一种多站串联动态氮吸附比表面仪及比表面测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种多站串联动态氮吸附比表面仪及比表面测量的方法，包括多个四通电磁阀，多个U形的样品管多个液氮杯，热导池和定量氮气管路；每个四通电磁阀分别与一个样品管和液氮杯组成一个吸附单元，四通电磁阀的第三连接口和第四连接口分别与样品管的两个连接端连接；多个吸附单元间串联连接，位于首端的吸附单元中的四通电磁阀的第一连接口与热导池的参考壁口连通，位于尾端的吸附单元中的四通电磁阀的第二连接口经过定量氮气管路与热导池的测量臂口连通，每两个相邻的吸附单元中的靠近首端的四通电磁阀的第二连接口与靠近尾端的四通电磁阀的第一连接口连通。本发明在测量小比表面时大大改善吸、脱附峰的形状，提高测试精度、缩短测试时间。
【专利说明】一种多站串联动态氮吸附比表面仪及比表面测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及动态氮吸附【技术领域】，特别涉及一种多站串联动态氮吸附比表面仪及 比表面测量的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，所有动态多样品氮吸附仪都采用并联气路，即具有一定氮气分压的混合气 体，分为四路，流经四个并联的样品管，然后再并回一路，进入热导池，测试时，四个样品管 同时浸入液氮杯，同时吸附，然后逐一从液氮温度回到室温，一个一个的脱附出来，这种方 法一直延用到今。这种方法存在着一个令人困惑的问题，就是测定小比表面时，其脱附峰又 宽又矮，峰面积的积分误差很大，致使比表面的测试精度很差，通常的方法是用热水或热风 帮助加速脱附，但是效果有限，而且使测试过程变得复杂，也不利于自动控制。研究发现，以 上现象的发生与样品管并联方式有直接关系，因为当吸附量很小时，样品管脱附出的有限 氮气被并联着的未脱附的三路气流所冲淡，大大降低了测试的精度。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在测量小比表面时提高测量精度、缩 短吸附、脱附时间的多站串联动态氮吸附比表面仪及比表面测量的方法。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多站串联动态氮吸附比表面仪， 包括多个四通电磁阀，多个U形的样品管，多个液氮杯，热导池和定量氮气管路；
[0005] 每个四通电磁阀分别与一个样品管和液氮杯组成一个吸附单元，四通电磁阀的第 三连接口和第四连接口分别与样品管的两个连接端连接，样品管的底部横边浸于所述液氮 杯中；
[0006] 多个吸附单元间串联连接，位于首端的吸附单元中的四通电磁阀的第一连接口与 热导池的参考壁口连通，位于尾端的吸附单元中的四通电磁阀的第二连接口经过定量氮气 管路与热导池的测量臂口连通，位于首端和尾端之间的每两个相邻的吸附单元中的靠近首 端的四通电磁阀的第二连接口与靠近尾端的四通电磁阀的第一连接口连通；
[0007] 当四通电磁阀断电时，每个四通电磁阀的第一连接口与第二连接口连通，第三连 接口与第四连接口连通，每个样品管自行封闭；当四通电磁阀通电时，每个四通电磁阀的第 一连接口与第四连接口连通，第三连接口与第二连接口连通，通过升降机构使液氮杯上升 或下降，进行气体吸附或脱附，吸附和脱附后的气体进入热导池。
[0008] 本发明的有益效果是：本发明中每一个样品的脱附均不受其他样品的任何影响， 脱附量再小也不会被冲淡，直观上看，这样做的结果使信号比并联时增大4倍，而且发现， 峰的幅宽也缩小许多，也就是说，脱附峰变得尖锐使测试精度大幅提高的同时，脱附时间也 缩短了，从根本上改善了传统的动态仪器的脱附峰的形状，彻底解决了测量小比表面时的 弊端，并大大提高了动态仪器的测试效率。
[0009] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
[0010] 进一步，所述定量氮气管路为双四通阀门组合形成的气路。
[0011] 进一步，所述双四通阀门包括第一四通阀门和第二四通阀门，第一四通阀门的第 二连接口与第二四通阀门的第一连接口相连通，第一四通阀门的第一连接口用于从外部接 入氮气，第一四通阀门的第四连接口用于向外部排放气体，第二四通阀门的第二连接口与 第一四通阀门的第三连接口相连通，第二四通阀门的第三连接口与第二四通阀门的第四连 接口串接于测试气路中，并与热导池连通；
[0012] 当双四通阀门断电时，外部的氮气经第一四通阀门的第一连接口、第一四通阀门 的第二连接口、第二四通阀门的第一连接口、第二四通阀门的第二连接口、第一四通阀门的 第三连接口和第一四通阀门的第四连接口流入空气，其中第二四通阀门的第二连接口与第 一四通阀门的第三连接口之间的连接管路构成定量氮气管路；
[0013] 当双四通阀门通电时，位于尾端的吸附单元中的气体经由第二四通阀门的第三连 接口、第二四通阀门的第二连接口、第一四通阀门的第三连接口、第一四通阀门的第二连接 口、第二四通阀门的第一连接端和第二四通阀门的第四连接口流入热导池。
[0014] 进一步，一种利用多站串联氮吸附比表面仪进行比表面测量的方法，包括以下步 骤：
[0015] 步骤1 :将每个吸附单元中的四通电磁阀通电，将混合气体经过热导池的参考壁 后逐一流经每一个吸附单元；
[0016] 步骤2 :通过升降机构使液氮杯上升，此时每个样品管中的样品在液氮的温度下 吸附氮气，经过热导池的测量臂后，得到一个叠加的吸附峰，当吸附达到饱和后，将每个四 通电磁阀断电；
[0017] 步骤3 :通过升降机构下降位于首位的吸附单元中的液氮杯，并在下降液氮杯的 同时，将该吸附单元中的四通电磁阀通电，得到该样品管中样品的脱附峰，在脱附完成后， 将四通电磁阀断电，此时，其他样品管处于自封闭状态；
[0018] 步骤4:从首至尾依次下降每个吸附单元中的液氮杯，重复步骤3,直至每个样品 管中依次脱附完成，得到每个样品管中样品的脱附峰；
[0019] 步骤5 :根据每个样品管中样品的脱附峰，计算得到每个样品管中样品的比表面 值。
[0020] 进一步，一种利用多站串联氮吸附比表面仪进行BET比表面测量的方法，包括以 下步骤：
[0021] 步骤1 :选定氦气与氮气的比例，将该比例作为第一氮气分压；
[0022] 步骤2 :将每个吸附单元中的四通电磁阀通电，将第一氮气分压的混合气体经过 热导池的参考壁后通入位于首位的吸附单元中；
[0023] 步骤3 :通过升降机构使液氮杯上升，使每个样品管在液氮的温度下吸附氮气，得 到一个叠加的吸附峰，当吸附达到饱和后，将每个四通电磁阀断电；
[0024] 步骤4 :通过升降机构下降位于首位的吸附单元中的液氮杯，并在下降液氮杯的 同时，将该吸附单元中的四通电磁阀通电，得到该样品管中样品的脱附峰，在脱附完成后， 将四通电磁阀断电；
[0025] 步骤5 :从首至尾依次下降每个吸附单元中的液氮杯，重复步骤4,直至每个样品 管中依次脱附完成，得到每个样品管中样品的脱附峰；
[0026] 步骤6 :根据每个样品管中样品的脱附峰，计算得到每个样品管中样品在这个氮 分压下的氮气吸附量；
[0027] 步骤7 :选择若干个BET比表面测试范围内的氮气分压，并重复步骤2至步骤5， 测得每个氮分压下每个样品管中样品的脱附峰，进而计算得到每个样品的多点BET比表面 值。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为本发明整体结构图；
[0029] 图2为本发明四通电磁阀气路连通图；
[0030] 图3为本发明双四通阀门气路连通图。
[0031] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0032] 1、四通电磁阀，2、样品管，3、液氮杯，4、热导池，5、定量氮气管路，6、吸附单元，7、 第一四通阀门，8、第二四通阀门。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0034] 如图1所示，为本发明整体结构图；图2为本发明四通电磁阀气路连通图；图3为 本发明双四通阀门气路连通图。
[0035] 实施例1
[0036] 一种多站串联动态氮吸附比表面仪，包括多个四通电磁阀1，多个U形的样品管2， 多个液氮杯3,热导池4和定量氮气管路5 ;
[0037] 每个四通电磁阀1分别与一个样品管2和液氮杯3组成一个吸附单元6,四通电磁 阀1的第三连接口和第四连接口分别与样品管2的两个连接端连接，样品管2的底部横边 浸于所述液氮杯3中；
[0038] 多个吸附单元6间串联连接，位于首端的吸附单元6中的四通电磁阀1的第一连 接口与热导池4的参考壁口连通，位于尾端的吸附单元6中的四通电磁阀1的第二连接口 经过定量氮气管路5与热导池4的测量臂口连通，位于首端和尾端之间的每两个相邻的吸 附单元6中的靠近首端的四通电磁阀1的第二连接口与靠近尾端的四通电磁阀1的第一连 接口连通；
[0039] 当四通电磁阀1断电时，每个四通电磁阀1的第一连接口与第二连接口连通，第三 连接口与第四连接口连通，每个样品管2自行封闭；当四通电磁阀1通电时，每个四通电磁 阀1的第一连接口与第四连接口连通，第三连接口与第二连接口连通，通过升降机构使液 氮杯3上升或下降，进行气体吸附或脱附，吸附和脱附后的气体进入热导池4。
[0040] 本多站串联动态氮吸附比表面仪可用直接对比法进行比表面测量，其测试流程 是：首先将每个电磁阀全部开启，各个样品管均被串联在测量气路中，管路中通入确定比例 的氦-氮混气，例如80%氦加20%氮（P/Po = 0. 2)，每个样品管下放置相应的液氮杯；第二 步，让各个液氮杯同时上升，这时每个样品都在液氮温度下同时吸附氮气，得到一个叠加的 吸附峰，当吸附达到饱和后，关闭所有阀门；第三步，按顺序下降第一个样品管（标准样品） 上的液氮杯，同时打开对应样品管的电磁阀，离开液氮杯的样品单独的进行脱附，得到该样 品的脱附峰，脱附完成后，立即关闭其电磁阀；第四步，同样方式进行下一个被测样品的脱 附测试，重复第三步骤，直至所有样品依次脱附完成，得到所有样品的脱附峰。在这种测量 方式中，第一个样品管中，装入某种已知比表面的标准样品，由于比表面的大小正比于脱附 峰的面积，因此用其他被测样品的脱附峰与标准样品的脱附峰对比，就可得到每个样品的 比表面值。
[0041] 实施例2
[0042] 实施例2与实施例1的区别在于：加入定量氮气管路5为双四通阀门组合形成的 气路。
[0043] 所述双四通阀门包括第一四通阀门7和第二四通阀门8,第一四通阀门7的第二 连接口与第二四通阀门8的第一连接口相连通，第一四通阀门7的第一连接口用于从外部 接入氮气，第一四通阀门7的第四连接口用于向外部排放气体，第二四通阀门8的第二连接 口与第一四通阀门7的第三连接口相连通，第二四通阀门8的第三连接口与第二四通阀门 8的第四连接口串接于测试气路中，并与热导池连通；
[0044] 当双四通阀门断电时，外部的氮气经第一四通阀门7的第一连接口、第一四通阀 门7的第二连接口、第二四通阀门8的第一连接口、第二四通阀门8的第二连接口、第一四 通阀门7的第三连接口和第一四通阀门7的第四连接口流入空气，其中第二四通阀门8的 第二连接口与第一四通阀门7的第三连接口之间的连接管路构成定量氮气管路5 ;
[0045] 当双四通阀门通电时，位于尾端的吸附单元6中的气体经由第二四通阀门8的第 三连接口、第二四通阀门8的第二连接口、第一四通阀门7的第三连接口、第一四通阀门7 的第二连接口、第二四通阀门8的第一连接端和第二四通阀门8的第四连接口流入热导池。
[0046] 这种多站串联比表面仪进行BET比表面测量的方法，包括以下步骤：
[0047] 步骤1 :选定氦气与氮气的比例，将该比例作为第一氮气分压；
[0048] 将每个吸附单元6中的四通电磁阀1通电，将第一氮气分压的混合气体经过热导 池4通入位于首位的吸附单元6中，并依次流经所有吸附单元；
[0049] 步骤2 :通过升降机构使液氮杯3上升，使每个样品管2在液氮的温度下吸附氮 气，得到一个叠加的吸附峰，当吸附达到饱和后，将每个四通电磁阀1断电；
[0050] 步骤3 :将定量氮气管路的双四通阀门通电，定量管路中充满的氮气被切换至测 试系统中，通过热导池后，得到一个定量氮气的"脱附峰"，这个峰的面积对应于定量管中氮 气的体积；
[0051] 步骤4 :通过升降机构下降位于首位的吸附单元6中的液氮杯3,并在下降液氮杯 3的同时，将该吸附单元6中的四通电磁阀1通电，得到该样品管2中样品的脱附峰，在脱附 完成后，将四通电磁阀1断电；
[0052] 步骤5 :从首至尾依次下降每个吸附单元6中的液氮杯3,重复步骤4,直至每个样 品管2中依次脱附完成，得到每个样品管2中样品的脱附峰；
[0053] 步骤6 :根据每个样品管2中样品的脱附峰与定量氮气的脱附峰对比，计算得到每 个样品管2中样品的氮气吸附量；
[0054] 步骤7 :选择若干个BET比表面测试范围内的氮气分压，并重复步骤2至步骤6,测 得每个氮分压下的定量体积峰，以及每个样品管2中样品的脱附峰，同时得到每个样品在 每个氮分压下的氮气吸附量，最终进行计算得到多个样品的多点BET比表面值。
[0055] 多站串联动态比表面仪用于BET比表面进行测量，其测试流程是：首先选定氦气 与氮气的比例，确定适当的氮气分压，然后进行该分压下的吸脱附测试，程序与上述完全相 同：第一步，将每个电磁阀全部开启，各个样品管被串联在测量气路中，管路中通入确定氮 分压的混气，例如90%氦加10%氮（P/Po = 0. 1)，每个样品管下放置相应的液氮杯；第二 步，让各个液氮杯同时上升时，这时每个样品都在液氮温度下同时吸附氮气，吸附达到饱和 后，关闭所有阀门；第三步，切入定量标定气体，得到标定峰；第四步，按顺序逐一下降被测 样品的液氮杯，同时打开对应样品管的电磁阀，每一个样品单独的进行脱附，分别得到每个 样品的脱附峰，每个样品脱附完成后，立即关闭对应的电磁阀，同样方式进行下一个样品的 测试，直至所有样品在这一氮气分压下的脱附全部完成；第五步，选择下一个氮气分压，例 如P/Po = 0. 2,重复上述第二到第四步骤，进行上述的每个样品的吸、脱附测试；按照BET 比表面的测试要求，在氮分压0. 05-0. 35的范围中，选择3-5个分压，例如0. 1、0. 15、0. 2、 0. 25、0. 3测定每个分压下的每个样品的脱附峰，然后对测试数据进行处理，即可同时得到 多个样品的多点BET比表面值。
[0056] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种多站串联动态氮吸附比表面仪，其特征在于：包括多个四通电磁阀（1)，多个u 形的样品管（2)，多个液氮杯（3)，热导池（4)和定量氮气管路（5); 每个四通电磁阀⑴分别与一个样品管⑵和液氮杯（3)组成一个吸附单元（6)，四 通电磁阀（1)的第三连接口和第四连接口分别与样品管（2)的两个连接端连接，样品管（2) 的底部横边浸于所述液氮杯（3)中； 多个吸附单元（6)间串联连接，位于首端的吸附单元（6)中的四通电磁阀（1)的第一 连接口与热导池（4)的参考壁口连通，位于尾端的吸附单元（6)中的四通电磁阀（1)的第 二连接口经过定量氮气管路（5)与热导池（4)的测量臂口连通，位于首端和尾端之间的每 两个相邻的吸附单元（6)中的靠近首端的四通电磁阀（1)的第二连接口与靠近尾端的四通 电磁阀（1)的第一连接口连通； 当四通电磁阀（1)断电时，每个四通电磁阀（1)的第一连接口与第二连接口连通，第三 连接口与第四连接口连通，每个样品管（2)自行封闭；当四通电磁阀（1)通电时，每个四通 电磁阀（1)的第一连接口与第四连接口连通，第三连接口与第二连接口连通，通过升降机 构使液氮杯（3)上升或下降，进行气体吸附或脱附，吸附和脱附后的气体进入热导池（4)。
2. 根据权利要求1所述的比表面仪，其特征在于：所述定量氮气管路（5)为双四通阀 门组合形成的气路。
3. 根据权利要求2所述的比表面仪，其特征在于：所述双四通阀门包括第一四通阀门 (7)和第二四通阀门（8)，第一四通阀门（7)的第二连接口与第二四通阀门（8)的第一连接 口相连通，第一四通阀门（7)的第一连接口用于从外部接入氮气，第一四通阀门（7)的第四 连接口用于向外部排放气体，第二四通阀门（8)的第二连接口与第一四通阀门（7)的第三 连接口相连通，第二四通阀门（8)的第三连接口与第二四通阀门（8)的第四连接口串接于 测试气路中，并与热导池连通； 当双四通阀门断电时，外部的氮气经第一四通阀门（7)的第一连接口、第一四通阀门 (7)的第二连接口、第二四通阀门（8)的第一连接口、第二四通阀门（8)的第二连接口、第 一四通阀门（7)的第三连接口和第一四通阀门（7)的第四连接口流入空气，其中第二四通 阀门（8)的第二连接口与第一四通阀门（7)的第三连接口之间的连接管路构成定量氮气管 路（5); 当双四通阀门通电时，位于尾端的吸附单元（6)中的气体经由第二四通阀门（8)的第 三连接口、第二四通阀门（8)的第二连接口、第一四通阀门（7)的第三连接口、第一四通阀 门（7)的第二连接口、第二四通阀门（8)的第一连接端和第二四通阀门（8)的第四连接口 流入热导池。
4. 一种利用多站串联动态氮吸附比表面仪进行比表面测量的方法，其特征在于，包括 以下步骤： 步骤1 :将每个吸附单元中的四通电磁阀通电，将混合气体经过热导池的参考壁后逐 一流经每一个吸附单元； 步骤2:通过升降机构使液氮杯上升，此时每个样品管中的样品在液氮的温度下吸附 氮气，经过热导池的测量臂后，得到一个叠加的吸附峰，当吸附达到饱和后，将每个四通电 磁阀断电； 步骤3 :通过升降机构下降位于首位的吸附单元中的液氮杯，并在下降液氮杯的同时， 将该吸附单元中的四通电磁阀通电，得到该样品管中样品的脱附峰，在脱附完成后，将四通 电磁阀断电，此时，其他样品管处于自封闭状态； 步骤4:从首至尾依次下降每个吸附单元中的液氮杯，重复步骤3,直至每个样品管中 依次脱附完成，得到每个样品管中样品的脱附峰； 步骤5 :根据每个样品管中样品的脱附峰，计算得到每个样品管中样品的比表面值。
5. -种利用多站串联动态氮吸附比表面仪进行BET比表面测量的方法，其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1 :选定氦气与氮气的比例，将该比例作为第一氮气分压； 步骤2:将每个吸附单元中的四通电磁阀通电，将第一氮气分压的混合气体经过热导 池的参考壁后通入位于首位的吸附单元中； 步骤3 :通过升降机构使液氮杯上升，使每个样品管在液氮的温度下吸附氮气，得到一 个叠加的吸附峰，当吸附达到饱和后，将每个四通电磁阀断电； 步骤4:通过升降机构下降位于首位的吸附单元中的液氮杯，并在下降液氮杯的同时， 将该吸附单元中的四通电磁阀通电，得到该样品管中样品的脱附峰，在脱附完成后，将四通 电磁阀断电； 步骤5:从首至尾依次下降每个吸附单元中的液氮杯，重复步骤4,直至每个样品管中 依次脱附完成，得到每个样品管中样品的脱附峰； 步骤6 :根据每个样品管中样品的脱附峰，计算得到每个样品管中样品在这个氮分压 下的氮气吸附量； 步骤7 :选择若干个BET比表面测试范围内的氮气分压，并重复步骤2至步骤5,测得每 个氮分压下每个样品管中样品的脱附峰，进而计算得到每个样品的多点BET比表面值。
【文档编号】G01N30/00GK104122337SQ201410320453
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】钟家湘 申请人:北京精微高博科学技术有限公司