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,液氮恒溫浴和儲氣罐。由他們構(gòu)成溫控單元、測壓單元、真空系統(tǒng)、樣品管、貯氣器及歧管系統(tǒng)。來自貯氣器的吸附質(zhì)氣進入樣品管和平衡管,樣品管側(cè)的樣品壓力傳感器對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)測兩貯氣器之間壓力,并判定樣品吸附的氣體量。此吸附量實際上經(jīng)測量的壓力值與包括歧管在內(nèi)的死空間體積計算得到。
由于物理吸附分析系統(tǒng)測定的基礎(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)定一個量值,而測定另一個量值。這樣,就產(chǎn)生了兩種進氣模式:
(1)定投氣量模式(設(shè)定縱坐標,測量橫坐標):
由儀器采集壓力信息的方法稱之為“定投氣量方式”。該方法對于儀器硬件及固件設(shè)計的要求較低,是各個生產(chǎn)廠家廣泛使用的方法。該方法的一個亮點是可以擴展進行吸附動力學的相關(guān)研究以及低溫反應(yīng)的相關(guān)研究,但對于常規(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節(jié)豐富,但是卻與實驗所花時間呈反比。如果投氣量設(shè)置偏大,等溫線上的部分信息就會丟失。投氣量設(shè)置偏大,可以縮短測試時間,但并沒有達到真正的吸附平衡,造成吸附等溫線向右“漂移”,導致微孔分析的誤差。
IUPAC在2015年的報告中指出:太短的平衡時間會導致未平衡的數(shù)據(jù)生成,等溫吸附線移向過高的相對壓力。因為在窄微孔中的平衡往往是非常慢的,未平衡往往是在等溫線的極低相對壓力區(qū)域內(nèi)容易發(fā)生的問題
(2)定壓力方式(設(shè)定橫坐標,測量縱坐標):
由儀器采集并計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)點是:由儀器內(nèi)置程序計算各定義壓力下的吸附量,這種方法對于吸附量未知的樣品可以既快又準地得到吸附等溫線,尤其對于未知的微孔樣品。
快速、準確地測量與數(shù)據(jù)的準確性同樣具有重要實踐意義。但是,定壓力方式對內(nèi)置程序設(shè)計要求*,尤其是對于微孔定壓力測量(實驗起始相對壓力需達到10-7~10-5量級),必須同時考慮飽和蒸汽壓、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)計很容易導致等溫線測量的偏差。