技术分享 | 比表面及孔径分析仪氪气（Kr）测试方案

更低的饱和蒸汽压

氮气在77K的P₀：~760 mmHg（大气压）

氪气在77K的P₀：~2.5 mmHg（非常低）

物理吸附的横坐标是相对压力。对于BET计算的关键区域（P/P₀ ~0.05-0.3）：

使用N₂时，绝对压力范围约为 38 - 228 mmHg。

使用Kr时，绝对压力范围仅为 0.125 - 0.75 mmHg。

带来的优势：在相同的相对压力下，Kr系统的绝对工作压力比N₂系统低2-3个数量级。这意味着，同样微小的吸附量变化，在Kr的低压系统中会引起更大幅度的相对压力变化，从而被压力传感器更灵敏、更精确地检测到。

更高的原子量与摩尔体积
虽然STP下任何气体的摩尔体积都是22.4 L，但Kr的原子量（83.8 g/mol）远大于N₂的分子量（28 g/mol）。

带来的优势：在标准状态下，相同体积的Kr气体所包含的原子数远少于N₂的分子数。因此，覆盖相同的表面积，所需要的Kr气体体积（在STP下）要比N₂小得多。

综合效果：
假设一个表面积为1 m²的样品形成一个单分子层：

大约需要 3.2 cm³ (STP) 的N₂ 气体。

大约仅需 0.67 cm³ (STP) 的Kr 气体。

这意味着，对于同一个低表面积样品，仪器需要测量的气体体积变化量，使用Kr时比使用N₂时小约5倍。这使得仪器在量程和精度上都能更好地匹配低吸附量的情况，从而获得可靠的数据。

1.3 历史与技术发展背景

工业需求驱动：随着材料科学的发展，特别是在催化剂、航空航天（隔热材料）、电子（薄膜材料）等领域，出现了大量低表面积但性能关键的材料。这些材料的表征需求无法用N₂满足。

理论基础的完善：BET理论是普适的，不依赖于特定吸附质。科学家们通过研究Kr的物化性质（如其在液氮温度下的P₀），并将其成功应用于BET方程，建立了成熟的Kr测试方法论。

仪器技术的进步：早期的吸附仪压力传感器精度有限，Kr的低压工作范围正好能匹配高精度传感器的量程，从而推动了Kr分析选项成为商业仪器的标准配置。

图2：焦煤Kr@77K等温线

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