粒度吸附

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 仪器信息网讯 /strong 在2018年2018年10月17日-10月19日，第十六届中国国际粉体加工/散料输送展览会（IPB2018）上，麦奇克拜尔携两款重量级产品亮相，一款是比表面和孔隙分析仪BELSORP-max II（下简称max II），另外一款是激光粒度粒形分析仪Sync（下简称Sync）。展会上，麦奇克拜尔的中国代理商，大昌华嘉销售经理严秀英接受了仪器信息网的采访。 /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/574b39fc-032b-4a6b-a9bb-9aa4b81ffeaf.jpg" title=" 图片5.jpg" alt=" 图片5.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 麦奇克销售经理严秀英 /strong /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/053c7e83-d13f-4d7e-b034-3166adef0b99.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 激光粒度粒形分析仪Sync /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " Sync是2018年3月21日刚刚才中国隆重首发的新产品，自上市以来销售成绩可圈可点，在2018上半年，仅环境监测总站一家单位就采购了6台sync仪器。该仪器采用动态光散射技术原理，测量范围可达0.01-4000um，量程广阔，准确性为0.6%，重现性为0.5%，同时支持干法分散和湿法分散，几项重要指标都性能良好。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 严秀英告诉笔者，Sync最大的亮点就是可在同一仪器，同一样品，一次进样，同一样品池，一次测量，同时得到粒径粒形结果。而其粒形检测技术结合了挪威AnaTec公司的研发成果和丰富经验。“AnaTec从1985年就开始研发出第一台动态图像分析仪，拥有30余年的经验。2013年，该公司被麦奇克收购，老板本身也加盟了麦奇克公司，成为了我们的粒度粒形专家。因此Sync的粒形分析能力值得信赖。”严秀英说。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 另外，Sync另一个突出特点，就是其激光衍射法测量和动态图像法检测是在仪器中智能化自动切换，同步轮流进行的，因此既有激光衍射法的测试数据又有动态图像法的测试数据，并且检测速度很快，该仪器在进样后，只需要10-30秒的测量时间，就可以同时得到粒度、粒度分布和各项粒形结果分析。该仪器在高校科研院所、3D打印、电池、化妆品、油墨、制药、环境等行业有着广泛的应用。 /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/d9f49f8c-7790-4860-b752-9fb368143614.jpg" title=" 3.jpg" alt=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong BELSORP-max II比表面和孔隙分析仪 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 另一款亮相IPB的仪器是max II。“我们的max II是吸附仪中的战斗机，很受市场的欢迎。”严秀英自信地说，该仪器比表面积测量范围为0.0005m2/g-无上限，孔径分析范围为0.35nm-500nm。绝大部分有机溶剂的蒸汽吸附和水蒸气吸附可升级到高压吸附系统，最高压力1MPa。相比于前代产品max，max II新增了一个分析站，可支持4站分析，并配有0.1torr的传感器，测试速度也提高了约1/3。另外，max II还采用了内部独有的保温技术。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 据严秀英介绍，max II相比与市面上的其他仪器，主要有以下几方面的优势，一个是仪器采用静态容量法蒸汽吸附原理，这是麦奇克拜尔吸附仪最大的特色，max II可以做有机蒸汽吸附、水蒸气吸附、甲苯吸附等等，能够满足个性化科研工作的需要；其二具有出色的内部温控系统，控温最高可达80摄氏度左右。除此之外，可以与核磁共振、质谱、XRD等多种仪器联用，满足一条龙式科研表征的要求。最后，该仪器还采用气动阀进行密封，密封性优良，保证了测量下限的准确性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 正因为具有这样的特点，max II的用户群体主要集中在高校/科研院所，在MOF、催化剂、石化系统等方面都有广泛应用，在已购用户名单中清，也不乏清华大学、南京大学、中山大学，南京工业大学、苏州大学等重磅客户。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 麦奇克针对粒度仪和吸附仪，布置了10多人的售后服务团队，在北京、上海、广州、成都、西安等地都设有售后中心，在北京和上海还设立了为用户提供免费支持的应用技术支持中心。“这几天在IPB展会上，已经有很多用户主动提出来想用我们的仪器进行试样检测，进一步交流对接，我们有信心在粒度仪和比表面领域获取更大的市场份额。”严秀英说。 /p

比表面和孔隙度是确定材料质量和性质的两个重要参数，作为世界上第一家将自动表面分析仪、压汞仪投放市场的公司，美国麦克仪器一直致力于为颗粒表征行业提供更高效、更准确的气体吸附分析仪。如何用气体吸附法获得需求的实验结果？从实验报告你能得到什么？如何确定分析条件？2012年3月13日，麦克默瑞提克（上海）仪器有限公司&ldquo 颗粒表征技术-气体吸附法&rdquo 技术研讨会将为您解答。 麦克默瑞提克（上海）仪器有限公司应用部经理钟华博士将为你解读气体吸附技术的最新研究成果，和您交流比表面分析技术的宝贵经验，更有最新推出交互式分析软件MicroActive和大家分享。欢迎各位莅临指导。 日期：3月13日 时间：下午2：00 重点讲解：ASAP 2020 地点:中山大学材料科学研究所会议室（广州市新港西路135号材料科学研究所会议室） 厂家简介： 美国麦克仪器公司是世界上第一家将自动表面积分析仪、压汞仪以及沉降式粒度分析仪投放市场的公司。自1962年成立以来，美国麦克仪器公司因其在比表面积与孔隙度分析、压汞分析技术、沉降式粒度表征、各种密度测试，化学吸附分析与微型催化反应研究众多领域技术研究的前沿性及创新性，始终保持着细微颗粒分析仪器领域的世界领先地位。

在气体吸附实验中，一定重量的粉体材料在样品管中通过真空或惰性气体净化加热和脱气以去除吸附的外来分子后，在超低温下被抽至真空，然后引入设定剂量的吸附气体，达到平衡后测量系统中的压力，然后根据气体方程计算出所吸附的量。这个加气过程反复进行直至达到实验所预定最高压力，每一个压力以及单位样品重量所吸附的气体量为一数据点，最后以相对压力（试验压力P与饱和蒸汽压Po之比）对吸附量作图得到吸附等温线。然后从到达最高压力后抽出一定量的气体，达到平衡后测量压力，直到一定的真空度，以同样方法做图，得到脱附等温线。实验的相对压力范围P/Po可从10-8或更高的真空度至1，根据吸附分子的面积σ，使用不同的吸附模型，例如Langmuir或BET公式，即可算出材料的比表面积。然而，从气体吸附得出材料的孔径分布就不那么简单了。当代颗粒表征技术可分为群体法与非群体法。在非群体法中，与某个物理特性有关的测量信号来自于与此物理特性有关的单个“个体”。例如用库尔特计数仪测量颗粒体积时，信号来自于通过小孔的单一颗粒；用显微镜测量膜上的孔径时，测量的数据来自于视场中众多的单个孔。由于这些物理特性源自于单个个体，最后的统计数据具有最高的分辨率，从测量信号（数据）得出物理特性值的过程不存在模型拟合；知道校正常数后，一般有一一对应关系。而在群体法中，测量信号往往来自于众多源。例如用激光粒度法测量颗粒粒度，某一角度测到的散射光来自于光束中所有颗粒在该角度的散射；用气体吸附法表征粉体表面与孔径时，所测到的吸附等温线与样品中所有颗粒的各类孔有关。群体法由此一般需要通过设立模型来得到所测的物理特性值及其分布。群体法表征技术得到的结果除了与数据的质量（所含噪声、精确度等）外，还与模型的正确性、与实际样品的吻合性以及从此模型得到结果的过程有关。几十年前，当计算能力很弱时，或采用某一已知的双参数分布函数（往往其中一个参数与分布的平均值有关，另一个参数与分布的宽度有关），或通过理论分析，建立一个多参数方程，然后调整参数拟合实验数据来得到结果（粒径分布或孔径分布），而不管（或无法验证）此分布是否符合实际。在粒度测量中，常用的有对数正态分布函数、Rosin-Rammler-Sperling-Bennet（RRSB）分布函数、Schulz-Zimm（SZ）分布函数等；在孔径分布中，常用的有Barrett-Joyner-Halenda（BJH）方法，Dubinin-Radushkevich（DR）方法、Dubinin-Astakhov（DA）方法、Horwath-Kawazoe（HK）方法等。随着计算能力的提高，函数拟合过程在群体法粒径测量中已基本被淘汰，而是被基于某一模型的矩阵反演所代替。在激光粒度法中，这个进步能实现的主要原因是球体模型（一百多年前就提出的Mie光散射理论或更为简单的，应用于大颗粒的Fraunhofer圆盘衍射理论）相当成熟，也能代表很多实际样品，除了长宽比很大的非球状颗粒以外。在孔径分析中，尽管函数拟合还是很多商用气体吸附仪器采用的分析方法，但矩阵反演法随着计算机能力的提高，以及基于密度函数理论（DFT）的孔径模型的不断建立与反演过程的不断完善而越来越普及，结果也越来越多地被使用者所接受。在孔径测量方面的DFT一般理论源自于1985年一篇有关刚性球与壁作用的论文[ⅰ]。基于气体吸附数据使用DFT求解孔径分布的实际应用开始于1989年的一篇论文[ⅱ]，此论文摘要声称：“开发了一种新的分析方法，用于通过氮吸附测量测定多孔碳的孔径分布。该方法基于氮在多孔碳中吸附的分子模型，首次允许使用单一分析方法在微孔和介孔尺寸范围内确定孔径的分布。除碳外，该方法也适用于二氧化硅和氧化铝等一系列吸附剂。” 该方法从吸附质与气体的物理作用力出发，根据线性Fredholm第一类积分方程从实验等温线数据直接进行矩阵反演的方法算出孔径分布。所建立的密度函数理论针对狭窄孔中的流体结构，以流体-流体之间和流体-固体之间相互作用的分子间势能为基础，对特定孔径与形态的空隙计算气态或液态流体密度在一定压力下作为离孔壁距离的函数，对不同孔径的孔进行类似计算，得出一系列特定压力特定孔径下单位孔容的吸附量。基于这个模型，可以计算某个孔径分布在不同压力下的理论吸附等温线，然后通过矩阵反演过程，以非负最小二乘法拟合实际测量得到的等温线，从而计算出孔径分布的离散数据点。上述文章所用的模型是较简单的均匀、定域的、两端开口的无限长狭缝。自此，随着计算机能力的不断提高，30多年来这些模型的不断复杂化使得模型与实际孔的状况更加接近：从定域到非定域，从一维到二维，从均匀孔壁到非均匀孔壁；孔的形状从狭缝、有限圆盘、圆柱状、窗状，到两种形状共存；从较窄的孔径范围到涵盖微孔与介孔范围，从通孔到盲孔；吸附气体从氮气、氩气、氢气、氧气、二氧化碳，到其他气体；吸附壁从炭黑、纳米碳管、分子筛，到二氧化硅及其他材料[ⅲ]；总的模型种类已达四、五十种。矩阵反演的算法也越来越多、越来越完善，同时采用了很多在光散射实验数据矩阵反演中应用的技巧，如正则化、平滑位移等。当前，于谷歌学者搜索“DFT adsorption”，论文数量则高达56万篇，其中包含各类专著与综述文章 [ⅳ] 。相信随着计算技术的不断发展与计算速度的不断提高，DFT在处理气体吸附数据中的应用一定会如光散射实验数据处理一样取代函数拟合法，成为计算粉体材料孔径分布的标准方法。而商用仪器的先进性，也必然会从传统的硬件指标如真空度、测量站、测量时间与参数，过渡到重点衡量经过其他方法核实验证的DFT模型的种类以及矩阵反演算法的稳定性与正确性。参考文献【i】Tarazona, P., Free-energy Density Functional for Hard Spheres, Phys Rev A, 1985, 31, 2672 –2679.【ⅱ】Seaton, N.A., Walton, J.P.R.B., Quirke, N., A New Analysis Method for the Determination of the Pore Size Distribution of Porous Carbons from Nitrogen Adsorption Measurements, Carbon, 1989, 27(6), 853-861.【iii】Jagiello, J., Kenvin, J., NLDFT adsorption models for zeolite porosity analysis with particular focus on ultra-microporous zeolites using O2 and H2, J Colloid Interf Sci, 2022, 625, 178-186.【iv】 Shi, K., Santiso, E.E., Gubbins, K.E., Current Advances in Characterization of Nano-porous Materials: Pore Size Distribution and Surface Area, In Porous Materials: Theory and Its Application for Environmental Remediation, Eds. Moreno-Piraján, J.C., Giraldo-Gutierrez, L., Gómez-Granados, F., Springer International Publishing, 2021, pp 315– 340.作者简介许人良，国际标委会颗粒表征专家。1980年代前往美国就学，受教于20世纪物理化学大师彼得德拜的关门弟子、光散射巨擘朱鹏年和国际荧光物理化学权威魏尼克的门下，获博士及MBA学位。曾在多家跨国企业内任研发与管理等职位，包括美国贝克曼库尔特仪器公司颗粒部全球技术总监，英国马尔文仪器公司亚太区技术总监，美国麦克仪器公司中国区总经理，资深首席科学家。也曾任中国数所大学的兼职教授。 国际标准化组织资深专家与召集人，执笔与主持过多个颗粒表征国际标准 美国标准测试材料学会与化学学会的获奖者 中国颗粒学会高级理事，颗粒测试专业委员会常务理事 中国3个全国专业标准化技术委员会的委员 与中国颗粒学会共同主持设立了《麦克仪器-中国颗粒学报最佳论文奖》浸淫颗粒表征近半个世纪，除去70多篇专业学术论文、SCI援引近5000、数个美国专利之外，著有400页业内经典英文专著《Particle Characterization： Light Scattering Methods》，以及近期由化学工业出版社出版的《颗粒表征的光学技术及其应用》。扫码购买《颗粒表征的光学技术及其应用》