中 华 人民 共 和 国 国 家 标 准

                                                      UDC 543.544

                          化 学 试 剂                            .25—42

                    色谱载体比表面积的测定方法               GB 2922--82

                         Chemical reagents                                

           Determination of specific surface area of solid 

                  Supports used in chromatography

   本标准适用于色谱载体比表面积的测定。本方法测定范围为0.5～1000m²/g。

1 基本原理

   本方法是基于BET的多层吸附原理采用连续流动气相色谱法测定比表面积。BET等温方程式如下：

                  PN₂/Po    =     1     ＋ C －1   × PN₂  ……………(1)

Va(1－PN₂/Po)      Vm·C      Vm·C        Po

式中：PN₂----吸附质的平衡压力，mmHg；

Po----吸附质的饱和蒸汽压力，mmHg；

Va----吸附剂的吸附量，ml；

Vm----单分子层的气体吸附量，ml;

C----BET方程式的常数。

BET方程式适用于0.05～0.35相对压力(PN₂/Po)范围内。在此范围内选择3或4点，由实验得到的吸附量(Va)与其相应的吸附量，根据BET方程式以    PN₂/Po      对PN₂/Po作图，将得到一条直线，其

                                      Va(1－PN₂/Po)

斜率为a=   C －1    ；截距为b=    1    由斜率和截距可以示得单分子层饱和吸附量(Vm), ,

Vm·C                 Vm·C                                                  

Vm=   1   然后根据每一个被吸附分子在吸附表面上所占有的面积即可算出每克样品所具有的比表面 ,

a＋b

积。

2 仪器

   测定比表面积的仪器装置流程示意图如下：(124页)

适用于本方法的仪器应符合下列指标：

2.1 热导检测器

2.1.1 灵敏度

   在仪器工作稳定的条件下，以氢气为载气，以苯为试样，三次测得仪器的灵敏度平均值大于1000mV·ml/mg。

2.1.2 基线稳定性

     以氦气为载气，桥路电流在200mA，主衰减在1档，经30min基线漂移不大于0.1mV，噪声不大于0.05mV。

2.2 稳压阀

   载气或吸附质气体在实验操作中的流量波动不大于1%。

2.3 混合器

   本仪器的前混合器的容积不得小于20ml，后混合器可采用长为250mm、内径为10mm的不锈钢直管。

3 测定

   称取适量干燥好的样品，置于样品管中，接入气路，在冷阱处套上盛有液氮的杜瓦瓶。热导检测器的桥流控制在140mA。皂膜流量计测准载气氦(或氢)的流速，然后加入一定量的吸附质(氮)，并测出混合气总流速。待基线稳定后，将盛满液氮的杜瓦瓶套于样品管上，这时记录仪上便出现一具吸附峰，吸附达到平衡后，(记录笔回到基线)，取下液氮杜瓦瓶，用室温水加速脱附，记录仪上便出现一脱附峰，脱附峰面积作为计算依据。

   注：每点测定时，套于样品管的杜瓦瓶要保持相同的液氮面。载气(氦或氢)和吸附质(氮)的纯度要求为99.9%。

4 计算

   对峰面积的测量采用峰高乘半高峰宽的方法，测量中采用精度大于0.02mm的读数显微镜或用同等精度的其它工具读数。对吸附量的计算可用外标法和仪器常数法两种。

4.1 外标法

外标法是在上述方法测得样品的脱附峰后再进一次已知体积量管的纯氮，这时记录仪上出现的峰为标准峰。

用外标法计算吸附量的公式为：

                           Va=   Vs  ×Aa×    273 Pa   …………………………(2)

                                 As             760T

式中：Va----标准状态的吸附量，ml；

      Vs----已知体积的氮量，ml；

      As----已知体积的氮量的峰面积，mm²；

      Aa----脱附峰面积，mm²；

Pa----实验条件下的大气压，mmHg；

       T----实验条件下的室温，°K。

4.2   仪器常数法

    在仪器电路参数保持不变的情况下，峰面积与峰面积相应的气体量以及载气流速之间的函数是一个常数。

    仪器常数K(min/mm²)计算公式为：

K=   aVs ×    273 Pa   …………………………(3) 

                                As·Rc       760T

式中：a----氮在混合气中的分压与大气压之比；

     Vs----所用量管的已知体积，ml；

     As----与所用量管的已知体积Vs相应的峰面积，mm²；

     Rc----载气流速，ml/min；

     Pa----实验条件下的大气压，mmHg；

      T----实验条件下的室温。°K。

注意：仪器常数K值测试的条件和实验的条件必须一致。

用仪器常数法计算吸附量的公式为：

                               Va=K·Pt·Aa ………………………………………(4)

式中： K----仪器常数，min/mm²；

      Rt----混合气总流速，ml/min；

      Aa----脱附峰面积，mm²；

      Va----标准状态的吸附量，ml。

 在BET方程式适用的的相对压力范围内，选择3或4点，测出相对应的标准状态的吸附量Va值，按测定原理即可求出单分子层的气体吸附量Vm。

以惰性气体氮为吸附质的比表面积计算公式为：

                                 Sa=4.36  V m  ……………………………………(5)

                                           W

式中：Sa----比表面积，m²/g；

       W----样品重量，g；

     Vm----单分子层的气体吸附量，ml。

5   精密度和准确度

本方法的精密度在±5%以内，与BET容量法对照其准确度在±5%以内。

                                附 录 A

                           称样量和比表面积的关系

                                (参考件)

 一般认为样品量应使得氮气的吸附量在5ml左右为宜，所以比表面积大的样品应少称些样，而比表面积小的，应多取些样。但是样品的比表面积从小到大，有一万倍的变化，所以对小于10m²/g的比表面积样品，除了多称样品外，吸附量只得相应地减少。现将估计的样品称量和样品比表面积的关系表示于下图，以作参考之用。(126页)

附 录 B

                               样品管理和称量的关系

                                  (参考件)

装填样品时，固体样品放于U形玻璃管的底部，样品的最上部和样品管壁要留有空隙以免产生阻力。为减少取样无代表性和不均一的误差，尽可能地提高称样量。为减少称量误差必须采用万分之一的天平称样。

根据样品的比表面积大小应选择不同体积的样品管。小比表面积的样品应采用大体积样品管来增大称样量，但是考虑到脱附时，反峰的影响，所以死体积应尽量小。样品管在不被样品堵死的情况下，要尽量小一些，现将一般采用的大体积样品管列于下图。(127页)

                             附 录 C

                            冷阱管的要求

                              (补充件)

在测定小比表面积时，除加大混合器保证平衡气混合均匀外，还不能忽视冷阱的作用。本方法对载气和吸附质气体的纯度要求主要依靠冷阱来达到净化目的，所以在整个测试过程中冷阱管都要浸在盛满液氮的杜瓦瓶内。当添加液氮时，由于温度变化而引起流速波动，这样容易吹走样品，且流速稳定时间长，所以在添加液氮时，冷阱管不要全部脱离液氮杜瓦瓶。

附加说明：

本标准由中华人民共和国化学工业部提出，北京化学试剂总厂技术归口。

本标准由吉林化学工业公司研究院和上海化学试剂研究所负责起草。

本标准主要起草人郑荆畹、孙锦木。