氣體吸附法（BET法）是在朗格繆爾（Langnuir）的單分子層吸附理論的基礎上，由Brunauer、Emmett和Teller等三人進行推廣，從而得出的多分子層吸附理論（BET理論）方法，因此又稱BET法。其中常用的吸附質為氮氣，對於很小的表面積也用氪氣。在液氮或液態空氣的低溫條件下進行吸附，可以避免化學吸附的干擾。
基本介紹
- 中文名：氣體吸附法
- 外文名：gas absorption operation
- 簡稱：BET法
- 建設基礎：朗格繆爾理論
- 吸附劑：氮氣、氪氣等
- 套用：測量比表面積
簡介,吸附,BET容量氣體吸附法,測試裝置,實驗儀器,測試步驟,套用,
簡介
氣體吸附法主要是利用毛細凝聚現象和體積等效代換的原理，在假設孔的形狀為圓柱形管狀的前提下，建立毛細凝聚模型，進而估算岩石的孔徑分布特徵及孔體積。通過測量樣品在不同壓力條件下（壓力P與飽和壓力P0）的凝聚氣量，繪製出其等溫吸附和脫附曲線，通過不同理論方法可得出其孔容積和孔徑分布曲線。氣體吸附法根據所測孔徑範圍的不同又可分為氮氣吸附和二氧化碳吸附兩種方法，前者主要用來測試2～50nm的中孔和100nm以上的大孔；而後者由於二氧化碳在實驗條件下比氮氣擴散速度更欠，更易達到飽和吸附，主要用來測試小於2nm的微孔孔隙結構。
針對不同研究目的，設計了兩組泥頁岩孔隙結構的測試，一組採用氮氣吸附法測試了延長組長7和長9共14個全岩樣的孔隙結構，與泥頁岩岩石礦物成分分析、熱解和吸附能力測試等相配套。該試驗在中國科學院廣州地球化學研究所完成，主要目的是測試微孔比表面積和中孔-大孔（1.74～300nm）的孔隙結構參數。與壓汞測試相配套，另一組樣品也是把粉砂岩紋層從頁岩中分離（樣品為取自YY7井張家灘頁岩段3個深度的岩心樣品），把粉砂質紋層和頁岩粉碎到粒度小於250 μm的岩石粉末，並在80℃的溫度下進行烘乾和脫氣處理，然後分別採用氮氣吸附法和二氧化碳吸附法對粉砂岩紋層和純頁岩層進行孔隙結構測試。氮氣吸附法主要測試的是中孔-大孔（3.0～109.8nm）的比表面積和孔徑分布特徵，二氧化碳吸附法主要測試的是微孔（0.3～1.5nm）的比表面積和孔體積。本次測試由北京市理化分析測試中心完成，測試所採用的儀器為美國康塔公司的比表面積及孔隙度分析儀（NOVA4200e），依據國家標準GB/T 21650.1-2008完成氮氣和二氧化碳的等溫吸附和脫附曲線測試和分析。為了定量研究孔徑分布特徵和測試孔隙度，測試中也使用氦氣置換法真密度儀。配套進行了岩石骨架密度測試。
在分析頁岩氣吸附氣體原始吸附和脫附數據時，需要選用合適的理淪模型進行比表面積和孔徑分布解釋。目前比較成熟的中孔比表面積分析模型為多點BET吸附比表面積解釋模型，通過建立實際的吸附量V與單層飽和吸附量Vm之間的關係來對P/P0在0.05～0.35範圍的比表面積進行分析。而微孔中由於多發生單層吸附，採用由單層吸附理淪推出的 Langmuier 比表面積值更為適用。因此，中孔比表面積採用BET吸附模型，微孔比表面積則為Langmuier 比表面積解釋模型。
對於氮氣吸附法測試的孔徑分布結果，採用中孔分析中最常用的BJH孔徑分布計算模型來進行解釋，即採用Kelvin方程建立相對壓力與孔徑大小的關係。此外， 氣體吸附測試均採用吸附曲線進行孔徑分布解釋，理論和實踐證明，苦使用脫附曲線分析中孔孔徑分布，所有樣品的解釋結果都會在4nm處得到一異常高峰（下圖），而這一峰值並非其真實內部結構的反映，而是受大孔、中孔、微孔並存的複合孔隙網路系統對脫附過程的影響，採用吸附曲線建立的孔徑分布模型則可以排除這一假象，提高解釋精度。
LP171井長7泥頁岩主要孔隙喉道直徑分布圖對於二氧化碳吸附孔徑分布測試，Kelvin方程在孔徑小於2nm時並不適用，由於充填於微孔中的吸附質處於非液體狀態，巨觀熱力學的方法如BJH孔徑分布計算模型已不再適用微孔孔徑分布的解釋，可以採用非定域密度函式理論（NLDFT）模型來對二氧化碳等溫吸附曲線進行孔徑分析。與常規的微孔孔徑分布分析法和HK、SF經驗法相比，採用此模型所得到的微孔孔體積不再只具有相對意義，是真正的對微孔的定量分析，結果可以與氮氣吸附法所得孔體積進行對比。
吸附
吸附是指物質在相界面上濃度自動發生變化的現象，大致分為兩類：物理吸附（吸附力足范德華力）和發生電子轉移的化學吸附。通常，具有吸附作用的物質稱為吸附劑（如活性炭、矽膠、氧化鋁等），而被吸附的物質稱為吸附質。
吸附劑表面積越大，則吸附量就越大 所以，吸附劑都是多孔性或者是微細的物質。
當lg吸附劑表面上吸附1層鋪滿的吸附質分子（飽和吸附量）時，則比表面積的計算公式為
固體的比表面積 =分子數x每個分子所占的面積
或 Sg =S/W（m2/g）
式中：Sg 為比表面積（m2/g）；S為同體物質的總表面積（外表面+內表面）；W為固體物質的質量。
因此，比表面的測定實質上是求出某種吸附質的單分子層飽和吸附量。
BET容量氣體吸附法
測量比表面積方法有容量法、重量法、氣相色譜法等。
BET方程是多分子層物理吸附理論中套用最廣泛的等溫式，南勃魯納爾（Brunauer）、愛曼特（Emmett）、泰勒（Teller）在1938年提出 前提假設是：
（1）吸附利表面是均勻的；
（2）吸附質分子間沒柯相互作用；
（3）吸附可以是多分子層的；第二層以上的吸附熱等於吸附質的液化熱；當吸附達到平衡時。每一層的形成速度與破壞速度相等。
由上述假設出發，可推導出BET二常數公式：
P/V（P-P0）=1/VmC +（C-1）P/VmCP0
式中：V為在氣體平衡壓力為P時的吸附體積量；Vm為單分子層飽和吸附量，常數；P為吸附氣體的平衡壓力；P0為在吸附溫度下吸附質氣體的飽和蒸氣壓（查相關手冊）；C為吸附熱有關的常數。
BET公式適用比壓P/P0在0.05～0.35之間。因為P/P0<0. 05，壓力太小，不能建立多分子層物理吸附平衡（實為單分子層）；當P/P0>0. 35，毛細凝聚現象顯著，亦破壞多分子層物理吸附。
通過實驗可測得一系列的P和V，若以P/V（P0-P）對P/P0作圖可得一直線，由此求得Vm，若Vm以標準狀態下的體積（mL）度量，則比表面S為
S=VmNAσ/22400W
式中：NA為阿伏加德羅常數；σ為每個吸附質分子的截面；W為吸附劑質量（g）；22400為標準狀態下1mol氣體的體積（mL）。
其中吸附質分子的截面積σ可由多種方法求出，可利用下式計算：
σ =1.09（M/NAd）2/3
式中：M為吸附質的分子量；d為在吸附溫度下吸附質的密度。
對於氮氣，在78K時σ常取的值是0.162nm2。
測試裝置
BET容量法氮吸附測試裝置之—，如下圖所示。
本裝置分三部分：真空的獲得與測縫部分、氣體吸附部分（包括吸附劑管、壓力計和氣體啜球）和輔助設備部分（包括高純氮氣的淨化及儲存、吸附劑脫氣裝置、超級恆溫槽等）。
在測試中，氣體壓力、溫度對實驗的影響較大。
（1）氣量—定，溫度·定，氣體體積變化與氣壓成反比。
（2）吸附是·放熱過程，氣體體積與溫度的變化關係是：溫度升高，體積增大。
（3）吸附量與氣體平衡時的壓力正相關。
用氣體吸附測定表面積的Emmett裝置實驗儀器
實驗裝置有樣品加熱電爐、氣體量球、真空規、水套、溫度計等。
1．真空規
測量真空的量具稱為真空規（Vacuum gauge)）或真空計（Vacuum meter）。真空規的準確度比較低，準確測量真空度是十分重要的，不同的真空壓力，要使用量程和性能不同的真空規。
2．杜瓦瓶
杜瓦瓶是蘇格蘭物理學家和化學家詹姆斯·杜瓦（Dewars）發明的儲藏液態氣體的雙層玻璃容器，夾層抽空、鍍銀，即“熱水瓶”結構、
測試步驟
（1）測量出死角、管道、量筒等“死窄間”體積。
（2）校正氣體量球各球體的體積。
（3）樣品準備。將吸附劑樣品烘乾、稱重，裝入樣品管。
（4）全部抽空。主要是完成檢漏和脫附，除去試樣表面原來吸附的物質。
（5）通入吸附質氦、氮混合氣到量管中。
（6）穩定後，測量壓力。
（7）打開通大氣閥門，待平衡，再測量壓力。
（8）最後，代入相關公式計算。
套用
本法是一種測量比表面積的經典方法，其中包括靜態法和動態法，可測比表面的範圍為0.001～1000 m2/g。當測量的比表面積較小時，應儘可能選用飽和蒸氣壓低的吸附質，如氬氣、氪氣等，以提高測量精度。採用氪吸附質時，可測比表面下限達0.001 m2/g。本法所測比表面包括了氣體分子可進入的所有開孔表面積。
氣體吸附法是表征多孔材料最重要的方法之一。通常採用它可以測定多孔材料的比表面積、孔體積和孔徑分布情況，以及進行表面性質的研究。孔道結構的類型和相關性質則可以通過吸附特徵曲線來表征。
