一种根据动态响应过程计算吸附量的方法与流程

本发明涉及吸附测试，特别涉及一种根据动态响应过程计算吸附量的方法。

背景技术：

1、物理吸附技术被广泛地应用到固体材料的比表面积，孔径分布，吸附量等分析中，氮气在液氮温度下，氩气在液氩温度下的测试是其常用的分析手段。在测试时，样品需要维持在相应温度的控温介质中，整个分析过程要不断升高压力或降低压力，待吸附平衡后，结合气体方程，即可计算出在恒定的温度下，不同的分压下，样品的吸附量，即等温线。

2、物理吸附仪包括低压物理吸附和高压物理吸附，都需要得到相应恒定测试温度下的等温线。不管是低压物理吸附还是高压物理吸附测试，等温线的采集往往需要采集多个分压下的数据，耗时非常长。当使用液氮或液氩作为控温介质时，其会不停挥发，造成液面不断下降，导致测试过程中的自由空间不断变化，从而给吸附量的计算带来许多困惑和不确定性。

3、为了解决自由空间变化的问题，专利公开号为“cn 115266466 a”、专利名称为“一种新型自由空间控制的吸附装置及吸附量计算方法”的专利申请文件披露了一种新型自由空间控制的吸附装置，该技术方案可实现自由空间(第一自由空间和第二自由空间的简称)精准调节，可全程实时计算更新有效自由空间，不受环境变化对有效自由空间的影响，辅助以算法，可有效地排除非理想系数和复杂的背景噪音对测试的影响。然而这种方法，还存在以下问题：

4、在使用第一自由空间控制套件和第二自由空间控制套件时，成本将会大大提高；而且测试过程较为复杂，导致测试时间被极大地延长。

5、为解决上述技术的缺陷，本发明提出了一种根据动态响应过程计算吸附量的新的解决方案。

技术实现思路

1、为了解决自由空间易受液面位置、室温变化等环境因素影响而变化及测试背景误差所导致的问题，本发明提出了一种根据动态响应过程计算吸附量的方法。本发明的技术方案是这样实现的：

2、本发明公开了一种根据动态响应过程计算吸附量的方法，所述方法使用一种结构系统，所述结构系统包括吸附测试系统、动态响应系统、用于根据动态响应系统数据计算待测物质吸附量的计算及控制模块；

3、吸附测试系统包括标准管、真空阀、进气阀、测试管、控温模块；测试管通过管道连接标准管；测试管连接有第一压力传感器；标准管连接有第三压力传感器和温度传感器；控温模块用于控制测试管的测试温度；真空阀和进气阀分别通过进气管和抽气管连接标准管；

4、动态响应系统包括空白管、空白管连接有第二压力传感器、空白管通过管道连接标准管；

5、计算及控制模块通过有线或无线的方式连接控温模块、真空阀、进气阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和温度传感器；

6、所述方法包括自由体积差计算、吸附测试、动态响应和吸附量计算：

7、自由体积差计算：

8、分别测试测试管和空白管处于常态温度trt部分和测试温度tat部分的自由体积，并计算自由体积差；

9、其中，处于常态温度trt部分：

10、测试管的自由体积值为v_t_rt，空白管的自由体积值为v_blk_rt，两者的自由体积差为deltav_rt＝v_blk_rt-v_t_rt；

11、处于测试温度tat部分：

12、测试管的自由体积值为v_t_at，空白管的自由体积值为v_blk_at，两者的自由体积差为deltav_at＝v_blk_at-v_t_at；

13、吸附测试：

14、在标准管投入气体量为qin_t的气体，气体扩散到测试管中并达到平衡压力p_equ；

15、此时，标准管内剩余气体量为qleft_t，标准管内气体减少量qdecrease_t＝qin_t-qleft_t；

16、平衡压力p_equ下，待测样品的吸附量qamount＝标准管内气体减少量qdecrease_t-测试管内气体游离量qfree_t-测试管内背景噪音值qbg_t；

17、测试管内气体游离量qfree_t及背景噪音值qbg_t通过动态响应系统数据计算获得；

18、动态响应：

19、在空白管内建立和测试管平衡压力值p_equ一致的平衡压力p_equ_blk：

20、打开气阀，向标准管投入气体量为qin_blk的气体，气体扩散入空白管中并达到平衡压力p_equ_blk；

21、此时，标准管内剩余气体量为qleft_blk，标准管内气体减少量qdecrease_blk＝qin_blk-qleft_blk；

22、此时，qdecrease_blk为空白管内气体游离量qfree_blk与空白管背景噪音值qbg_blk的总和；

23、即，qdecrease_blk＝qfree_blk+qbg_blk；

24、根据气体状态方程计算空白管和测试管内游离气体差异量qdiff；

25、qdiff＝p_equ_blk*deltav_rt/r/trt+p_equ_blk*deltav_at/r/tat；

26、上式中，r为气体常数；

27、qfree_t+qbg_t＝qfree_blk+qbg_blk-qdiff＝qdecrease_blk-qdiff；

28、吸附量计算：

29、计算测试管内待测样品的吸附量qamount：

30、qamount＝qdecrease_t-qdecrease_blk+qdiff。

31、需要说明的是，本发明中的“常态温度trt部分”和“测试温度tat部分”分别指的是测试管或空白管未没入控温介质的部分以及没入控制介质的部分。

32、未没入控温介质的部分因为和外部接触，所以为常态温度部分；没入控温介质的部分因为和控温介质接触，温度为测试温度部分。

33、优选地，还包括数据储存；将所述自由体积差计算、所述吸附测试和所述动态响应的计算结果储存入计算及控制模块，用于下次吸附测试。

34、需要说明的是，本发明中的自由体积差计算、所述吸附测试和所述动态响应的计算的步骤并无前后顺序，本领域技术人员可以根据需要自主选择前后操作及计算顺序，并在得到所有计算结果后计算出待测样品的吸附量。

35、优选地，当所述测试管不盛装待测样品时，所述测试管作为空白管使用；当所述空白管盛装样品时，所述空白管作为测试管使用。

36、作为本发明的优选实施方案，本发明中的测试管和空白管可以为一根管。只需要通过前后两次测量，一次测量盛装样品时的数据，一次测量未盛装样品时的数据，前后两次测量前，保持控温装置内液面位置一致，就能实现本发明的计算方法。而且，系统有多根管时，每根管都可以同时充当空白管或测试管，这样能够同时进行多项测试。

37、优选地，所述常态温度为室温或所述标准管的保温温度。

38、作为可选择的技术方案：

39、当常态温度为室温时，这时系统直接暴露在空气里，常态温度trt部分和外部空气直接接触，这样系统结构更加简单，操作起来也更加简单。

40、当常态温度为标准管的保温温度时，则需要在测试管或空白管的外部添加保温套，保温套用于将常态温度trt部分和外部空气隔离，并与标准管所处的保温环境一致，这样测试管或空白管的测试数据不会受到外界温度变化的影响，误差更小，最后的吸附量结果更加精确。

41、优选地，所述动态响应过程包括如下步骤：

42、在空白管内分别建立与平衡压力p_equ接近的平衡压力p_equ_blk_1和p_equ_blk_2，基于p_equ_blk_1和p_equ_blk_2，通过内插法计算所述空白管的平衡压力为p_equ_blk时所对应的qdecrease_blk。

43、优选地，所述动态响应过程包括如下步骤：

44、在空白管内分别建立与平衡压力p_equ接近的平衡压力p_equ_blk_1和p_equ_blk_2，基于p_equ_blk_1和p_equ_blk_2，通过内插法计算所述空白管的平衡压力为p_equ_blk时所对应的qdecrease_blk-qdiff。

45、作为优选的技术方案：因为在空白管内建立平衡压力时，受限于现有技术的限制，无法做到与标准管的平衡压力p_equ的值完全相同，这时，尽管可以近似地认定空白管内的平衡压力与标准管的平衡压力相同，但为了提高数据的精确性，本发明采用前后两次在空白管建立平衡压力，这样，通过内插法，将平衡压力p_equ的值代入空白管的两次平衡压力所存在的内插关系中，就能计算出当空白管内的压力数值与标准管的平衡压力p_equ的值完全相同时，空白管内气体游离量qfree_blk与空白管背景噪音值qbg_blk的总和qdecrease_blk。

46、优选地，所述测试管的数量至少为1，所述空白管的数量至少为1。

47、优选地，先在空白管内投气得到平衡压力p_equ_blk后，再在测试管内建立和空白管平衡压力p_equ_blk一致的平衡压力p_equ。

48、优选地，在吸附量计算过程中，根据气体状态方程计算空白管和测试管内游离气体差异量qdiff时，引入压缩因子以计算真实气体所对应的气体量；

49、根据真实气体状态方程计算空白管和测试管内游离气体差异量qdiff；

50、qdiff＝p_equ_blk*deltav_rt/r/trt/zrt+p_equ_blk*deltav_at/r/tat/zat。

51、优选地，所述空白管处于测试温度tat部分的自由体积值v_blk_at与所述测试管的自由体积v_t_at的差deltav_at等于样品体积vsmp。

52、本发明的优点如下：

53、本发明无需使用复杂的自由空间控制套件，能实现自由空间的动态响应，可以消除温度梯度对测试结果的影响，也可扣除仪器本身硬件所导致的测试背景噪音，不仅适合高低温测试，也适合低压和高压测试，操作方便，极大地提高了测试速度和精度。