Das Prinzip und die Anwendung des BET-Oberflächen- und Porengrößenanalysators

BET Oberflächenanalysemethode

Die BET (Brunauer-Emmett-Teller) Oberflächenanalysemethode leitet ihren Namen von der BET-Theorie ab, die von den drei Wissenschaftlern entwickelt wurde, nach denen sie benannt ist. Diese Theorie etablierte die multimolekulare Adsorptionsgleichung, die die theoretische Grundlage für die Teilchenoberflächenadasorptionswissenschaft bildete und weit verbreitete Anwendung in der Forschung und der instrumentalen Datenverarbeitung im Zusammenhang mit den Teilchenadsorptionseigenschaften fand.

Gemeinsame Instrumentmodelle

STD-ASAP Serie

• Messbereich: Porengröße: 3,5-5000Å; Spezifische Oberfläche > 0,0005m²/g
• EigenschaftenVollautomatisierte erweiterbare Analysemodule mit optimierten Probenansichtsschnittstellen für die Hochdurchsatzverarbeitung (2, 4 oder 6 Stationen verfügbar)
• Modelle mit niedriger Oberfläche (Kryptonanalyse)10mmHg-Sensoren zur präzisen Messung von ultraniedrigen spezifischen Flächen
• Mikroporenmodelle1 mmHg-Sensoren für erweiterte Niederdruckprüfmöglichkeiten, mit Optionen für maximale Volumensinkrementale Gaseinleitung oder druckspezifische Gaseinleitung

Autosorb Serie

• Messbereich: Porengröße: 3,5-5000Å; Spezifische Oberfläche > 0,0005m²/g
• Konfigurierbare OptionenErweiterbare Messmöglichkeiten für ultraniedrige Flächen, Mikroporenanalyse und Chemisorptionsstudien
• MikroporenanalyseErreicht ultimatives Hochvakuum bis zu 10 ⁻¹⁰ mmHg mit Präzisionsdrucksensoren, die Veränderungen so klein wie 2,5×10 erkennen ⁻⁷ mmHg
• VakuumtentgasungEinzigartiges Tandemsystem sorgt für gleichbleibende Vakuumtentgasungsbedingungen
• Automatisiertes Cryo-TrappingFlüssiger Stickstoff-Spiegelsensoren steuern die automatisierte Kryostatpositionierung für konsistente Probenteife und Umgebung, mit unabhängigen Drucksensoren für Probenzellen und P ₀ Verbesserung der Druckauflösung in kleinen Volumenkammern

Grundprinzipien

Gasförmige Atome und Moleküle zeigen freie Bewegung, während feste Atome aufgrund elektrostatischer Kräfte von benachbarten Atomen in festen Positionen bleiben. Allerdings erleben Oberflächenatome ungleichgewichtige Kräfte, da sie im Vergleich zu inneren Atomen weniger benachbarte Atome haben. Dieses Kraftungleichgewicht erzeugt Oberflächenenergie, wodurch Oberflächenatome Gasmoleküle aus der umliegenden Atmosphäre adsorbieren, um das elektrostatische Ungleichgewicht zu kompensieren. Im Gegensatz zu flüssigen Oberflächenmolekülen, die sich bewegen können, bleiben feste Oberflächenatome stationär, was zu einer höheren Oberflächenenergie für die meisten Feststoffe im Vergleich zu Flüssigkeiten führt.

Sechs Adsorptionsisotherme Typen

Typ IBiegt sich in Richtung P/P ₀ Achse mit einem horizontalen oder nahe horizontalen Plateau, das eine Adsorptionssättigung anzeigt, die durch das Mikroporenvolumen und nicht durch die innere Oberfläche begrenzt ist. Schnelle Adsorption bei sehr niedrigem P/P ₀ reflektiert die Mikroporenfüllung (Porenbreite <1nm für Stickstoff bei 77K). Bei Sättigungsdruck (P/P) ₀& gt; 0,99), Adsorbatkondensation kann nach oben Krümmung verursachen. Mikroporöse Materialien weisen diese Isothermie auf:

• Typ Ia: nur schmale Mikroporen (<1nm)
• Typ Ib: Breitere Mikroporenverteilung (Porenbreite <2,5 nm) mit möglichen engen Mesoporen

Typ IIReversible Isothermie für nicht-poröse oder makropöröse Materialien mit unbegrenzter Monoschicht-Mehrschicht-Adsorption. Ein scharfer Biegepunkt (B) deutet auf eine Monoschichtvollständigkeit hin, während ein allmähliches Biegen auf eine überlappende Monoschichtabdeckung und einen mehrschichtigen Auftritt hinweist. Kein Plateau bei P/P ₀=1 bedeutet unbegrenztes Mehrschichtwachstum.

Typ IIIBeobachtet in nicht-porösen/makropörösen Feststoffen mit schwachen Adsorbent-Adsorbent-Wechselwirkungen. Keine eindeutige Monoschichtbildung (kein Punkt B), mit Molekülen, die sich an den attraktivsten Oberflächenstellen clustern. Begrenzte Adsorption bei Sättigungsdruck.

Typ IVCharakteristisch für mesoporöse Materialien (z.B. Oxidgele, industrielle Adsorbenten). Die erste Monoschicht-Mehrschicht-Adsorption folgt Typ II, gefolgt von Kapillarkondensation in Mesoporen. Es verfügt über ein endgültiges Adsorptionsplateau (IVa mit Hysterese) oder eine vollständig reversible Desorption (IVb für schmale Mesoporen <4nm). Die Hysterese entsteht durch Kapillarkondensation bei Drücken unter dem Sättigungsdruck der Schüttflüssigkeit (P ₀).

Typ VÄhnlich wie Typ III bei niedrigem P/P ₀ zeigt aber eine Biegung bei höheren Drücken durch die Porenfüllung durch molekulare Cluster. Beobachtet in hydrophoben mikro-/mesoporösen Materialien während der Wasseradsorption.

Typ VIStufenweise reversible Adsorption von hochgleichmäßigen nicht porösen Oberflächen, wobei jeder Schritt einer abgeschlossenen Monoschichtabdeckung entspricht. Die Stufenhöhe zeigt die Schichtkapazität an, während die Schärfe von System und Temperatur abhängt. Unvollständige Formen bei Stickstoff bei 77K beobachtet.

Typen der Hysterese-Schleife

Während die physikalische Adsorption theoretisch reversibel ist, divergieren die Adsorption-Desorption-Isothermen oft in porösen Materialien aufgrund der Kapillarkondensation. Dieses Phänomen erzeugt Hystereseschleifen, die als:

H1Enge zylindrische Mesoporen mit minimalen Netzwerkeffekten, mit steilen Desorptionszweigen durch verzögerte Kondensation. Auch in " Tintenflasche" Poren mit Halsgrößenverteilungen, die den Porenmassen entsprechen.

H2Komplexe Porenstrukturen mit signifikanten Netzwerkeffekten:

• H2(a): Schmalhals " Tintenflasche" Mesoporen mit plötzlicher Desorption durch kavitationsgesteuerte Verdunstung
• H2 b): Weithals " Tintenflasche" Mesoporen mit breiteren Halsgrößenverteilungen und Porenblocking

H3Schlitzförmige Meso-/Makroporen in schichtförmigen Aggregaten mit Adsorptionszweigen, die Typ II ähneln, und Desorption beginnend bei kavitationsinduzierten Drücken. Typisch für nicht starre Aggregate mit unvollständiger Porenfüllung.

H4Kombiniert Typ I und II Adsorptionseigenschaften mit signifikanter Mikroporenfüllung bei niedrigem P/P ₀. Beobachtet in Zeolithen, mesoporösen Zeolithen und mikro-mesoporösen Kohlenstoffen mit schmalen Schlitzporen.

H5Seltener Typ in teilweise blockierten mesoporösen Materialien mit offenen und verschlossenen Porenstrukturen. Desorptionszweige fallen in engem P/P stark ab ₀ Bereiche (z.B. 0,4-0,5 für Stickstoff bei 77K), ein Merkmal, das mit H3- und H4-Schleifen geteilt wird.