物理吸附儀的基本單元器件是壓力傳感器以及用以真空、吸附質(zhì)氣和隔離樣品的閥,樣品管,液氮恒溫浴和儲(chǔ)氣罐。由他們構(gòu)成溫控單元、測(cè)壓?jiǎn)卧⒄婵障到y(tǒng)、樣品管、貯氣器及歧管系統(tǒng)。來自貯氣器的吸附質(zhì)氣進(jìn)入樣品管和平衡管,樣品管側(cè)的樣品壓力傳感器對(duì)因樣品吸附氣體引起的樣品管中壓力下降感應(yīng),并引發(fā)伺服閥開閉以維持恒壓,位于樣品管和平衡管之間的傳感器檢測(cè)兩管之間的壓力差,并觸發(fā)另一伺服去平衡兩管壓力。通過壓力傳感器監(jiān)測(cè)兩貯氣器之間壓力,并判定樣品吸附的氣體量。此吸附量實(shí)際上經(jīng)測(cè)量的壓力值與包括歧管在內(nèi)的死空間體積計(jì)算得到。
由于物理吸附分析系統(tǒng)測(cè)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是平衡吸附量與壓力的關(guān)系,因此我們必須設(shè)定一個(gè)量值,而測(cè)定另一個(gè)量值。這樣,就產(chǎn)生了兩種進(jìn)氣模式:
(1)定投氣量模式(設(shè)定縱坐標(biāo),測(cè)量橫坐標(biāo)):
由儀器采集壓力信息的方法稱之為“定投氣量方式”。該方法對(duì)于儀器硬件及固件設(shè)計(jì)的要求較低,是各個(gè)生產(chǎn)廠家廣泛使用的方法。該方法的一個(gè)亮點(diǎn)是可以擴(kuò)展進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究以及低溫反應(yīng)的相關(guān)研究,但對(duì)于常規(guī)的微孔孔徑分布分析,定投氣量方式存在如下不確定性:
如果投氣量設(shè)置過小,得到的等溫線固然細(xì)節(jié)豐富,但是卻與實(shí)驗(yàn)所花時(shí)間呈反比。如果投氣量設(shè)置偏大,等溫線上的部分信息就會(huì)丟失。投氣量設(shè)置偏大,可以縮短測(cè)試時(shí)間,但并沒有達(dá)到真正的吸附平衡,造成吸附等溫線向右“漂移”,導(dǎo)致微孔分析的誤差。
IUPAC在2015年的報(bào)告中指出:太短的平衡時(shí)間會(huì)導(dǎo)致未平衡的數(shù)據(jù)生成,等溫吸附線移向過高的相對(duì)壓力。因?yàn)樵谡⒖字械钠胶馔欠浅B?,未平衡往往是在等溫線的極低相對(duì)壓力區(qū)域內(nèi)容易發(fā)生的問題
(2)定壓力方式(設(shè)定橫坐標(biāo),測(cè)量縱坐標(biāo)):
由儀器采集并計(jì)算飽和吸附量的方法稱之為“定壓力方式”,該方法zui大的優(yōu)點(diǎn)是:由儀器內(nèi)置程序計(jì)算各定義壓力下的吸附量,這種方法對(duì)于吸附量未知的樣品可以既快又準(zhǔn)地得到吸附等溫線,尤其對(duì)于未知的微孔樣品。
快速、準(zhǔn)確地測(cè)量與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性同樣具有重要實(shí)踐意義。但是,定壓力方式對(duì)內(nèi)置程序設(shè)計(jì)要求*,尤其是對(duì)于微孔定壓力測(cè)量(實(shí)驗(yàn)起始相對(duì)壓力需達(dá)到10-7~10-5量級(jí)),必須同時(shí)考慮飽和蒸汽壓、系統(tǒng)體積、樣品量等信息,具有其復(fù)雜性。不正確的“定壓力方式”宏命令編程設(shè)計(jì)很容易導(dǎo)致等溫線測(cè)量的偏差。