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对超低比表面测定，为什么要用氪气
点击次数：7052 发布时间：2016/10/28 15:46:12
对超低比表面测定，为什么要用氪气？
由于仪器检测极限的限制，对于0.2m 2 /g以下的超低表面积的样品，通过氮气（在77.4K）或
氩气（在87.3K）进行常规压力测量（体积测量）的吸附实验，很难保证重现性。推荐的方法是在
液氮温度（即77.4K）下的氪吸附，它显著提高了检测限，使总表面积的绝对测量在0.05m 2 以下。
即使是高度准确的容量法物理吸附分析仪，用氮气作为吸附物质时，它能够准确测量的总表面
积（或绝对表面积）下限大约为0.5-1m 2 。因为在这样低的表面积下，在样品池自由空间中的未被
吸附的氮分子数目比吸附在表面上的氮分子数量要大，甚至超出很多，这就导致了极大的测量不确
定性。虽然增加样品量可以增加绝对表面积，但受到样品池大小的限制或样品本身的限制，这种方
法并不总是可行。为了测量可能更低的表面积，必须减少在样品管自由空间内的分子数量。氪气是
具有较低蒸气压的吸附物质，可以实现上述目的。在77.4K的温度下氪气，比其三相点温度（Tr的=
115.35K）低约38.5K，它的升华压力点（即，P 0，固体 ）约1.6torr。然而，对于BET方程的应用，
尽管事实上进行吸附测量的温度远低于三相点温度，但仍然假定被吸附的氪气层是液体状。采用过
冷液体氪的饱和压力已经成为惯例，其数值为2.63torr，因此在样品池的自由空间中，气体分子的
数量显著减少，仅为氮吸附情况下的大约1/300。这样，在77K的氪吸附更加精确，可以应用到小于
0.05m 2 的绝对表面积计算。
当然，在77.4K的氪吸附还存在着以下问题：即吸附层的性质和热力学状态不明确，是固体还是
液体？， 应该参照何种状态来计算P/P 0 ？与此连带的一些问题是， 在远远低于三相点温度的环境下，
氪作为被吸附相有怎样的浸润特性（因为在BET方法中，假设吸附质相完全浸润）？在77K的氮吸附
中，可以观察到几乎所有材料都被完全浸润的特性，但在低于三相点温度时，这种情况可能是不同
的。 另一个不确定性是氪的有效横截面积， 它非常依赖于吸附剂表面， 因此没有被很好地建立起来。
从氪的过冷液体密度计算出的横截面面积是0.152nm 2 (15.2Å 2 ） ， 但通常用较大的横截面面积值，
甚至高达0.236nm 2 （23.6Å 2 ）。采用较多的横截面积值是0.202nm 2 （20.2Å 2 ）。
原创作者：贝士德仪器科技（北京）有限公司
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