ISO 9277:2010
(Main)Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption — BET method
Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption — BET method
ISO 9277:2010 specifies the determination of the overall specific external and internal surface area of disperse (e.g. nano-powders) or porous solids by measuring the amount of physically adsorbed gas according to the Brunauer, Emmett and Teller (BET) method. It takes account of the International Union for Pure and Applied Chemistry (IUPAC) recommendations of 1984 and 1994. The BET method is applicable only to adsorption isotherms of type II (disperse, nonporous or macroporous solids) and type IV (mesoporous solids, pore diameter between 2 nm and 50 nm). Inaccessible pores are not detected. The BET method cannot reliably be applied to solids which absorb the measuring gas. A strategy for specific surface area determination of microporous materials (type I isotherms) is described in an annex.
Détermination de l'aire massique (surface spécifique) des solides par adsorption de gaz — Méthode BET
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ISO
СТАНДАРТ 9277
Второе издание
2010-09-01
Определение удельной площади
поверхности дисперсных и пористых
материалов методом газовой
адсорбции. Метод Брунауэра, Эммета
и Теллера (ВЕТ метод)
Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption —
BET method
Ответственность за подготовку русской версии несёт GOST R
(Российская Федерация) в соответствии со статьёй 18.1 Устава ISO
Ссылочный номер
ISO 9277:2010(R)
©
ISO 2010
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
Отказ от ответственности при работе в PDF
Настоящий файл PDF может содержать интегрированные шрифты. В соответствии с условиями лицензирования, принятыми
фирмой Adobe, этот файл можно распечатать или смотреть на экране, но его нельзя изменить, пока не будет получена
лицензия на установку интегрированных шрифтов в компьютере, на котором ведется редактирование. В случае загрузки
настоящего файла заинтересованные стороны принимают на себя ответственность за соблюдение лицензионных условий
фирмы Adobe. Центральный секретариат ISO не несет никакой ответственности в этом отношении.
Adobe – торговый знак фирмы Adobe Systems Incorporated.
Подробности, относящиеся к программным продуктам, использованным для создания настоящего файла PDF, можно найти в
рубрике General Info файла; параметры создания PDF были оптимизированы для печати. Были приняты во внимание все
меры предосторожности с тем, чтобы обеспечить пригодность настоящего файла для использования комитетами-членами
ISO. В редких случаях возникновения проблемы, связанной со сказанным выше, просьба проинформировать Центральный
секретариат по адресу, приведенному ниже.
ДОКУМЕНТ ЗАЩИЩЕН АВТОРСКИМ ПРАВОМ
© ISO 2010
Все права сохраняются. Если не указано иное, никакую часть настоящей публикации нельзя копировать или использовать в
какой-либо форме или каким-либо электронным или механическим способом, включая фотокопии и микрофильмы, без
предварительного письменного согласия ISO, которое должно быть получено после запроса о разрешении, направленного по
адресу, приведенному ниже, или в комитет-член ISO в стране запрашивающей стороны.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Опубликовано в Швейцарии
ii © ISO 2010 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
Содержание Страница
Предисловие .iv
1 Область применения .1
2 Нормативные ссылки .1
3 Термины и определения .1
4 Обозначения и сокращенные термины.4
5 Сущность метода.5
6 Проведение анализа .6
6.1 Подготовка проб .6
6.2 Условия проведения анализа .9
6.3 Методы измерения для оценки количества адсорбированного газа .9
7 Оценка данных адсорбции .12
7.1 Общие положения .12
7.2 Многоточечное определение .13
7.3 Одноточечное определение.14
8 Протокол испытания.15
9 Применение стандартных образцов.15
Приложение A (информативное) Площади поперечного сечения некоторых часто
используемых адсорбционных газов .16
Приложение B (информативное) Аттестованные стандартные образцы для метода BET.17
Приложение C (информативное) Площадь поверхности микропористых материалов .19
Библиография.23
© ISO 2010 – Все права сохраняются iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
Предисловие
Международная организация по стандартизации (ISO) является всемирной федерацией национальных
организаций по стандартизации (комитетов-членов ISO). Разработка международных стандартов
обычно осуществляется техническими комитетами ISO. Каждый комитет-член, заинтересованный в
деятельности, для которой был создан технический комитет, имеет право быть представленным в этом
комитете. Международные правительственные и неправительственные организации, имеющие связи с
ISO, также принимают участие в работах. ISO работает в тесном сотрудничестве с Международной
электротехнической комиссией (IEC) по всем вопросам стандартизации в области электротехники.
Международные стандарты разрабатываются в соответствии с правилами, установленными в
Директивах ISO/IEC, Часть 2.
Основная задача технических комитетов состоит в подготовке международных стандартов. Проекты
международных стандартов, одобренные техническими комитетами, рассылаются комитетам-членам
на голосование. Их опубликование в качестве международных стандартов требует одобрения, по
меньшей мере, 75 % комитетов-членов, принимающих участие в голосовании.
Следует иметь в виду, что некоторые элементы данной части ISO 16065 могут быть объектом
патентных прав. Организация ISO не должна нести ответственность за идентификацию какого-либо
одного или всех патентных прав.
ISO 9277 был подготовлен Техническим комитетом ISO/TC 24, Определение характеристик частиц,
включая ситовый анализ, Подкомитетом SC 4, Определение характеристик частиц.
Настоящее второе издание отменяет и заменяет первое издание (ISO 9277:1995) после технического
пересмотра.
iv © ISO 2010 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 4 ----------------------
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 9277:2010(R)
Определение удельной площади поверхности дисперсных
и пористых материалов методом газовой адсорбции. Метод
Брунауэра, Эммета и Теллера (ВЕТ метод)
1 Область применения
Настоящий международный стандарт устанавливает определение общей (см. Примечание) удельной
наружной и внутренней поверхности дисперсий (например, нано-порошков) или пористых твердых
веществ путем измерения количества физически адсорбированного газа в соответствии с методом
Брунауэра, Эммета и Теллера (Brunauer, Emmett and Teller (BET)) (см. Ссылку [1]). В стандарте учтены
рекомендации Международного Союза по теоретической и прикладной химии (the International Union for
Pure and Applied Chemistry (IUPAC)) от 1984 г. и 1994 г. (см. Ссылки [7][8]).
ПРИМЕЧАНИЕ Для твердых веществ с химически неоднородной поверхностью, например, катализаторы-
носители металлов, метод BET дает общую площадь поверхности, тогда как площадь поверхности металлической
части можно измерить методами хемисорбции.
Метод BET применим только к изотермам адсорбции типа II (дисперсии, непористые или
макропористые твердые вещества) и типа IV (мезопористые вещества, с диаметром пор от 2 нм до
50 нм). Недоступные поры не учитываются. Метод BET нельзя применять к твердым веществам,
которые абсорбируют измерительный газ.
Стратегия определения удельной площади поверхности микропористых материалов (изотермы типа I)
описана в Приложении C.
2 Нормативные ссылки
Следующие нормативные документы являются обязательными для применения с настоящим
международным стандартом. Для жестких ссылок применяются только указанное по тексту издание.
Для плавающих ссылок необходимо использовать самое последнее издание нормативного ссылочного
документа (включая любые изменения).
ISO 8213, Продукты химические технические. Методы отбора проб. Сыпучие химические продукты
(от порошков до крупных кусков)
ISO 14488, Твердые частицы. Отбор проб и деление пробы для определения характеристик
материала
3 Термины и определения
Применительно к данному документу используются следующие термины и определения.
3.1
адсорбция
adsorption
насыщение адсорбируемым газом наружной и доступной внутренней поверхностей твердого
материала
© ISO 2010 – Все права сохраняются 1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.4]
3.2
физическая сорбция
physisorption
слабое сцепление адсорбата, обратимое при небольших изменениях давления и температуры
[3]
[ISO 15901-3:2007 , 3.13]
3.3
адсорбат
adsorbate
адсорбированный газ
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.1]
3.4
адсорбционный (газ)
adsorptive
газ или пар, который подается для адсорбции
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.5]
3.5
адсорбент
adsorbent
твердый материал, на котором происходит адсорбция
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.3]
3.6
изотерма
isotherm
зависимость между количеством адсорбированного газа и равновесным давлением газа при
постоянной температуре
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.10]
3.7
адсорбированный объем
volume adsorbed
объемный эквивалент адсорбированного количества, выраженный в пересчете газ в стандартных
условиях температуры и давления (STP)
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.22]
3.8
адсорбированное количество
adsorbed amount
количество газа, адсорбированного при заданном давлении и температуре
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Адсорбированное количество выражают в молях.
[3]
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Заимствовано из ISO 15901-3:2007 , 3.6.
3.9
величина монослоя
monolayer amount
количество молей адсорбата, которое образует мономолекулярный слой на поверхности адсорбента
2 © ISO 2010 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
[3]
[ISO 15901-3:2006 , 3.8]
3.10
площадь поверхности
surface area
размер площади доступной поверхности, определенный данным методом в установленных условиях
[1]
[ISO 15901-1:2006 , 3.25]
ПРИМЕЧАНИЕ Применительно к данному международному стандарту эта площадь включает наружную
поверхность пористого материала плюс внутреннюю поверхность доступных макро-, мезо- и микропор.
3.11
удельная площадь поверхности
specific surface area
абсолютная площадь поверхности пробы, деленная на массу пробы
3.12
площадь поперечного сечения молекулы
molecular cross-sectional area
площадь молекулы адсорбата, т.е. площадь, которую занимает молекула адсорбата в полном
монослое
3.13
макропора
macropore
пора, ширина которой больше примерно 50 нм
[3]
ПРИМЕЧАНИЕ Заимствовано из ISO 15901-3:2007 , 3.10.
3.14
мезопора
mesopore
пора, ширина которой попадает в интервал приблизительно от 2 нм до 50 нм
[3]
[ISO 15901-3:2007 , 3.11]
3.15
микропора
micropore
пора, ширина которой составляет примерно 2 нм и меньше
[3]
ПРИМЕЧАНИЕ Заимствовано из ISO 15901-3:2007 , 3.12.
3.16
относительное давление
relative pressure
отношение равновесного адсорбционного давления, p, к давлению насыщенного пара, p , при
0
температуре анализа
[3]
[ISO 15901-3:2007 , 3.15]
3.17
равновесное адсорбционное давление
equilibrium adsorption pressure
давление адсорбционного газа, находящегося в равновесии с адсорбатом
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.7]
© ISO 2010 – © ISO 2010 – Все права сохраняются 3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
3.18
давление насыщенного пара
saturation vapour pressure
давление пара объема сжиженного адсорбционного газа при температуре адсорбции
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.20]
3.19
свободное пространство
пространство над материалом
незанятое пространство
незанятый объем
free space
head space
dead space
dead volume
объем емкости с пробой, не занятый этой пробой
4 Обозначения и сокращенные термины
В Таблице 1 представлены обозначения, используемые в настоящем международном стандарте,
наряду с их обычными единицами измерения в системе СИ. Для сравнения даются также обозначения
по lUPAC (см. Ссылки [7][8]), которые могут отличаться от обозначений, обычно используемых в
международных стандартах. Все удельные величины отнесены к массе пробы в граммах.
Таблица 1 — Обозначение
Обозначение Единица
Величина
по IUPAC измерения
2
a площадь поперечного сечения молекулы нм
m
2 −1
a удельная площадь поверхности м г
s
a
C параметр BET 1
−1
23
L постоянная Авогадро (= 6,022 × 10 ) моль
m масса пробы (материала) г
a
m удельная адсорбированная масса 1
a
−1
n удельное адсорбированное количество моль г
a
−1
n удельное количество адсорбата в монослое моль г
m
−1
n удельное количество адсорбата в монослое из многоточечного измерения моль г
m,mp
−1
n удельное количество адсорбата в монослое из одноточечного измерения моль г
m,sp
p давление адсорбционного газа в равновесии с адсорбатом Пa
p давление насыщенного адсорбционного газа Пa
0
a
p/p Относительное давление адсорбционного пара 1
0
−1 −1
R молярная газовая постоянная (= 8,314) Дж моль K
r радиус одинаковых сферических монопор нм
s
t время мин
T температура K
3 −1
V удельный объем адсорбированного газа см г
a
3 −1
V удельный объем микропоры см г
p,micro
−3
ρ (массовая) плотность г см
2 −1
u Объединенная стандартная неопределенность для аттестованной удельной м г
c
площади поверхности стандартного образца BET
a
k Коэффициент охвата для объединенной стандартной неопределенности 1
2 −1
U Расширенная неопределенность (= k u ) для аттестованной удельной м г
c
площади поверхности стандартного образца
a [4]
В соответствии с ISO 80000-1:2009 , 3.8, ПРИМЕЧАНИЕ 3, единица для любой величины одной размерности (в
настоящее время обычно называемой "безразмерной") является одной единицей, обозначаемой 1.
4 © ISO 2010 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
5 Сущность метода
Метод BET применим только к изотермам адсорбции типа II (дисперсионные, непористые или
макропористые материалы) и типа IV (мезопористые сыпучие материалы, размер пор от 2 нм до 50 нм)
(см. Рисунок 1). Недоступные поры не обнаруживаются. Методом BET невозможно получить надежных
результатов на сыпучих материалах, которые абсорбируют измерительный газ. Стратегия в отношении
измерения удельной площади поверхности микропористых материалов (изотермы типа I) описана в
Приложении C.
Установленные метод включает определение количества адсорбата или адсорбционного газа,
требующегося для покрытия внешней поверхности и доступных внутренних поверхностей пор сыпучего
материала (см. Рисунок 2) полным монослоем адсорбата. Такое количество в монослое можно
вычислить по изотерме адсорбции по формуле BET [см. Формулу(1)]. Можно использовать любой газ,
при условии его физической адсорбции со слабым сцеплением на поверхности твердых частиц (силы
Ван дер Вааля),и легкой десорбции при понижении давления при неизменной температуре.
Азот при температуре его кипения (примерно 77,3 K) обычно является наиболее подходящим
адсорбционным газом. Зачастую аргон при температуре жидкого аргона (т.е. 87,27 K) является
хорошим альтернативным адсорбционным газом для измерения удельной площади поверхности
(особенно в случае поверхностей графитированного углерода и гидроксилированных оксидов, см.
Таблицу A.1, сноска a), потому что это химически инертный моноатомный газ с симметричной
конфигурацией электронной оболочки, отличающейся от азота, хотя поляризуемость аргона и азота
практически одинакова.
Обозначение
n удельное адсорбированное количество
a
p/p относительное давление
0
Рисунок 1 — Классификация изотерм адсорбции по IUPAC
(типичный диапазон BET указан для типов II и IV штриховкой)
© ISO 2010 – © ISO 2010 – Все права сохраняются 5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
Рисунок 2 — Схематическое изображение поперечного сечения частицы с поверхностью,
обнаруженной методом адсорбции показанной пунктирной линией
Если чувствительность прибора при использовании азота недостаточна для небольших удельных
2 −1
площадей поверхности порядка 1 м г или ниже, то для анализа удельной площади поверхности
рекомендуется применение адсорбции криптона при температуре жидкого азота. Как следствие
низкого p порядка 0,35 kПa для криптона при температуре 77,3 K, поправка на “незанятое
0
пространство” (см. 3.19) для неадсорбированного газа значительно уменьшается (до 1/300-ой) по
сравнению с условиями адсорбции азота при той же самой температуре, и становится возможным
волюметрическое измерение низкого поглощения адсорбционного газа с приемлемой точностью. Хотя
при температуре 77,3 K криптон находится на 38,5 K ниже своей температуры тройной точки,
существует некоторое подтверждение методом микрокалориметрии и нейтронной дифракции, что
область BET адсорбата может легко прийтись на близкое к жидкости состояние, и, следовательно, для
построения графика BET рекомендуется как эффективное p . использовать значение
0
сверхохлажденной жидкости.
Результаты измерений с различными адсорбционными газами могут отличаться один от другого за
счет разных площадей (поперечного сечения) молекул, различной степени доступности пор и разных
температур измерения. Кроме того, хорошо известно из концепций фрактального анализа (Ссылка [8]),
что экспериментальные результаты для величин длины и площади в случае комплексных структур
неправильной формы, таких как структуры, обнаруженные в большинстве пористых и
высокодисперсионных объектов, не являются абсолютными, а зависят от шкалы измерения, т.е.
используемого the "базы измерения". Это означает, что меньшая площадь доступна для молекул
адсорбата большего размера.
Адсорбционный газ подают в контейнер с пробой, поддерживаемый при постоянной температуре.
Адсорбированное количество измеряют в равновесии с давлением адсорбционного газа p и наносят на
график против относительного давления, p/p , чтобы получить изотерму адсорбции. Изотермы
0
адсорбции можно получить посредством волюметрических, гравиметрических, калориметрических или
спектроскопических измерений или методом использования газа-носителя в непрерывным или
периодическом процессе (см. 6.3).
6 Проведение анализа
6.1 Подготовка проб
Отбор проб должен осуществляться в соответствии с ISO 8213 и ISO 14488. Перед определением
изотермы адсорбции удаляют физически адсорбированный материал с поверхности пробы с помощью
дегазации, избегая необратимых изменений поверхности. Необходимо подтвердить максимальную
температуру, при которой проба не подвергается влиянию термогравиметрического анализа (см.
Рисунок 3), спектроскопическими методами или исследованиями с использованием различных условий
6 © ISO 2010 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
дегазации в отношении температуры и времени. Если используется разреженная атмосфера, обычно
достаточно проводить дегазацию при остаточном давлении приблизительно 1 Пa или выше.
Дегазацию пробы можно также выполнить при повышенной температуре с продуванием инертного газа
(например, гелия). Дегазация завершается, когда достигается устойчивое значение остаточного
давления газа p, неизменный состав или неизменная масса пробы.
Используя вакуумную технику изолируют нагретый контейнер с пробой от насоса и ловушки (в момент
времени t на Рисунке 4). Если давление близко к постоянному в течение от 15 мин до 30 мин,
a
дегазация завершена. Почти неизменное давление также подтверждает отсутствие утечек. Удельную
площадь поверхности следует отнести к массе дегазированной пробы.
После дегазации контейнер с пробой охлаждают до температуры измерения. Следует отметить, что
при низких давлениях газа, температура пробы требует некоторого времени на достижения
равновесия за счет пониженной теплопроводности внутри ячейки с пробой.
Для чувствительных проб рекомендуется нагревание при контролируемом давлении (см. Рисунок 5). Эта
процедура заключается в изменении скорости нагрева в зависимости от давления газа, выделяющегося
из пористого материала в процессе дегазации в условиях разрежения. Когда фиксированный предел
давления, p (обычно в районе от 7 Пa до 10 Пa), превышается за счет десорбированного с поверхности
L
пробы материала, увеличение температуры прекращается, температура сохраняется постоянной, пока
давление не упадет ниже предельного. В этой точке система продолжает повышать температуру. Эта
процедура, в частности, подходит для того, чтобы избежать структурных изменений в микропористых
материалах, когда быстрое нагревание может повредить хрупкие структуры за счет энергичного
выделения пара. Кроме того, этот метод очень безопасен в свете предотвращения отстаивания, когда
водяные или другие пары выделяются из пор очень тонких порошков.
Обозначение
m масса пробы 1 проба
t время дегазации 2 система генерирования вакуума
T температура слишком низкая: длительное время дегазации 3 весы
1
T оптимальная температура 4 печь
2
T температура слишком высокая: выделение газа за счет разложения пробы
3
Рисунок 3 — Термогравиметрический контроль дегазации
© ISO 2010 – © ISO 2010 – Все права сохраняются 7
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
Обозначение
p давление 1 проба
t время изолирования пробы 2 система генерирования вакуума
i
p (t) дегазация завершена, аппарат герметичен 3 манометр
1
p (t) неполная дегазация 4 печь
2
p (t) утечка
3
Рисунок 4 — Контроль давления в процессе дегазации
8 © ISO 2010 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
Обозначение
p давление 1 кривая давления
T температура 2 кривая температуры
t время
p фиксированный предел давления
L
Рисунок 5 — Нагревание при контролируемом давлении
6.2 Условия проведения анализа
Прецизионность измерения зависит от контроля следующих условий.
a) Температура или значение p адсорбционого газа в процессе анализа должны отслеживаться.
0
b) Чистота адсорбционного газа и гелия, используемого для калибровки объемов или в качестве газа-
носителя, должна быть не менее 99,99 % по объему. При необходимости газы следует сушить и
очищать, например, удалять кислород из азота.
c) Давление насыщенного пара p адсорбционного газа при температуре измерения может быть
0
определено либо непосредственно с помощью термометра давления паров азота, либо его можно
наблюдать и определять путем измерения температуры ванны термостата.
d) Достоверность результатов зависит от тщательного пробоотбора и подготовки пробы.
В ходе периодической статической процедуры следует в состоянии равновесия измерить не менее
четырех точек в пределах диапазона относительного давления, для которого формула BET
действительна (обычно от 0,05 до 0,3). При непрерывном измерении контролируют отклонение от
равновесного состояния либо посредством прерывания изредка потока газа, либо с помощью
контрольных измерений, используя периодический режим.
6.3 Методы измерения для оценки количества адсорбированного газа
6.3.1 Статический волюметрический метод
В статическом волюметрическом методе известное количество газа впускают в сосуд с пробой, в
котором поддерживается температура адсорбции (см. Рисунок 6). Происходит адсорбция газа на пробе,
и давление в ограниченном объеме продолжает падать, пока адсорбат и адсорбционный газ не придут
в равновесное состояние. Количество адсорбата при равновесном давлении равно разности между
количеством поступившего газа и количеством адсорбционного газа, остающегося в газовой фазе.
Измерение давления требуется наряду с измерением температуры и объемов в системе. Объемы
© ISO 2010 – © ISO 2010 – Все права сохраняются 9
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
легче всего определить по расширению инертного газа, например, гелия. Определяют незанятый
объем до и после измерения изотермы адсорбции. Калибровку объемов системы выполняют
волюметрически, используя гелий при температуре измерения. Следует отметить, что некоторые
материалы могут адсорбировать и абсорбировать гелий. В этом случае можно ввести поправку после
измерения изотермы адсорбции. Если измерение незанятого объема можно отделить от измерения
адсорбции, применения гелия можно избежать. Объем пустот в пустой ячейке для пробы измеряют при
температуре окружающей среды с помощью азота. Впоследствии выполняют холостой опыт (с пустой
ячейкой для пробы) при тех же самых условиях (температура и диапазон относительного давления),
что и измерения сорбции. Требуемая поправка на объем пробы вводится с помощью введения
плотности пробы или пикнометрического измерения азотом при температуре окружающей среды в
начале адсорбционного анализа (когда влиянием адсорбции азота можно пренебречь). Определения
незанятого объема можно избежать, используя дифференциальные измерения, т.е. путем
использования контрольной трубки и трубки с пробой, соединенных через дифференциальный
преобразователь. Во время измерений пробы и определения незанятого объема рекомендуется
поддерживать жидкость в охлаждающей бане, если компенсация не осуществляется иным образом, на
постоянном в пределах 1 мм уровне, не менее чем на 15 мм выше пробы.
Обозначение
V удельный объем адсорбированного газа 4 манометр
a
p/p относительное давление абсорбционного газа 5 калиброванный объем (газовая бюретка)
0
1 проба 6 трубка давления насыщения
2 Сосуд Дьюара с охлаждающей баней 7 адсорбционный газ
3 система генерирования вакуума 8 газ для измерения свободного пространства
(например, He)
Рисунок 6 — Волюметрический метод
6.3.2 Динамический (проточный) волюметрический метод
Этот метод аналогичен статическому, с той разницей, что газ постоянно подается к пробе с
относительно низкой скоростью дозированно. Данным методом изменение давления в ячейке
непрерывно измеряют при контролируемой скорости потока газа. Адсорбированное количество
определяют путем сопоставления скорости увеличения давления за счет адсорбционного газа со
скоростью увеличения давления за счет подачи неадсорбирующегося газа, например, гелия,
использованного для калибровки. Альтернативный подход, в котором напрямую определяют
количество адсорбированного газа, заключается в измерении разности давлений между контрольной
трубкой и трубкой с пробой при одинаковом объеме поданного адсорбционного газа. Один объем
соединяют через клапан – регулятор потока с трубкой с пробой, тогда как другой объем аналогичным
10 © ISO 2010 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 9277:2010(R)
образом соединяют с уравновешивающей трубкой, не содержащей пробы. Поскольку газ поступает
постоянно, анализ, при некоторых обстоятельствах, можно выполнить быстрее, чем статическим
волюметрическим методом. Однако особое внимание необходимо уделить обеспечению небольшой
скорости газового потока, достаточно низкой, чтобы адсорбционный газ и адсорбат все время
находились в состоянии, близком к равновесию. Определение свободного объема и контроль уровня
жидкости в охлаждающей бане рекомендуется в соответствии с теми же требованиями, которые
описаны в 6.3.1.
6.3.3 Гравиметрический метод
В непрерывном гравиметрическом методе измеряют массу адсорбированного газа, как функцию
давления газа в контейнере с пробой с помощью микровесов (см. Рисунок 7). Перед измерением
изотермы адсорбции следует измерить выталкивающую силу для весов и пробы в адсорбционном газе
при комнатной температуре. При использовании равноплечего прибора выталкивающая сила для
весов устраняется, а выталкивающая сила для пробы компенсируется использованием компактного
противовеса, имеющего такую же плотность, как проба. Поскольку проба не касается термостата,
необходимо обеспечить, чтобы проба постоянно находилась при температуре измерения. Поэтому
необходимо производить мониторинг температуры пробы.
−2
Нулевую точку изотермы следует измерять в вакууме выше 10 Пa, поскольку помехи за счет
теплового потока максимально проявляются при давлении порядка 1 Пa.
При измерениях непрерывным гравиметрическим методом адсорбционный газ впускают поэтапно,
удерживают постоянное давление, пока масса пробы не достигнет постоянного значения.
Обозначение
m удельная масса адсорбированного газа 3 система генерирования вакуума
a
p/p относительное давление адсорбционного газа 4 манометр
0
1 проба 5 весы
2 охлаждающая баня 6 адсорбционный газ
Рисунок 7 — Гравиметрический метод
6.3.4 Метод с использованием газа-носителя
В методе с использованием газа-носителя ряд смесей известных концентраций адсорбционного газа в
неадсорбируемом газе (гелий) впускают к пробе (см. Рисунок 8). Как результат адсорбции на пробе,
концентрация адсорбционного газа снижается. Уменьшение концентрации по сравнению с
концентрацией в исходной смеси создает пик сигнала, регистрируемого как функция времени газовым
детектором (обычно эта термокондуктометрическая ячейка). После удаления охлаждающей бани
© ISO 2010 – © ISO 2010 – Все права сохраняются 11
--------
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 9277
Second edition
2010-09-01
Determination of the specific surface area
of solids by gas adsorption — BET
method
Détermination de l'aire massique (surface spécifique) des solides par
adsorption de gaz — Méthode BET
Reference number
ISO 9277:2010(E)
©
ISO 2010
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2010
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and abbreviated terms .3
5 Principle.4
6 Procedure.6
6.1 Sample preparation .6
6.2 Experimental conditions.9
6.3 Measuring methods for the assessment of the amount of adsorbed gas.9
7 Evaluation of adsorption data.12
7.1 General .12
7.2 Multipoint determination.12
7.3 Single-point determination.14
8 Test report.14
9 Use of reference materials.15
Annex A (informative) Cross-sectional areas of some frequently used adsorptives .16
Annex B (informative) Certified reference materials for the BET method .17
Annex C (informative) Surface area of microporous materials.19
Bibliography.23
© ISO 2010 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 9277 was prepared by Technical Committee ISO/TC 24, Particle characterization including sieving,
Subcommittee SC 4, Particle characterization.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 9277:1995), which has been technically revised.
iv © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 9277:2010(E)
Determination of the specific surface area of solids by gas
adsorption — BET method
1 Scope
This International Standard specifies the determination of the overall (see Note) specific external and internal
surface area of disperse (e.g. nano-powders) or porous solids by measuring the amount of physically
adsorbed gas according to the Brunauer, Emmett and Teller (BET) method (see Reference [1]). It takes
account of the International Union for Pure and Applied Chemistry (IUPAC) recommendations of 1984 and
1994 (see References [7][8]).
NOTE For solids exhibiting a chemically heterogeneous surface, e.g. metal-carrying catalysts, the BET method gives
the overall surface area, whereas the metallic portion of the surface area can be measured by chemisorption methods.
The BET method is applicable only to adsorption isotherms of type II (disperse, nonporous or macroporous
solids) and type IV (mesoporous solids, pore diameter between 2 nm and 50 nm). Inaccessible pores are not
detected. The BET method cannot reliably be applied to solids which absorb the measuring gas.
A strategy for specific surface area determination of microporous materials (type I isotherms) is described in
Annex C.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 8213, Chemical products for industrial use — Sampling techniques — Solid chemical products in the form
of particles varying from powders to coarse lumps
ISO 14488, Particulate materials — Sampling and sample splitting for the determination of particulate
properties
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
adsorption
enrichment of the adsorptive gas at the external and accessible internal surfaces of a solid material
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.4]
3.2
physisorption
weak bonding of the adsorbate, reversible by small changes in pressure or temperature
[3]
[ISO 15901-3:2007 , 3.13]
© ISO 2010 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
3.3
adsorbate
adsorbed gas
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.1]
3.4
adsorptive
gas or vapour to be adsorbed
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.5]
3.5
adsorbent
solid material on which adsorption occurs
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.3]
3.6
isotherm
relationship between the amount of gas adsorbed and the equilibrium pressure of the gas, at constant
temperature
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.10]
3.7
volume adsorbed
volumetric equivalent of adsorbed amount expressed as gas at standard conditions of temperature and
pressure (STP)
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.22]
3.8
adsorbed amount
quantity of gas adsorbed at a given pressure and temperature
NOTE 1 Adsorbed amount is expressed in moles.
[3]
NOTE 2 Adapted from ISO 15901-3:2007 , 3.6.
3.9
monolayer amount
number of moles of the adsorbate that form a monomolecular layer over the surface of the adsorbent
[3]
[ISO 15901-3:2006 , 3.8]
3.10
surface area
extent of available surface area as determined by a given method under stated conditions
[1]
[ISO 15901-1:2006 , 3.25]
NOTE For the purposes of this International Standard, the area includes the external surface of a solid plus the
internal surface of its accessible macro-, meso- and micropores.
3.11
specific surface area
absolute surface area of the sample divided by sample mass
2 © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
3.12
molecular cross-sectional area
molecular area of the adsorbate, i.e. the area occupied by an adsorbate molecule in the complete monolayer
3.13
macropore
pore with width greater than approximately 50 nm
[3]
NOTE Adapted from ISO 15901-3:2007 , 3.10.
3.14
mesopore
pore with width between approximately 2 nm and 50 nm
[3]
[ISO 15901-3:2007 , 3.11]
3.15
micropore
pore with width of approximately 2 nm or less
[3]
NOTE Adapted from ISO 15901-3:2007 , 3.12.
3.16
relative pressure
ratio of the equilibrium adsorption pressure, p, to the saturation vapour pressure, p , at analysis temperature
0
[3]
[ISO 15901-3:2007 , 3.15]
3.17
equilibrium adsorption pressure
pressure of the adsorptive gas in equilibrium with the adsorbate
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.7]
3.18
saturation vapour pressure
vapour pressure of the bulk liquefied adsorptive gas at the temperature of adsorption
[2]
[ISO 15901-2:2006 , 3.20]
3.19
free space
head space
dead space
dead volume
volume of the sample holder not occupied by the sample
4 Symbols and abbreviated terms
Table 1 presents the symbols used in this International Standard, together with their common units derived
from the SI. For comparison purposes, the lUPAC symbols (see References [7][8]) are also given. These may
differ from the symbols generally used in International Standards. All specific dimensions are related to
sample mass in grams.
© ISO 2010 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Table 1 — Symbols
IUPAC
Quantity Unit
symbol
2
a molecular cross-sectional area nm
m
2 −1
a specific surface area m g
s
a
C BET parameter 1
−1
23
L Avogadro constant (= 6,022 × 10) mol
m mass of the solid sample g
a
m specific mass adsorbed 1
a
−1
n specific amount adsorbed mol g
a
−1
n specific monolayer amount of adsorbate mol g
m
−1
n specific monolayer amount derived from multipoint measurement mol g
m,mp
−1
n specific monolayer amount derived from single-point measurement mol g
m,sp
p pressure of the adsorptive in equilibrium with the adsorbate Pa
p saturation vapour pressure of the adsorptive Pa
0
a
p/p relative pressure of the adsorptive 1
0
−1 −1
R molar gas constant (= 8,314) J mol K
r radius of uniform nonporous spheres nm
s
t time min
T temperature K
3 −1
V specific volume adsorbed cm g
a
3 −1
V specific micropore volume cm g
p,micro
−3
ρ (mass) density g cm
2 −1
u combined standard uncertainty for the certified specific surface area of a BET reference m g
c
material
a
k coverage factor for the combined standard uncertainty 1
2 −1
U expanded uncertainty (= k u ) for the certified specific surface area of a BET reference m g
c
material
a [4]
According to ISO 80000-1:2009 , 3.8, Note 3, the unit for any quantity of dimension one (at present commonly termed
"dimensionless") is the unit one, symbol 1.
5 Principle
The BET method is applicable only to adsorption isotherms of type II (disperse, nonporous or macroporous
solids) and type IV (mesoporous solids, pore diameter between 2 nm and 50 nm) (see Figure 1). Inaccessible
pores are not detected. The BET method cannot reliably be applied to solids which absorb the measuring gas.
A strategy for specific surface area determination of microporous materials (type I isotherms) is described in
Annex C.
The method specified involves the determination of the amount of adsorbate or adsorptive gas required to
cover the external and the accessible internal pore surfaces of a solid (see Figure 2) with a complete
monolayer of adsorbate. This monolayer amount can be calculated from the adsorption isotherm using the
BET equation [see Equation (1)]. Any gas may be used, provided it is physically adsorbed by weak bonds at
the surface of the solid (van der Waals forces), and can be desorbed by a decrease in pressure at the same
temperature.
4 © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Nitrogen at its boiling point (about 77,3 K) is usually the most suitable adsorptive. Very often, argon at liquid
argon temperature (i.e. 87,27 K) is a good alternative adsorptive for specific surface area determination
(especially in the case of graphitized carbon and hydroxylated oxide surfaces, see Table A.1, footnote a)
because it is a chemically inert monoatomic gas with a symmetrical electron shell configuration quite different
from that of nitrogen, although the polarizabilities of argon and nitrogen are remarkably similar.
Key
n specific amount absorbed
a
p/p relative pressure
0
Figure 1 — IUPAC classification of adsorption isotherms (typical BET range is indicated in types II and
IV by the hatched area)
Figure 2 — Schematic cross-section of a particle with surface detected by the adsorption method
shown by dotted line
If the sensitivity of the instrument when using nitrogen is insufficient for low specific surface areas of about
2 −1
1 m g or lower, the application of krypton adsorption at liquid nitrogen temperature for the specific surface
area analysis is recommended. As a consequence of the low p of about 0,35 kPa for krypton at 77,3 K, the
0
“dead space” correction (see 3.19) for unadsorbed gas is significantly reduced (to 1/300th) compared to the
conditions of nitrogen adsorption at the same temperature and it becomes possible to volumetrically measure
low uptakes of adsorptive with acceptable accuracy. Although at 77,3 K krypton is about 38,5 K below its triple
© ISO 2010 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
point temperature, there is some evidence from microcalorimetry and neutron diffraction studies that in the
BET region the adsorbate may well be in a liquid-like state and therefore the value of the supercooled liquid is
recommended as the effective p for the construction of the BET plot.
0
The results of measurements with different adsorptives may deviate from each other because of different
molecular areas, different accessibilities to pores and different measuring temperatures. Moreover, it is well
known from the concepts of fractal analysis (Reference [8]) that experimental results for the quantities of
length and area in the case of irregular complex structures, such as those which are found in most porous or
highly dispersed objects, are not absolute, but depend on the measurement scale, i.e. the "yardstick" used.
This means that less area is available for larger adsorbate molecules.
The adsorptive gas is admitted to the sample container which is held at a constant temperature. The amounts
adsorbed are measured in equilibrium with the adsorptive gas pressure p and plotted against relative pressure,
p/p , to give an adsorption isotherm. Adsorption isotherms may be obtained by volumetric, gravimetric,
0
calorimetric or spectroscopic measurement or by the carrier gas method using continuous or discontinuous
operation (see 6.3).
6 Procedure
6.1 Sample preparation
Sampling shall be carried out in accordance with ISO 8213 and ISO 14488. Prior to the determination of an
adsorption isotherm, remove physically adsorbed material from the sample surface by degassing, while
avoiding irreversible changes to the surface. Ascertain the maximum temperature at which the sample is not
affected by thermogravimetric analysis (see Figure 3), by spectroscopic methods, or by trial experiments using
different degassing conditions of time and temperature. When vacuum conditions are used, degassing to a
residual pressure of approximately 1 Pa or better is usually sufficient. Degassing of the sample can also be
performed at elevated temperature by flushing with an inert gas (e.g. helium). Degassing is complete when a
steady value of the residual gas pressure p, of its composition or of the sample mass is reached.
Using the vacuum technique, isolate the heated sample container from the pump and trap (at time t in
a
Figure 4). If the pressure is nearly constant over a period of 15 min to 30 min, degassing is complete. Almost
invariant pressure also confirms the absence of leaks. The specific surface area should be related to the mass
of the degassed sample.
After degassing, the sample container is cooled to the measuring temperature. It should be noted that, at low
gas pressures, the temperature of the sample needs some time to equilibrate due to the reduced thermal
conductivity within the sample cell.
For sensitive samples, a pressure-controlled heating (see Figure 5) is recommended. This procedure consists
in varying the heating rate in relationship to the gas pressure evolved from a porous material during the
degassing under vacuum conditions. When a fixed pressure limit, p (usually around 7 Pa to 10 Pa), is
L
surpassed due to the desorbed material from the sample surface, the temperature increase is stopped and the
temperature is kept constant until the pressure falls below the limit. At that point the system continues the
temperature ramp. This procedure is particularly suitable for avoiding structural changes in microporous
materials, when fast heating rates can damage fragile structures due to a vigorous vapour release. In addition,
the method is very safe in preventing sample elutriation when water or other vapours are released from the
pores in very fine powder materials.
6 © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Key
m sample mass 1 sample
t degassing time 2 vacuum-generating system
T temperature too low: long degassing time 3 balance
1
T optimum temperature 4 oven
2
T temperature too high: gas evolution due to decomposition of the sample
3
Figure 3 — Thermogravimetric control of degassing
© ISO 2010 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Key
p pressure 1 sample
t time of sample isolation 2 vacuum-generating system
i
p (t) degassing complete, apparatus tight 3 manometer
1
p (t) incomplete degassing 4 oven
2
p (t) leak
3
Figure 4 — Pressure control of degassing
8 © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Key
p pressure 1 pressure curve
T temperature 2 temperature curve
t time
p fixed pressure limit
L
Figure 5 — Pressure-controlled heating
6.2 Experimental conditions
The precision of the measurement depends on the control of the following conditions.
a) The temperature or the p value of the adsorptive should be monitored during the analysis.
0
b) The purity of the adsorptive and any helium used to calibrate volumes or as a carrier gas should be at
least 99,99 % volume fraction. If necessary, the gases should be dried and cleaned, e.g. oxygen removed
from nitrogen.
c) The saturation vapour pressure p of the adsorptive at the measuring temperature can either be
0
determined directly using a nitrogen vapour pressure thermometer or it can be monitored and determined
by measurement of the thermostat bath temperature.
d) The validity of the result depends on careful sampling and sample preparation.
In the discontinuous static procedure, at least four points within the relative pressure range for which the BET
equation is valid (typically 0,05 to 0,3) should be measured in equilibrium. For continuous measurements,
control the deviation from equilibrium either by occasional interruption of the gas flow or by control
measurements using the discontinuous method.
6.3 Measuring methods for the assessment of the amount of adsorbed gas
6.3.1 Static volumetric method
In the static volumetric method, a known amount of gas is admitted to a sample bulb thermostated at the
adsorption temperature (see Figure 6). Adsorption of the gas on to the sample occurs, and the pressure in the
confined volume continues to fall until the adsorbate and the adsorptive are in equilibrium. The amount of
adsorbate at the equilibrium pressure is the difference between the amount of gas admitted and the amount of
adsorptive remaining in the gas phase. Measurement of the pressure is required together with temperatures
and volumes of the system. The volumes are most easily determined by gas expansion of an inert gas such
as helium. Determine the dead volume before or after the measurement of the adsorption isotherm. The
© ISO 2010 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
calibration of the volumes of the system is done volumetrically using helium at the measuring temperature. It
should be noted that some materials may adsorb or absorb helium. In this case, corrections can be made after
measuring the adsorption isotherm. If the measurement of the dead volume can be separated from the
adsorption measurement, the use of helium can be avoided. The void volume of the empty sample cell is
measured at ambient temperature using nitrogen. Subsequently a blank experiment (with the empty sample
cell) is performed under the same experimental conditions (temperature and relative pressure range) as the
sorption measurements. The required correction for the sample volume is made by entering the sample
density or by pycnometric measurement with nitrogen at ambient temperature at the start of the adsorption
analysis (when nitrogen adsorption effects can be neglected). The determination of the dead volume may be
avoided using difference measurements, i.e. by means of a reference and sample tube connected by a
differential transducer. During sample measurement and determination of the dead volume, it is
recommended that the liquid level in the cooling bath be maintained, unless otherwise compensated, at least
15 mm above the sample and constant to within 1 mm.
Key
V specific volume absorbed 4 manometer
a
p/p relative pressure of the adsorptive 5 calibrated volume (gas burette)
0
1 sample 6 saturation pressure tube
2 Dewar vessel with cooling bath 7 adsorptive
3 vacuum-generating system 8 gas for dead space measurement (e.g. He)
Figure 6 — Volumetric method
6.3.2 Flow volumetric method
The flow volumetric method is similar to the static volumetric method, the difference is that gas is continuously
fed to the sample at a relatively low flow rate rather than in a series of batch doses. By this method, the
change in cell pressure is continuously measured at a controlled flow rate. The adsorbed amount is
determined by comparing the rate of pressure rise with the adsorptive gas to that with a non-adsorbing gas
such as helium used for calibration. An alternative approach which directly determines the quantity of gas
adsorbed is to measure the pressure difference between the reference and sample tubes at the same volume
of adsorptive gas fed. One volume is connected via a flow control valve to the sample tube whilst the other
volume is similarly connected to a balance tube without sample. Because gas is continuously introduced, the
analysis can, under some circumstances, be completed in a shorter period of time than using a static
volumetric method. However, special care has to be taken to ensure that the flow rate is low enough so that
the adsorptive and adsorbate are close to equilibrium at all times. Determination of the dead volume and
control of the liquid level in the cooling bath are recommended using the same requirements as described in
6.3.1.
10 © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
6.3.3 Gravimetric method
In the continuous gravimetric method, the mass of gas adsorbed is measured as a function of the gas
pressure in the sample container using a microbalance (see Figure 7). Before measurement of the adsorption
isotherm, the buoyancy of the balance and of the sample in the adsorptive at room temperature should be
measured. By using an equal-arm instrument, the buoyancy of the balance is eliminated and that of the
sample compensated for using a compact counterweight of the same density as the sample. Because the
sample is not in contact with the thermostat, it is necessary to ensure that it is always at the measuring
temperature. The sample temperature should be monitored.
−2
The zero point of the isotherm should be measured at a vacuum better than 10 Pa because disturbances
due to thermal gas flow exhibit a maximum at about 1 Pa.
In the discontinuous gravimetric procedure, the adsorptive is admitted stepwise and the pressure is kept
constant until the sample mass reaches a constant value.
Key
m specific mass absorbed 3 vacuum-generating system
a
p/p relative pressure of the adsorptive 4 manometer
0
1 sample 5 balance
2 cooling bath 6 adsorptive
Figure 7 — Gravimetric method
6.3.4 Carrier gas method
In the carrier gas method, a range of mixtures of known concentrations of adsorptive in a non-adsorbable gas
(helium) is admitted to the sample (see Figure 8). As a result of adsorption on the sample, the concentration of
adsorptive decreases. The decrease in concentration in comparison to that of the initial mixture generates a
peak in the signal recorded as a function of time by means of a gas detector, usually a thermal conductivity
cell. After removal of the cooling bath, a desorption peak is recorded. The sharper desorption peak can be
better integrated and is preferred for the evaluation of the gas amount initially adsorbed. Take care that the
signal is not disturbed by thermal diffusion. It is necessary to calibrate the detector by injecting a known
volume of pure adsorptive. The sample and calibration peaks should be of similar size (see Reference [9]).
© ISO 2010 – All rights reserved 11
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
Key
y detector signal 1 sample
t time 2 Dewar vessel with cooling bath
A adsorption trough 3 heat conductivity detector
B desorption peak 4 gas mixer
Figure 8 — Carrier gas method
7 Evaluation of adsorption data
7.1 General
The amount of gas adsorbed, n , preferably expressed in moles per gram, is plotted on the ordinate against
a
the corresponding relative pressure, p/p , on the abscissa to give the adsorption isotherm. The monolayer
0
amount, n , is calculated using the BET equation:
m
pp/ 11Cp−
0
=+ (1)
np1/−p nC nC p
()
a0 mm 0
NOTE A modified equation includes, besides the BET parameter, C, an additional parameter limiting the number of
layers on the surface (Reference [10]). Although the two-parameter BET equation as recommended by IUPAC allows for
an unlimited number of adsorbed layers (Reference [11]), it gives comparable results for mesoporous material.
7.2 Multipoint determination
In the BET diagram, (p/p )/[n (1 − p/p )] is plotted on the ordinate against p/p on the abscissa (see Figure 9).
0 a 0 0
The plot should give a straight line y = a + bx within the relative pressure range 0,05 to 0,3. It is a requirement
that the intercept a be positive. The slope b = ∆y/∆x = (C − 1)/(n C) and the intercept a = 1/(n C) may be
m m
determined by linear regression. From this the monolayer amount
1
n = (2)
m
ab+
12 © ISO 2010 – All rights reserved
---------------------- Page: 16 ----------------------
ISO 9277:2010(E)
and the BET parameter
b
C=+1 (3)
a
can be derived.
Key
y = (p/p )/[n (1 − p/p )] left hand side of the BET equation 1 multipoint BET fit
0 a 0
p/p relative pressure of the adsorptive 2 single point BET line
0
a intercept on the ordinate 3 experimental data points
∆x change in the absci
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.