv):单位体积粉末表面积(cm2/cm3)。比表面积，比表面积的表达方法，2。重量比表面积(Sm):粉末单位重量的表面积(cm2/g)。比表面积不仅是粉末中颗粒大小的量度，也是固体吸附能力的一个重要参数。它可用于计算无孔颗粒和高度分散粉末的平均粒度。比表面积不仅对粉末性质，而且对制剂性质和药理性质都有重要意义。每单位质量粉末的表面积之和称为比表面积(m2kg-1)。比表面积是粉末的基本物理性质之一。其表面积的粒度可以通过测量其表面积来获得。粉末具有两种特性：无孔结构和多孔结构，因此粉末的表面积有两种：外表面积和内表面积。测量粉体比表面积的方法有三种，即

2、布氏通风法、低压通风法和动态吸附法。无孔结构的理想材料只有外表面积，一般用透气性法测量。对于具有多孔结构的粉末，不仅有外表面积，还有内表面积，这通常由气体吸附法确定。比表面积测试法，吸附法，通风法：其他方法：低温氮吸附法，碘吸附法(很少使用)，汞吸附法(很少使用)，其他分子吸附法，如Bourget通风法。目前，它仅用于水泥行业。如粒度估算、显微观察等。目前很少使用。低温氮吸附法、动态色谱法(优点：比表面积测试)、静态法(优点：孔径测试)、重量法(很少使用)、容量法、固体标准参比法、BET法、朗缪尔法、统计吸附层厚度法、BET多点法、BET单点法、通风法是将待测粉末填充在通风管中并将其压实至一定

3、的堆积密度，并根据不同的通风速率确定粉末的比表面积， 达西定律，g-重力加速度-粉末层的孔隙率SV-单位体积粉末的表面积，cm2/cm3 k-Kozenni常数，以及粉末层Kozennikaman公式，用Burt法测试样品的比表面积：2.1.2测试方法，不同的传输介质，液体传输方法，气体传输方法，测试方法概述根据传输介质的不同，传输方法可分为液体传输方法和气体传输方法，而气体(空气)传输方法是最常用的确定比表面积的方法根据所用仪器的不同，这种方法有很多种，如前苏联的ToValov型T-3渗透仪、英国的Lea-Numery渗透仪、日本的Watanabe超微粉末测试仪、美国的弗歇尔型平均粒度测试仪

4、和美国的Blaine型(由于通过粉末层的空气量是固定的，所以这种装置称为定容渗透仪)等。其中，布氏透气仪在世界上应用广泛，而布莱恩值在国际通信中一般用于水泥的比表面积。仪器的工作原理图1是布莱恩呼吸器的示意图，图2是布莱恩呼吸器的结构和主要尺寸。测试时，样品粉末形成具有一定孔隙率的粉末层，然后通过抽真空使U型管压力表右侧的液柱上升到一定高度。关闭活塞后，外部空气使U型管压力表右侧的液柱通过粉末层下降，并可测量液柱下降到一定高度(即渗透空气的体积一定)所需的时间，从而得到粉末样品的比表面积。1，2，布氏透气仪，2.1.3仪器设备，FBT-5数显布氏比表面积仪，一台实验设备布氏透气仪，由透气圆筒、

5、多孔板组成，图1显示了各部件的尺寸及其允许偏差。计时器。精确到0.05秒滤纸。中等速度，1。仪器校准，2.1.4操作步骤，样品层体积测量，仪器常数测量，气体泄漏检查，2。样品层制备，3。透气性测试，2.1.4测试结果处理，1。数据处理。结果分析，思考问题1。透气性法测量粉末比表面积的原理是什么？2为什么要在测试前检查漏气情况？如果有空气泄漏，我该怎么办？3如何正确准备样品层？4.如何根据测试结果计算被测样品的比表面积？5.用透气性法测试粉末表面积的局限性？6.影响测试结果的因素是什么？2.2气体吸附法，2.2.1基本原理，吸附力是范德华力，即气体分子凝结成液体的力，类似于气体分子在固体表面的凝

6、结。吸附力是化学键力，比范德华力大得多。吸附过程可以包括电子转移、原子重排、化学键破坏和形成，这类似于气体分子和固体表面分子之间的化学反应。物理吸附和化学吸附。朗缪尔理论(单层吸附理论)，基本假设：吸附剂表面是均匀的。被吸附的分子之间没有相互作用。吸附是单层吸附。在一定条件下，吸附和解吸可以建立动态平衡。满足上述条件的吸附称为朗缪尔吸附。朗缪尔认为，在固体表面吸附一层分子后，不饱和力场已经达到饱和，因此它不再被吸附。气体分压(浓度):吸附分子在P表面的碰撞数吸附速度：分子在Va吸附表面的碰撞数Va P(与吸附质的关系)和Va自由表面(空表面):(1-)(与吸附剂的关系)表面吸附分子的分数，所以

7、Va P(1-)表示Va=ka P(1-) Kd比例常数，称为脱附速率常数或解析速率常数。在动态平衡中：Va=Vd，即ka P(1-)=kd有：get:(Langmuir吸附等温线方程)，let:(b:吸附系数)，上述方程可改写为：则固体吸附剂的表面积为：对于低温(77K)下的N2吸附，则粉末样品的比表面积为：brun，吸附剂表面均匀。被吸附分子的吸附和解吸不受其他分子的影响，即被吸附分子之间没有相互作用。分子可以被范德华力可靠地吸附以形成多层，但是在进行多层吸附之前不必等待第一层被完全吸附。可以在吸附层之间建立动态平衡。基本假设。BET吸附理论(多分子层吸附理论)，BET双常数吸附公式为：p

8、吸附平衡时气体压力，p0实验温度下吸附质饱和蒸汽压，v吸附质(气体)体积，Vm标准条件下全部一层被覆盖时所需气体体积，c常数与吸附热和气化热有关，可通过作图、成对和成对得到一条直线。斜率=，因此吸附剂的表面积和比表面积可以根据前面的公式计算。注：BET方程适用于0.050.35的范围，超出此范围误差较大。此外，它适用于单层和多层吸附。选择指定的相对压力范围(通常从0.05到0.2)，并使用等值线数据计算BET函数。以m2/g为单位的BET表面积可以通过以下表达式获得：SBET是BET表面积，钠是avo Gadereau常数，am是每个吸附质分子占据的横截面积，MV是每克分子的体积(22414毫

9、升)。对于液氮的BET测定，吸附分子的截面积假定为0.162nm2。吸附等温线的形状和五种类型的吸附等温线反映了吸附剂的表面性质不同，孔分布性质和吸附剂与吸附剂之间的相互作用也不同。因此，从吸附等温线的类型中，我们可以了解吸附剂的表面性质、孔的分布性质以及吸附质和吸附剂之间的相互作用。2.2.2吸附法，静态吸附法：静态吸附法是将吸附质和吸附剂放在一起达到平衡后，测量吸附量容量法、质量法、动态吸附法：当吸附质在特定温度和压力下通过固定量的固体吸附剂时，吸附剂加入的量即为吸附量。然后改变压力重复测试，得到吸附量与压力的关系，然后通过绘图计算。JW-004动态BET比表面积分析仪，技术指标，2.2.

10、3 SA3100比表面积分析仪测量粉末的比表面积，1。实验设备，仪器SA3100比表面积分析仪，如图所示。附件电子天平、液氮专用罐和杯、气瓶(99.99%吸附气体(N2)和氦气。2。实验步骤，样品制备：1)确定最佳样品量。SA3100分析仪可对总表面积为1m2的样品产生准确的结果，但当样品总表面积在3m2至30m2之间时，可获得最佳结果。同样，样品质量必须大于100毫克，以确保称重精度。样品的质量和材料的体积密度决定了所用样品管的尺寸。2)称量样品管组，包括样品管和样品管芯棒，如图所示。样本管的尺寸取决于所需的样本体积，样本管和样本管顶部之间必须保持至少1毫米的间隙。所有样本管都有芯棒，以减少

11、分析期间样本管中无用的体积。这些心轴提高了灵敏度，加快了测量过程。添加样品前，必须用分析天平准确称量样品管组。尽管样品管中添加了未知数量的样品，但在脱气过程中会损失一些重量。因此，有必要知道样品管套件的重量，以准确测量脱气样品的重量。精度为0.001克，用分析天平称量样本管(包括芯杆)。在称量样品管套件之前，必须满足以下条件：样品管必须在室温下，干燥分析天平上的称量盘必须干净；3)将样品加入样品管，从样品管中取出芯轴，然后用样品漏斗将称量好的样品倒入样品管，如图所示。然后将芯棒重新插入样本管。仪器设备，1)检查仪器是否正常，包括气路密封性、电源接头等。2)安装饱和管。3)开机：将软盘插入软盘驱

12、动器，并将仪器的电源线插入电源插座。要打开仪器电源，请按下红色摇杆开关(标记为)的顶部，直到听到咔嗒声。样本登记，样本信息登记使SA3100分析仪能够跟踪样本状态并执行所需的分析。编辑样品信息屏幕，输入正确的脱气和分析参数，如图所示。1)在此阶段唯一需要更正的字段是配置文件键上的字段。如果该键上没有显示“BET5”，则按“配置文件”键，按“配置文件”屏幕上标记为“BET5”的键，然后按“确定”键；2)要输入该样品的正确样品编号，请按样品编号键，使用显示的QWETRY键盘输入字符，然后按回车键；注意：如果您使用一个数字作为样本号的最后一个字符，当您下次运行样本时，样本号中的数字将自动增加1。3)

13、如果您想输入“操作员”和“客户”的名称，您可以通过更改样品编号来更改这些字段。样品信息屏幕，样品脱气，1)将样品管连接到脱气端口，参见图2.18。松开左侧排气口的凸缘螺钉。取下样品管的盖子，然后将样品管插入脱气口，直到它碰到支管。用手指拧紧凸缘螺钉。当样品管密封在装置中时，不需要紧套。如果从设备上轻轻拉下样本管无法拔出，则表明样本管安装正确。2)除气，按分析屏幕上的除气键进入除气屏幕，如图2.19所示。如果出现除气屏幕，执行步骤2。如果目前没有样品脱气，仪器处于制备脱气样品的状态，脱气屏幕底部会显示如下信息：在脱气屏幕中心区域加载时，加载和LOF样品按下星星脱气，垂直线底部的三个圆圈代表三个脱

14、气裂缝；按下左边的圆圈，代表样本试管连接的端口。除气屏幕，a .编辑除气屏幕上显示的除气温度和时间，b .按除气屏幕上的开始键开始除气过程。在300脱气60分钟，整个过程大约需要1小时15分钟。实际情况比这个时间长得多，所以这个时间不作为参考。脱气完成后，脱气信息会出现在所使用的脱气端口图形下方。除气屏幕底部会出现以下信息：移除样品，移除时按确定，从除气端口移除样品管a，准备样品管帽b，松开凸缘螺钉，从设备中取出样品管c，并立即用帽塞住样品管(因为样品管充满氮气，等待时间过长会使气体与空气混合)。按确定键。现在，您可以称量和分析样本试管。称量脱气样品脱气样品的重量用于确定分析结果的重量，因此非

15、常重要。从原始称重中减去不带样品的样品管组的重量，得到脱气样品的重量，并记录结果。5分析样品，1)从脱气样品列表中选择样品，并按分析键进入分析屏幕。单击下一个分析键。显示除气样品屏幕，如图所示。按下标有您输入的样本号的键，选择质控样本，然后按下确定键。出现样本信息屏幕。输入脱气样品的重量a在样品重量字段中输入准确的样品重量。a按下样品重量键；在数字键盘上输入样品的重量，然后按回车键；b .按样品信息屏幕上的确定键，确认输入总和，并返回分析屏幕。屏幕上出现以下信息：加载样品加载时按确定，脱气样品屏幕，2)加载样品并将样品管连接到分析端口a，见图2.21。松开左侧排气口的凸缘螺钉。b .取下样品管的盖子，然后将样品管插入脱气口，直到它接触到支管。用手指拧紧凸缘螺钉。当样品管密封在装置中时，不需要紧套。如果从设备上轻轻拉下样本管无法拔出，则表明样本管安装正确。按下开始键。屏幕上的信息“状态”将显示“等待样品排空”。填充和装载液氮真空瓶”。当出现“加载杜瓦瓶，加载时按下开始分析”信息时，真空瓶将被放入真空瓶架中，并用绝缘真空瓶盖盖住。3)样品分析、按下开始分析键，分析将自动进行，样品分析大约需要20分钟。仪器在分析过程中自动完成以下步骤：自由空间测量：当按下开始分析键时，SA3100分析仪进行自由空间测量，用于计算管内体积，准