全自动比表面仪测试及维护常见问题探讨

余 磊 彭少华 舒 婕

(苏州大学分析测试中心，苏州 215123)

经验交流

全自动比表面仪测试及维护常见问题探讨

余 磊 彭少华 舒 婕

(苏州大学分析测试中心，苏州 215123)

全自动比表面仪可以测定微孔、介孔及大孔样品比表面积以及孔径分布等。仪器要求的真空度很高，因此，必须经常查看室内温湿度及真空泵系统运行情况。另外，预处理目的是是除去样品中可挥发有机模板剂、水及空气等，以得到有效的分析数据。

全自动比表面仪 比表面积 孔径分布

全自动比表面仪[1-3]ASAP2020(图1)可以用来检测比表面积以及孔径分布等，比表面积测定原理是利用物质表面(包括外表面及内部孔道表面)的低温下发生物理吸附，因为低温可以避免化学吸附因此，因此，吸附法测得的表面积实质上是吸附质分子所能达到的材料的外表面和内部孔道总表面积之和。

测试比表面积时，相对压力(P/P0)要控制在0.05～0.35之间，因为低于0.05时，氮气分子很难形成多层吸附，不易建立平衡，而高于0.35时，会发生毛细凝聚现象，妨碍多层物理吸附，这样就使得测试结果中丧失了内部孔道表面积。

测试孔径分布时，相对压力(P/P0)要控制在0.35～0.95之间，因为气体吸附法测定孔径分布是利用毛细凝聚现象以及体积等效交换原理，即将被测孔中充满的氮气等效为孔的体积。对于一定的P/P0值，存在一临界孔半径，半径小于临界孔半径的所有孔都发生毛细冷凝，使得氮气填充其中，也可以理解为对于已经发生毛细冷凝的孔，当压力低于一定的P/P0时，半径大于临界孔半径的孔中凝聚液化的氮气气化并托付出来，通过测定样品在不同P/P0下凝聚氮气量，绘制出其等温脱附曲线。

1 日常测试

高纯氮气是全自动比表面仪ASAP2020最常用的吸附质气体，日常测试时钢瓶压力保持在0.1MPa左右为宜，同时在测试之前应该让仪器抽真空一段时间，脱气站真空为0mmHg以及分析站真空为2μmHg时说明仪器真空正常。

1.1 脱气预处理

准确称量好样品后，就可以对样品进行预处理，预处理涉及到高温加热及抽真空，目的是除去样品中可挥发有机模板剂、水及空气等，因此，学生送样时必须要注明样品处理温度，在这个预处理温度下，样品不能挥发及分解，否则会对真空泵及仪器造成损坏，影响科研测试，预处理过程以真空度为标准，一般当真空度低于20μmHg时就可以进行分析操作，但是在分析之前需要用氮气回填到一个标准大气压，否则拆不下来样品管。

图1 全自动比表面分析仪

1.2 分析实验

分析实验是在脱气预处理完成后，将样品管戴上保温夹套并转移到分析站上、P0管与分析样品管靠在一起，以及分析站的液氮保温套中加满液氮，然后观察分析软件上测试之前仪器管道压力，如果是2μmHg则正常，可以进行分析，否则要找到真空度不足的原因方可进行分析操作，分析实验结束后，仪器会自动关闭相应阀门并将样品管真空度回填到一个大气压，同时自动开始抽真空至2μmHg。

1.3 拆洗冷肼管

冷肼管有两根，左边一根是与脱气相连，右边一根是与分析站相连，冷肼管外面有液氮保温套，冷肼主要作用就是在脱气及分析时样品中被真空抽出来的水汽或有机小分子在液氮环境下冷凝下来，这样真空度就能够在短时间内达到要求。

拆洗冷肼管之前，先要关闭干泵及油泵，然后将脱气站及分析站相连的冷肼管用高纯氮气回填到一个大气压，关闭软件，最后关闭仪器电源，拆下冷肼管，洗干净并烘干，同时将脱气和分析站保温套里面的冰用温水融化并晾干，一切准备就绪后将冷肼管装上，脱气保温套加好液氮放到冷肼管中，开机打开软件，当脱气站真空抽至0mmHg及分析站真空抽至2μmHg时再稳定两小时左右，即可进行脱气及分析实验。

1.4 后处理

分析测试结束后，将样品回收，洗净样品管并烘干供后续预处理及分析用。

2 测试常见问题

2.1 分析时间过长

某些样品的分析时间太长，达到十个小时甚至更长时间。这可能是由于样品预处理时间及温度不够，或者是由于冷肼液氮保温套及分析保温套中没有加满液氮，从而导致在分析时达到每一个分压时间过长，最终导致分析时间过长。

2.2 测出的比表面积很小

某些样品测出的BET比表面很小，几乎为零。这可能是由于样品本身就没有孔道、孔道被杂质填满导致真空下不易抽出来、样品在反应或处理过程中孔道崩塌，这样情况需要科研人员仔细分析产品合成过程，找出可能原因来解决问题。

2.3 迟滞环不闭合

图2 迟滞环闭合与不闭合

某些样品测出的迟滞环不闭合(图2)。这种情况比较常见，需要结合吸收量及孔径分布进行分析。可能是因为样品在分析时孔道部分坍塌，造成部分孔道内的氮气分子脱附时未能脱附出来；可能样品在实验过程中未处理干净，造成部分杂质留在孔道中，形成类似于墨水瓶状的的小孔孔道，这样造成脱附曲线不能和吸附曲线重合；反应后的催化剂上面吸附了容易在真空下分解的东西，有物质分解的话，迟滞环不闭合。

但如果孔径分布曲线走势相同，而吸附量减少明显，这种情况说明孔的数量明显减少，也就是说，孔还那样的分布，但是数量减少了。

3 日常维护

仪器维护主要是针对真空系统的维护。油泵润滑油液下降到最低刻度(正常刻度为1/2～2/3)时应加油(由于消耗少，几乎不用加油，一到两年加一次)；油泵的油气阱中氧化铝球定期更换，以氧化铝球变颜色为准(超过一半以上变色需更换)，新氧化铝球使用前要烘干(350℃下烘4小时)，不要使用已用过的氧化铝球；仪器管理人员应该定期擦拭仪器保持仪器表面洁净；配备抽湿机及空调来保证仪器室温湿度；定期加液氮及清洗烘干冷肼管和液氮保温桶。另外，如果仪器短期不用则不用关机，使仪器始终处于抽真空状态；但如果长时间不用则需要按照顺序关机，以保证仪器正常使用寿命。

4 结论

全自动比表面仪可以用来测定微孔、介孔及大孔样品比表面积以及孔径分布等。仪器要求的真空度很高，因此，必须保证干泵、油泵及分子泵的正常运行，及时查看室内温湿度、真空泵油液及氧化铝球干燥剂，另外，测试分为预处理和分析两步，预处理目的是是除去样品中可挥发有机模板剂、水及空气等，并最终节约分析时间、保护分析泵及得到准确结果，最大限度地为科研提供帮助。

[1] 彭少华, 马泓冰. 全自动比表面与孔隙度分析仪真空故障的排查与维护[J]. 分析测试技术与仪器, 2013,2(19): 118-121.

[2] 高涛, 王锐, 王耿媛. 全自动比表面积分析仪校准方法及其不确定度评定研究[J].计量与测试技术, 2016, 43(1): 71-72.

[3] 刘时铸. 比表面积仪的维护与故障处理[J]. 实验室科学, 2013, 13(4): 156-158.

Discussion on test and maintenance of automatic specific surface area analyzer.

Yu Lei, Peng Shaohua, Shu Jie

(Testing and Analysis Center, Soochow University, Suzhou 215123, China)

Automatic surface area analyzer can measure specific surface area and pore-size distribution of micropore, mesoporous and macroporous samples.It is necessary to check temperature, humidity and operating conditions of vacuum pumps system.

automatic surface area analyzer; specific surface area; pore-size distribution

国家自然科学基金面上项目(21673148)

余磊，男，1982年出生，硕士研究生，中级实验师，从事仪器测试及管理工作，E-mail：yulei198415@163.com。

舒婕，女，1982年出生，博士研究生，副研究员，主要研究方向为固体核磁共振技术及应用，E-mail：jie_sh@yeah.net。

10.3936/j.issn.1001-232x.2017.02.020

2016-11-28