这些方法包括气体吸附法、压汞法、电子显微镜法（SEM 或TEM）、小角X 光散射（SAXS）和小角中子散射（SANS）等。2010 年，美国分散技术公司（DT）和美国康塔仪器公司还联合开发了电声电振法，比利时Occhio 公司开发了图像法大孔分析技术。总体来说，每种方法都在孔径分析方面有其应用的局限性。

纵观各种孔径表征的不同方法，气体吸附法是最普遍的方法，因为其孔径测量范围从0.35nm到100nm 以上，涵盖了全部微孔和介孔，甚至延伸到大孔。另外，气体吸附技术相对于其它方法，容易操作，成本较低。如果气体吸附法结合压汞法，则孔径分析范围就可以覆盖从大约0.35nm 到1mm 的范围。气体吸附法也是测量所有表面的最佳方法, 包括不规则的表面和开孔内部的面积。

13. 什么是吸附？它与吸收有什么区别？

固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚集，以求降低表面能的趋势。这种固体表面的气体或液体的浓度高于其本体浓度的现象，称为固体的表面吸（adsorption）。整个固体表面吸附周围气体分子的过程称为气体吸附。事实证明，监测气体吸附过程能够得到丰富的关于固体特征的有用信息。

当吸附物质分子穿透表面层，进入松散固体的结构中，这个过程叫吸收（absorption）。有时，区分吸附和吸收之间的差别是困难的，甚至是不可能的，这样，更方便或更广泛使用的术语吸着（sorption）就包含了吸附和吸收这两种现象，以及由此导出的术语：吸着剂（sorbent），吸着物（sorbate）和吸着物质或吸着性（sorptive）。

当吸附（adsorption）用于表示过程时，其对应的的逆过程是脱附（解吸，desorption）。在脱附过程中，由于分子热运动，能量大的分子可以挣脱掉束缚力而脱离表面，吸附量逐渐减小。名词“吸附”和“脱附”后来作为形容词，表示用实验测定吸附量的走向研究，即吸附曲线（或点）或脱附曲线（或点）。当吸附曲线和脱附曲线不重合时，会产生吸附回滞（Adsorption hysteresis）。

14. 吸附的本质是什么？

一切物质都是由分子组成的，而原子构成了分子的基础。气态的原子和分子可以自由地运动。相反，固态时原子由于相邻原子间的静电引力而处于固定的位置。但固体最外层（或表面）的原子比内层原子周围具有更少的相邻原子。这种最外层原子的受力失衡导致了表面能的产生。固体表面上的原子与液体一样，受力都是不均匀的，但是它不像液体表面分子可以移动，而是定位的。因此，大多数固体比液体具有更高的表面能。为了弥补这种静电引力不平衡，表面原子就会吸附周围空气中的气体分子。

当一个颗粒被切割成超细粉体时，因表面积迅速增加，而导致极高的表面能，从而导致颗粒间（固-固作用）发生团聚或聚集以降低表面能。

15. 什么是吸附剂、吸附质、吸附物质和吸附空间？

在一般情况下，吸附被定义为在一个界面的附近富集分子，原子或离子的现象。在气/固系统的情况下，吸附发生在邻近固体表面的结构上。发生吸附的固体材料称为吸附剂（adsorbent）；处于被吸附状态的物质称为吸附质（adsorbate）；处于流动相中，但与吸附质组成相同的物质称为（被）吸附物质（adsorptive）。吸附空间是指由吸附质所占空间。吸附过程是物理吸附或化学吸附。

吸附系统是由三个区域组成的：固体，气体和吸附空间（例如，吸附层）。吸附空间的内容量就是吸附量（the amount adsorbed）。吸附量依赖于体积、质量和吸附空间。

16. 什么是物理吸附和化学吸附？

气体分子在固体表面的吸附机理极为复杂，其中包含物理吸附和化学吸附。

由分子间作用力（范德华力）产生的吸附称为物理吸附。物理吸附是一个普遍的现象，它存在于被带入并接触吸附气体（吸附物质）的固体（吸附剂）表面。所涉及的分子间作用力都是相同类型的，例如能导致实际气体的缺陷和蒸汽的凝聚。除了吸引色散力和近距离的排斥力外，由于吸附剂和吸附物质的特定几何形状和外层电子性质，通常还会发生特定分子间的相互作用（例如，极化、场-偶极、场梯度的四极矩）。

任何分子间都有作用力，所以物理吸附无选择性，活化能小，吸附易，脱附也容易。它可以是单分子层吸附和多分子层吸附。

由分子间形成化学键而产生的吸附称为化学吸附；它有选择性，活化能大，吸附难，脱附也难，往往需要较高的温度。化学吸附一定是单分子层吸附。

实际吸附可能同时存在物理吸附与化学吸附；先物理吸附后再化学吸附。吸附量可以用标准大气压下单位质量的样品（吸附剂）上吸附物质（吸附质）的体积量度，可以用ml/g 或 cc/g@STP表示。

在低温下以发生物理吸附为主, 而可能的化学吸附发生在高温下(发生了特异性反应).全过程涉及高真空,低温,高温,高精度真空量度,阀门按事先设定的程序自动开关等问题。

17. 介孔材料的物理吸附过程是怎样的？

根据IUPAC 于2015 年发布的报告，发生在介孔材料上的物理吸附都有以下三个左右的不同阶段：

1) 单分子层吸附（monolayermultilayer）：所有的被吸附分子都与吸附剂的表面层接触。

2) 多层吸附（multilayeradsorption）：吸附空间容纳了一层以上的分子，使得并非所有的吸附分子都与吸附剂表面直接接触。在介孔中，多层吸附后紧跟着会发生在孔道中的凝聚。

3) 毛细管（或孔）凝聚现象（Capillary(orpore)condensation）：即一种气体在压力p 小于其饱和压力p0 的情况下，在孔道中冷凝成液体状的相态。毛细管凝聚反映了在一个有限的体积系统中发生的气-液相变。术语“毛细管（或孔）凝聚”不能用于描述微孔填充过程，因为在微孔中不涉及气-液之间的相变。

18. 什么是气体吸附等温线？

如果绝对温度，压力和气体（吸附质）和表面（吸附剂）的作用能不变，则在一个特定表面的吸附量是不变的。因为固体表面对气体的吸附量是温度、压力和亲和力或作用能的函数，所以我们在恒定温度下，就可以用平衡压力对单位重量吸附剂的吸附量作图。这种在恒定温度下，吸附量对压力变化的曲线就是特定气-固界面的吸附等温线。

19. 如何利用气体吸附原理分析比表面？

固体多孔材料的单位重量的表面积（即比表面积）是重要的物理参数。真实表面包括不规则的表面和孔的内部表面。它们的面积无法从颗粒大小的信息中计算出来，但却可以通过在原子水平上吸附某种不活动的或惰性气体来确定。气体的吸附量，不仅仅是暴露表面总量的函数，还是 (i) 温度，(ii) 气体压力，以及 (iii) 气体和固体之间发生反应强度的函数。因为多数气体和固体之间相互作用微弱，为使其发生相当的吸附，使其吸附量足以覆盖整个表面，必须将表面充分冷却到气体的沸点温度。随着气体压力的提高，表面吸附量会以一种非线型方式增加。但是，当气体以一个原子厚度全部覆盖表面后（单分子层气体），对冷气体的吸附并没有停止！随着相对压力的提高，超量的气体被吸附从而构成“多分子层”，进而可能进一步液化而填满整个孔道。

为了达到上述目的，首先要把样品进行真空脱气，对样品表面进行清洁；如果用氮气作为分子探针（尺子），需要随后将样品连同样品管称重后放入液氮中（-273℃），有控制地通入已由压力传感器计量的氮气，记录样品的吸附量。该过程相当复杂和漫长。在取得不同压力下样品饱和吸附量的数据后，再通过由样品性质决定的经验公式(模型)计算出所需要的结果。

打一个不完全恰当的比方：要测量一间屋子的面积，但是除了有许多篮球并没有合适的尺子，而篮球的直径和截面积是已知的。于是，在测量屋子的面积之前，首先要将屋子中放置的家具搬出去，然后往屋里扔篮球，扔进来的数目是可以控制并计算出来的，等篮球铺满了屋子，我们将篮球的截面积乘以扔进来的篮球数就能估算出该房间的面积。同理，接着扔篮球，直至这个房间都被篮球充满直到房顶，我们就能推断出这个房间的空间大小。物理吸附仪就是为了实现这整个过程而设计的。

20. 物理吸附分析仪（比表面和孔隙度分析仪）的工作原理是什么？

由于没有工具对比表面进行直接测量，人们就根据物理吸附的特点，以已知分子截面积的气体分子作为探针，创造一定条件，使气体分子覆盖于被测样品的整个表面（吸附），通过被吸附的分子数目乘以分子截面积即认为是样品的比表面积。比表面积的测量包括能够到达表面的全部气体，无论外部还是内部。物理吸附一般是弱的可逆吸附，因此固体必须被冷却到气体的沸点温度，并且选择一种理论方法从单分子覆盖中计算表面积。

比表面和孔隙度分析仪器就是创造相应的条件，实现复杂计算的这样一种仪器。

经典专著推荐：《Adsorption by Powders and Porous Solids-Principles, Methodology and Applications》

本文整理自最新出版的物理吸附基本知识的普及性读物《物理吸附100问》，由吸附领域专家杨正红编著。

本文来源：整理自最新出版的物理吸附基本知识的普及性读物《物理吸附100问》，由吸附领域专家杨正红编著。仅用于学术分享

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