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2色谱法测固体比表面（第1页）

.2色谱法测固体比表面

一、实验目的

（1）　测定多孔物（或粉末态物）比表面。

（2）　掌握比表面测定仪的使用方法。

二、实验原理

固体表面具有较高的过剩自由能，因此，当气体分子碰到固体表面时，会发生吸附作用。据吸附分子与固体表面分子间的作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。前者是范德华力，而后者为化学键力。显然化学吸附大都是单分子层的，而物理吸附多数是多分子层的，根据多分子层吸附理论，即BET吸附等温式，当吸附达到平衡时，有以下关系式：

ppsV（1-pps）=1VmC+C-1VmC·pps（1）

式中：p为吸附平衡压力；ps为吸附平衡温度下吸附质（即被吸物）的饱和蒸气压；pps称为相对压力；V为在pps时的吸附量被换算成标准状况下的气体的体积；Vm为吸附质在吸附剂表面上形成单分子层时的吸附量，也换算成标准状况下的气体的体积；C为与吸附热有关的常数。所以BET公式又称为二常数公式，二常数是指Vm与C。

由实验测出不同相对压力pps下对应的吸附量V值，以（pps）V（1-pps）为纵坐标，以pps为横坐标作图，可得一直线，由其斜率和截距可求出Vm：

Vm=1斜率+截距（2）

若已知表面上每个被吸附分子的截面积，则可计算吸附剂的比表面积S：

S=VmNAσ22400W（m2·g-1）（3）

式中：NA为阿伏伽德罗常数；W为吸附剂质量（g）；σ为一个吸附质分子的截面积，N2分子为16.2×10-20m2。

值得注意的是，BET公式仅在相对压力pp0为0.05～0.35范围内适用。更高的相对压力可能发生毛细管凝结。

色谱法仍以氮为吸附质，以氦气或氢气作载气。氮气和载气按一定比例在混合器中混合，使之达到指定的相对压力，混合后气体通过热导池的参考臂，然后通过吸附剂（即样品管），再到热导池的测量臂，最后经过流量计再放空（见图51）。当样品管置于液氮杯中时（约-195℃），样品对混合气中的氮气发生物理吸附，而载气不被吸附，这时，记录纸上出现一个吸附峰（见图52）；当把液氮杯移去，样品管又回到室温环境，被吸的氮脱附出来，在记录上出现与吸附峰方向相反的脱附峰。最后在混合气中注入已知体积的纯氮可得到一个标样峰（又称校准峰）。根据标样峰和脱附峰的面积可计算出相对压力下样品对氮的吸附量。采用脱附峰进行计算的原因是因为它的拖尾通常都没有吸附峰严重。改变氮气和载气的混合比，可以测出几个氮的相对压下的吸附量。这样就可以按BET公式计算表面积。

图51流动吸附色谱法示意图

图52氮的吸附、脱附和标样峰

三、仪器与试剂

1．　仪器

BC1型表面积测定仪或ST03比表面与孔径测定仪，氮气、氢气钢瓶各一个，氧蒸气压温度计，小电炉。

2．　试剂

液氮，活性炭。