比表面积是单位质量物质的总表面积(㎡/g),是超细粉体材料体别是纳米材料Z重要的物性之一。测定比表面的方法很多,其中氮吸附法是Z常用、Z可靠的方法,已列入国际标准和我国国家标准。
氮吸附法假定粉体的表面吸附了一层氮分子,已经知道每个氮分子所占的横截面积为0.162nm2,则粉体的比表面积(Sg)可由下式求出:Sg = 4.36Vm / W ,式中Vm为重量为W的粉体材料表面氮的单层吸附量。氮吸附仪的主要功能是能测出氮气吸附量。按照方法不同,氮吸附仪分为静态容量法、静态重量法和动态法(又称连续流动色谱法)三种。
动态法以氮气为吸附质,氦气为载气,两种气体按指定比例混合,达到一定的氮气分压,让这种气体流经装有粉末样品的样品管,当样品管置于液氮温度时,氮气在样品表面产生物理吸附,而氦气不被吸附,这时气流中氮气的浓度减少,
在浓度传感器上(热导检测器)产生电信号,形成一个所谓的氮气吸附峰,当样品管回到室温时,样品表面吸附的氮气会全部脱附出来,并形成一个脱附峰。吸(脱)附峰面积的大小正比于氮气的吸附量,也就是正比于样品的比表面积。
直接对比法是选择已知比表面积(Sg 0)的标准样品,与被测样品并联到相同的气路中,只要先后测出标样和被测样的脱附峰面积(Ao、Ax),被测样品的比表面可由下式求得:Sg=Sg 0×AxWo/AoWx 。其中Wo和Wx分别是标样和被测样的重量,直接对比法操作简单,测试速度快,适合于与标准样品吸附能力相近材料的比表面的快速测定,特别适用于生产的在线检测。“直接对比法”测定比表面积有一个局限性,即被测样品与标准样品的吸附特性必须一致,否则测定的精确性会受到影响。
BET比表面的测定方法则没有上述的局限性。因为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吸附量Vm ,而实际的吸附量V并非是单层吸附,即所谓多层吸附理论,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与单层吸附量Vm之间的关系,这就是的BET方程,BET方程适用于(P/Po)在0.05-0.35范围中,因此,在0.05-0.35 的范围中选择4-5个不同的(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,再由下式求出比表面 S = 4.36×Vm /W 。本机就是用BET法测定比表面的仪器。
BET比表面测定在绝大多数条件下,图中直线的截距都很小,因此该直线可近似看成是通过坐标原点的直线,这时只要在0.05-0.35范围内选择一个(P/Po),做一次试验,求得一个吸附量V,在P/V(Po-P)-(P/Po)图上将该点直接与原点相连,得到的直线的斜率的倒数即为Vm,由此求出比表面. 单点法测出的比表面误差在5%左右,也是一种较理想的快速测量方法。