美國micromeritics / 2024年八月份電子報 –物理吸附分析儀等溫線收集與儀器操作

Micromeritics 生產多種用於測定物理吸附等溫線的儀器。其中大多數採用靜態（測壓）吸附方法，其中樣品吸附的氣體量是根據壓力和溫度測量以及解釋吸附劑非理想行為的氣體定律來確定的。使用歧管的校準體積、歧管中的絕對氣壓和歧管溫度來確定從氣體歧管計量到樣品上的氣體量。在定量投氣之前先記錄壓力和溫度以確定歧管中的初始氣體量，並在投氣後記錄壓力和溫度以確定歧管中剩餘的氣體量。差異在於從歧管移動到樣品架中的氣體量，或註入到樣品上的氣體量。

移動到樣品架中的吸附劑可以執行以下兩種操作之一：它可以吸附到樣品上或保留在樣品上方的氣相中。正是保留在氣相中的部分在樣品架中建立了壓力，因為壓力可以被認為是氣體濃度的量度。氣體在表面和孔隙中的吸附可以被認為是由於樣品和吸附劑之間的物理吸引力而導致的樣品表面上的氣體濃度。

為了確定吸附在樣品上的氣體量（等溫線的因變數），有必要將注入樣品架的氣體量分成兩部分：保留在氣相中的氣體量，以及影響壓力以及吸附在樣品上的量。可以再次使用氣體定律來確定不吸附的氣體量。為了解釋低溫浴溫度的微小差異，將結果報告為相對於浴溫度下吸附劑的飽和蒸氣壓的壓力的函數。所需要的只是樣品架的體積，經過校正

其內部各空間的溫度。樣品架的氣體容量通常稱為自由空間(Free space)或空隙空間。此容量隨著樣品架中的溫度降低而增加，因此是浴溫度的函數。此外，樣品架處於浴溫的部分內的氣體量需要針對可壓縮性或非理想行為進行校正。對於正常沸點為 77.35 K 的氮氣，這導致容器中的氮氣量每大氣壓增加約 4.3%，高於僅根據自由空間體積計算的值。

顯然，加入樣品架中的非氣相吸附劑的量是吸附在樣品表面或其開孔內的氣體量。為了計算吸附量，必須知道自由空間的準確值，包括浴溫下的自由空間值和環境溫度下的自由空間值，包括杜瓦瓶外部的樣品架部分含有冷凍劑。因此，需要兩個自由空間值，當管子處於環境溫度時，這兩個自由空間值由氣體定律決定，

然後確定管的一部分何時浸入浴中。這兩個自由空間值允許將自由空間體積分為環境溫度下的自由空間體積和浴槽溫度下的自由空間體積。這允許確定樣品架的完全空體積中的氣相吸附劑的量，包括校正該部分在低溫下的壓縮率。這兩個確定的自由空間值有時稱為冷 (Cold)自由空間和暖 (Warm)自由空間，指示測定時樣品的溫度，有時稱為分析和環境自由空間，再次指自由空間測定時樣品的溫度被製成。溫暖或環境自由空間是在環境溫度下使用樣品架確定的；冷或分析自由空間是透過分析溫度下的樣品架的一部分來確定的。圖 1 顯示了針對氧化鋁催化劑載體擠出物測定的吸附和脫附等溫線。

資料來源:micromeritics官網