Gasadsorption: Bestimmung der spezifischen Oberfläche (BET-Oberfläche)

Spezifische Oberfläche (BET-Oberfläche)

Kühlt man einen Feststoff auf eine konstante Temperatur ab und dosiert eine bestimmte Menge Gas in den Probenraum, so lagert sich ein Teil der Gasmoleküle an der Oberfläche an. Dieser Vorgang wird zur Bestimmung von Oberflächen, aber auch zur Porenanalyse, ausgenutzt. Aus praktischen Erwägungen hat sich als Standardmethode die Stickstoffadsorption bei der Temperatur von Flüssigstickstoff (77K) durchgesetzt.

Messmethode

Die Bestimmung der spezifischen Oberfläche erfolgt traditionell mit der sogenannten BET-Methode im Relativdruckbereich 0,05 – 0,3. Mit Hilfe der BET-Gleichung wird aus der adsorbierten Gasmenge die Menge an Adsorbat berechnet, die auf der Oberfläche eine Schicht, die sogenannte Monoschicht, ausbildet. Die Anzahl der Mol in der Monoschicht V_m multipliziert mit der Avogadrozahl N_A und dem Platzbedarf eines Moleküls (Stickstoff: a_m = 0.162 nm²) ergibt die BET-Oberfläche O_sp.

Für sehr kleine BET-Oberflächen wird die Adsorption von Krypton bei 77 K angewendet, diese erfordert im Vergleich zu BET-Standardgeräten eine etwas teurere Messtechnik (Turbomolekularpumpe, Niederdrucksensoren).

Vorteile

Die BET-Methode führt zu einem Oberflächenparameter, mit dem man unterschiedliche Proben sehr gut vergleichen, einteilen und bewerten kann und der Poren (Mikro-, Meso- und Makroporen), Rauhigkeiten und Partikelformen messtechnisch mit berücksichtigt. Die Messungen erfordern einen relativ geringen personellen Aufwand. Die BET-Oberfläche wird auch aus einer kompletten Adsorptions- und Desorptionsisotherme berechnet und in diesem Fall als ergänzender Parameter zu Porenvolumen und Porengrößenverteilung hergenommen.

Beispiel

Im Folgenden ein Beispiel für die BET-Auswertung im allgemeinen Gültigkeitsbereich und im eingeschränkten Bereich. Die BET-Auswertung von p/p₀= 0,05–0,3 ergibt eine spezifische Oberfläche von 1009 m²/g bei einem Korrelationskoeffizienten von 0,9989. Schränkt man für die untersuchte mikroporöse Aktivkohlefaser die BET-Auswertung auf p/p₀= 0,01–0,08 ein, so ergibt sich eine spezifische Oberfläche von 1163 m²/g bei einem Korrelationskoeffizienten von 0,99999. Eine solche Eingrenzung des Auswertebereiches ist für mikroporösen Stoffe erforderlich und sollte bei entsprechenden Auswertungen und Datenblättern mit angegeben werden.

Literatur