比表面的测定——BET法

出处：按学科分类—自然科学总论 山东人民出版社《方法大辞典》第142页（1172字）

比表面定义为每克固体吸附剂所具有的总表面积。

如果知道在一克固体吸附剂的内外表面上均匀地铺满一层吸附质分子时所需的分子数目，那么根据每一个分子在表面上所占据的面积，就可以计算出吸附剂的比表面。比表面是催化剂的重要性质之一。

测定的方法很多，其中布鲁瑙尔－爱梅特－泰勒(Brunauer－Emmett－Teller)吸附法(简称BET法)是较准确的常用方法。

BET吸附理论的基本假设是：认为固体表面是均匀的，吸附分子的解吸不受四周分子的影响，可以发生多层吸附，并认为在物理吸附中，第一层发生在吸附质与吸附剂之间，其作用力为范德华力；第二层及其以后发生在吸附质分子之间，其作用力也是范德华力，但吸附热不同于第一层，而是等于气体的液化热。

根据这个假设，导出BET方程式，即式中p为平衡压力，p₀为吸附平衡温度下吸附质的饱和蒸气压；V为平衡时的吸附量(以标准状况计算)；V_m为第一层铺满时的吸附量(以标状况计算)；C为与温度、吸附热和液化热有关的常数。该法按实验时测量手段的不同又分为容量法和重量法：

(1)容量法 装置如图(a)所示，其中量气管、各贮气球的体积和活塞A上端至压力计的一段毛细管的体积是已知的。样品管中除了固体样品本身体积之外的空间称为死体积，是每次实验待测的。实验时，将一定量吸附剂装入样品管，接入系统，并加热

(a)BET装置(容量法)

(b)吸附秤(重量法)

脱气处理，整个系统进行抽空。

关闭A，将吸附气体导入各贮气球，使汞面在最大球的下线，压力计左臂汞面总保持在0点，平衡时测定压力。打开活塞A进行吸附。平衡时，从体积、温度、压力变化可算出吸附量。将汞面逐次上升至各球，可测得一系列压力下对应的吸附量，根据BET方程求得V_m。

那么吸附剂的比表面S_g可自下式求得

式中N_A为阿佛伽德罗(Avogadro)常数；δ为一个吸附质分子的截面积；22400为标准状况下一摩尔气体的体积(毫升)；W为固体吸附剂的重量(克)。吸附一般在低温下进行，即将样品管浸在低温液体中(如液氮)。

一般实验在相对压力为0．05－0．35范围内能得到较好的结果。该法实验误差约为±5%。

(2)重量法 装量如图(b)所示。与容量法不同，吸附量不是通过气体方程式计算，而是在改变压力下，通过石英弹簧秤长度的变化，直接测得一系列压力下对应的吸附量。然后按上述方法求得比表面。