近日，理化联科（北京）仪器科技有限公司发布其首款基于非定域密度函数理论（NLDFT）的物理吸附等温线数据处理软件，结束了国外吸附分析软件在这一领域的长达20年的主导地位，填补了国内这一科研领域的空白，并取得了突破性的进展。基于统计力学发展起来的NLDFT吸附分析法，在微观分子结构层面上描述吸附剂的吸附现象，是目前最先进的微介孔分析方法。这种方法具有获得微介孔材料真实比表面及孔径的能力,并且可以在微介孔全范围内区分微孔面积和外表面积。在科研领域，该方法已被公认为最流行的物理吸附分析方法，并得到广泛的应用。iPoreDFT具有自主知识产权，弥补了现有国外分析软件将孔径分布模型人为划区组合的缺陷，可以在吸附等温线全域范围内找到相应孔型，并确定其含量比例。本次发布的iPoreDFT1.0版本拥有6个基础模型：1. 基于碳材料，氮气在77K温度下的裂隙孔模型2. 基于碳材料，氮气在77K温度下的柱状孔模型3. 基于碳材料，氮气在77K温度下的球形孔模型4. 基于分子筛，氩气在87K温度下的裂隙孔模型5. 基于分子筛，氩气在87K温度下的柱状孔模型6. 基于分子筛，氩气在87K温度下的球形孔模型上述模型提供任意两种或三种基础模型的混合模型，如氮气在77K温度下的裂隙孔+柱状孔混合模型。混合模型的加入可以大大减小拟合误差，获取更加真实的孔径分布及比表面值。因此，这些基础模型实际可组合出至少16种孔径分布模型。上图：生物碳材料选取裂隙孔+筒形孔复合模型拟合曲线，拟合误差小于1%上图：上述生物碳材料选取裂隙孔+筒形孔复合模型下的孔径分布图上图：一种氧化物材料选取裂隙孔+筒形孔+球形孔复合模型拟合曲线，拟合误差小于1%上图：上述氧化物材料选取裂隙孔+筒形孔+球形孔复合模型下的孔径分布图理化联科（北京）仪器科技有限公司拥有近30年气体吸附分析仪器领域的专业团队，通过国际合作及自主创新，以革命性的新一代iPore系列物理吸附分析仪为先导，工以匠心，追求极致，引领比表面分析的重复性和准确性达到崭新的高度。理化联科将不断开发新的DFT模型，以满足沸石分子筛和MOF/COF孔径分布研究的需要。

图1  iPore 600三站全自动微孔物理吸附分析仪和iBox 26 全自动智能脱气站 进入21世纪，研究和发展纳米技术、多孔材料的浪潮席卷全球。近几年来，由于各种科技手段的飞速发展，深刻的影响了材料科学研究的方方面面，包括智能材料，复合材料，生物工程，航空和航天技术，新能源材料，环境保护，电子半导体材料等等。其中，多孔材料的比表面积和孔径分析也是必不可少的表征手段。 理化联科（北京）仪器科技有限公司在iPore400型多站超低比表面积重复性分析取得重大突破之后，经过一系列技术创新，iPore 600三站全自动物理吸附分析仪的真空度进一步提高，相对压力P/P0达到10-10级别，使得用氮气分析0.4nm级别的微孔分布成为可能。图2  iPore 600测定沸石分子筛的吸附等温线和等温线局部放大图图3  iPore 600测定硬碳材料的DFT孔径分布图 表1 沸石分子筛标准品氩气吸附比吸附量重现性（重复测定四次吸附等温线，记录压力点P/P0 = 1.0 *10-5，1.0 *10-4，1.0 *10-3，1.0 *10-2，1.0 *10-1的吸附量）表2  l 用SF计算沸石分子筛标准品峰值孔径和微孔体积从表1和表2可以看出，iPore 600全自动物理吸附分析仪微孔分析具有良好的重现性，并已经实现了0.4nm的微孔分布表征，实现了孔径分析的历史性突破，具有里程碑意义。

iChem 700 和 iMS 770 联用 – 构成强大的催化剂表征/定量定性分析系统众所周知，在催化剂的研究中，定量分析以测定催化剂某一元素或化合物的量，定性分析以测定催化剂中某一元素或化合物的存在。定量和定性的组合联用对催化剂的研发过程中催化剂的表征、定量定性分析，形成完整的分析体系，对催化剂的研究起着至关重要的作用。iChem 700全自动化学吸附仪提供高质量的定量分析，iMS 770全自动在线质谱仪提供高质量的定性分析。iChem 700 全自动程序升温化学吸附仪 - 先进的催化剂表征/定量分析系统催化剂性能表征是评判催化剂性能的重要指标，其中催化剂的动力学指标最为重要。对于固体催化剂而言，同样重要的还有宏观结构和微观结构指标。催化剂性能的动力学表征衡量催化剂质量的最实用的三大指标，是由动力学方法测定的活性、选择性和稳定性，是活性催化剂提高化学反应速率的性能的一种定量表征。固体催化剂微观结构和性能表征结构固体催化剂起催化作用的部分是表面或表面若干层的原子所组成的活性中心。iChem 700 全自动程序升温化学吸附仪, 作为市场上配置优越的此类仪器，其性能卓越不言而喻。其硬件配置包括，6个高性能质量流量计，4个六通阀，2个三通阀，1个高温炉，1个蒸汽发生器，1个冷阱，1个高灵敏度TCD检测器，3个压力传感器，内部有4个温控区（分别为内部管路和阀门， TCD， 蒸汽， 高温炉）。14种规格的LOOP环可选。也许大家有兴趣了解，高配置的化学吸附仪有什么优点？其优点是显而易见的。1. 六个质量流量计：全自动化学吸附仪采用固体-气体两相反应，所以精确控制每一路气体的流量是确保分析数据质量的保障。2. 三个压力传感器：这样的设计，确保在制备，载气，分析气路的主管路上均配有压力传感器。实时检测各个主管路的压力变化，及时发现管路中可能有的堵塞。确保管路的随时通畅。进而保证分析数据的质量。3. 十四种LOOP环的选择：在不同的催化剂和催化剂不同的研发阶段，满足催化剂研发需要，并保证了低负载金属，小样品量，高负载金属，大样品量等各种情形下的需求。在有了上述高配置的仪器基础上，仪器的各项分析功能就有了强有力的保障：1. TPD分析（包括NH3-TPD）：程序升温脱附，将已吸附吸附质的催化剂按预定的升温速率加热，得到吸附质的脱附量与温度的关系。主要用于研究吸附质与吸附剂之间的结合情况。 NH3-TPD分析可以提供催化剂的酸性位信息。2. TPR分析：程序升温还原，是将金属氧化物，混合金属氧化物和分散于载体上的金属的表面进行还原，从而获得金属氧化物与被还原的温度之间的关系。3. TPO分析：程序升温氧化，用于积碳催化剂的烧炭再生的考察，也用于研究气相氧与催化剂表面吸附氢和表面氧空位的反应。TPO确定催化剂在完成TPR之后重新被氧化，被氧化的部分占总共被还原部分的比例，用以反映催化剂的循环氧化还原性能。4. TPS分析：程序升温硫化，是一种研究催化剂是否容易“硫化”的有效，简单的方法。5. TPSR分析：程序升温表面反应，在一定程度上弥补了TPD的不足，将TPD和表面反应结合起来，对催化剂的研究提供了一种新的手段。6. 脉冲化学吸附分析：用以分析金属分散度和活性金属的尺寸。每一次脉冲注入的反应气体量由LOOP环的体积决定。脉冲化学吸附提供了一种分析活性金属表面积，催化剂金属分散度及活性金属颗粒大小的方法。7. 动态BET比表面分析：用以分析催化剂的比表面积，尤其是在各种化学吸附之前和化学吸附之后的BET比表面积的比较。与此同时，iChem 700的软件功能也包含了仪器控制和数据处理两个部分，同样具有强大的功能。从以上看出，iChem 700 全自动程序升温化学吸附仪，能够完成各种催化剂的表征和定量分析，成为催化剂研发和质量控制的有效手段和保障。iMS 770全自动在线质谱仪 – 催化剂定性分析系统iMS770质谱分析系统是分析大气压力下进样气体的紧凑型台式分析系统，是气体分析领域完美的解决方案，特别是在催化领域，iMS-770质谱分析系统集成了德国Pfeiffer Vacuum的核心组件。采用进口的一套进气装置，PrimaPlus质谱仪，干式膜片泵和HiPace涡轮分子泵。iMS-770质谱软件采用德国Pfeiffer Vacuum原装的分析操作软件，可对多达128种不同质量数的气体进行定性分析。其特点如下：1.采用四极质谱仪作为核心检测器，背景噪音低，检测限达到1ppm 2.高灵敏度离子源，采用镀氧化钇的铱灯丝，抗氧化能力强，寿命长。3.真空度和电流双重保护，防止系统误操作或突然漏气。4.分辨率为0.5-2.5amu，优化信号的强度，稳定性优于3% Ar。5.偏压技术和场轴技术，增强离子透过率，降低背景干扰。6.分子泵、前级泵产生干燥无油的测试环境，对不同气体有良好的抽气能力。7.高真空的分析室腔体，保温200℃。8.毛细管分流进样， 进样温度200℃，分流比例可调节。9.现场维护进样毛细管、离子源、灯丝、分子泵、前级泵等。10.分子泵，冷却类型，空气；轴承：复合轴承，使用寿命长。11.专用软件，操作简单，界面友好。iChem 700 和 iMS 770 联用 – 将质谱仪iMS 770的进气毛细管插入化学吸附仪 iChem 700的尾口，也就是经过化学吸附反应后生成的气体在流经化学吸附仪的TCD检测器后，进入质谱分析仪，在经质谱检测器的分析。这样的分析组合可以给催化剂研发人员对所研究的催化剂有一个更完整的表征。无论是在iChem 700化学吸附仪上做的TPD，TPR，TPO，脉冲化学吸附等各种实验，均可以将TCD分析后的气体，再引入到质谱检测器分析。综上所述，iChem 700对催化剂所做的定量分析和iMS 770对催化剂所做的定性分析，构成了催化剂的完整的表征系统，是催化剂研发人员必不可少的联用分析手段。

近期，由中国颗粒学会主持召开的“理化联科iPore400全自动比表面积及孔径分析仪技术鉴定会”在北京成功举办。iPore400得到了众位中国颗粒学会权威专家的高度评价，成功通过科技成果鉴定。鉴定会主席 岳光溪院士鉴定会主持人 陈运法理事长中国工程院院士、清华大学能源与动力工程系教授岳光溪担任会议主席，中国颗粒学会理事长、中国科学院过程工程研究所研究员陈运法主持了鉴定会。鉴定委员会专家组成员包括清华大学教授魏飞、中国计量科学研究院研究员王海、北京市理化分析测试中心研究员周素红、吉林大学研究员邹永存、中国科学院大连化学物理研究所邵建平以及中国科学院过程工程研究所研究员杨秀红、李长明。iPore400全自动比表面积及孔径分析仪“低比表面积/超低比表面积”样品的多孔性分析是一个具有挑战性的课题。近年来，锂电池行业发展迅猛，亟需精确地表征正负极材料的物理性能，将比表面积测试的长期稳定性控制在1%以内，对于锂电相关企业意义重大。理化联科（北京）仪器科技有限公司自组建以来，将公司骨干成员20多年来在颗粒和多孔材料表征领域的理论和经验转化为实践，立志面向国内外市场，根据中国用户的使用环境，克服小表面样品的测定难题，打造了BET比表面积测定重现性真正达到1%的物理吸附分析仪器——iPore 400型，并按照国际标准组织研发和生产物理吸附分析仪系列产品，取得了决定性突破。杨正红汇报项目研制过程和技术路线袁新华汇报检测报告及查新结果鉴定委员会实地考察仪器性能和使用会议期间，理化联科总经理杨正红就该项目的研制过程和技术路线做了详细报告；袁新华经理则汇报了仪器测试情况、第三方检测报告、既有用户的测定报告和查新结果等。与会专家还实地参观和考察了中科院过程所购置的iPore 400使用现场，并听取了用户意见。经过严格的审查和热烈地讨论，专家们给出如下鉴定结论：iPore 400全自动比表面积及孔径分析仪项目组针对传统氮气吸附物理吸附分析仪难以测量低比表面积及微量样品测量重现性差的技术难题，提出了全域恒温、压敏死体积恒定技术、本底扣除技术、等温体加热炉技术、32位电子电路系统新思路。经上述技术创新和改进，并经过实验多次验证，iPore 400比表面积及孔径分析仪性能达到：（1）脱气站精确控温到0.02℃，脱气温度高到600℃，并可以进行压力控制脱气；（2）仪器的比表面重复性偏差：0.1%；（3）仪器的比表面重现性偏差：优于1%；（4）氮吸附比表面测量标称下限值：0.005m2/g；（5）氮吸附测量下限：最低至P/P0 1×10-5。 鉴定委员会委员一致认为：理化联科iPore 400全自动比表面及孔径分析仪综合性能达到国际先进水平，在氮气静态物理吸附低比表面积的测量上达到国际领先水平。技术鉴定会现场

两年一届的全国催化学术会议于2021年10月15-19日在武汉国际会议中心隆重召开。来自全国各地的业内专家学者、学生、企业，超过3000人参加了本次会议。理化联科（北京）仪器科技有限公司受邀参加本次催化盛宴，携公司主打产品物理吸附分析仪亮相会展，得到了众多专家和专业人士的关注。

2021年4月8日，理化联科（北京）仪器科技有限公司（PHYSICHEM INSTRUMENT CO. LTD）在深圳国际石墨烯论坛展出其全新的全自动比表面积及孔径分析仪iPore 400，全自动智能脱气单元iBox 26。 理化联科（北京）仪器科技有限公司在本次论坛上发布适合于分析石墨烯的比表面积和孔隙的最新型比表面积及孔径分析仪iPore 400, 及其全自动智能脱气单元iBox 26，引起与会代表的浓厚兴趣。 众所周知，各国科学家很早就对石墨的研究和应用有着浓厚的兴趣，但是科学家们在做了各种尝试之后，始终无法获得石墨烯（石墨烯就是单层或少于10层的石墨）。直到10年前，英国曼彻斯特大学的安德烈.杰姆和康斯坦丁.诺沃肖成功的制备出石墨烯，从此翻开了石墨烯研究的新篇章。 石墨烯的厚度只有发丝直径的二十万分之一，但是其抗拉强度却远超很多金属材料。石墨烯是单层碳原子以sp2杂化轨道组成的片状连续六边形材料。因此它的厚度只有一个碳原子厚，是区别于碳纳米管的二维材料。石墨烯具有良好的导电性，导热性，优异的化学稳定性，优良的力学性能。 正是因为石墨烯的上述特性，石墨烯的应用领域非常广泛，应用前景非常乐观。在科研人员对石墨烯的研究过程中，分析石墨烯的比表面积和孔隙尤其重要。因为石墨烯是一种具有很大比表面积的材料。如何准确的分析石墨烯的比表面积，对石墨烯的深入研究至关重要。 理化联科（北京）仪器有限公司的iPore 400全自动比表面积及孔径分析仪为石墨烯的研究提供了全套的解决方案。 欢迎大家在论坛举办期间，前往展台参观理化联科（北京）仪器科技有限公司的仪器，或拨打400-860-5168转4685，向我们的技术人员了解仪器的详情。

2021 年 3 月 19 日，理化联科（北京）仪器科技有限公司（PHYSICHEM INSTRUMENT LTD.）携全自动比表面积及孔径分析仪 iPore 400，全自动比表面积及微孔分析仪 iPore 600，全自动膜孔径分析仪 iPore 900, 全自动真密度分析仪 iPyc 10，全自动智能脱气单元 iBox 26亮相第十四届中国国际电池技术交流会/展览会 CIBF 2021。理化联科（北京）仪器科技有限公司在本次交流会/展览会上发布适合于分析新能源类超低比表面积的最新型比表面积及孔径分析仪 iPore 400, 适合于分析电池隔膜的全自动膜孔径分析仪 iPore 900, 适合于分析电池正负极材料真密度的 iPyc 10。众所周知，随着近些年电池工业的快速发展，对电池正负极材料的超低比表面积样品的分析需求也日益增多。电池的正极材料、负极材料、膜材料，其超低的比表面积给比表面积分析仪提出了前所未有的挑战。iPore 400全自动比表面积及孔径分析仪提供了快速、准确的分析方案。根据国际标准 ISO9277，其允许的误差范围，显然不能满足电池正极材料，负极材料和膜材料的比表面积分析的要求。这样，如何满足电池正极材料，负极材料，膜材料的比表面积分析的要求，就是摆在我们面前的困难。iPore 400全自动比表面积及孔径分析仪为了满足电池正极材料、负极材料、膜材料的超低比表面积分析的要求，首先从高精度的样品脱气制备入手。iBox 26是全世界第一台温度高达600度，带有智能控压功能和多种脱气方式可选的智能全自动脱气系统。全新的智能型脱气单元 iBox 26为电池正极材料、负极材料、膜材料的比表面积分析提供了技术保证。在 iBox 26提供了完美的样品制备之后，采用了 5S 标准设计制造的最新一代iPore 400全自动比表面积分析仪为电池正极材料、负极材料、膜材料的比表面积分析提供准确的数据，定能满足电池行业的研发和生产质量控制的要求。最后欢迎大家前往7T020-1展台参观理化联科（北京）仪器科技有限公司的仪器，或访问www.physi-chem.com, 了解仪器性能。

2021年3月19-21日，理化联科（北京）仪器科技有限公司参加了在深圳举行的第十四届中国国际电池技术交流会/展览会 CIBF 2021。期间理化联科公司展出的全系新产品吸引了众多用户参观。 iPore 400 – 全新一代数字式高端比表面积及孔径分析仪在展览引起巨大反响全自动比表面积及孔径分析仪iPore 400和全自动智能脱气单元iBox 26引起了广大用户的极大兴趣。很多用户来到公司的展台前详细了解iPore 400和 iBox 26的性能和技术参数，并实际操作仪器，现场感受全新一代比表面积及孔径分析仪iPore 400 的科技感及其准确的分析数据。iPore 400 这一革命性的全新一代数字式全自动物理吸附仪，采用欧盟标准设计制造，唯一满足5S标准，配合iBox 26 全自动数字式智能脱气单元，带给新能源行业崭新的体验，将超低比表面积的电池样品的分析精度提升到新的高度。在iPore 400数字式全自动物理吸附仪在市场上出现之前，新能源行业的用户饱受低比表面积样品分析精度不高及重复性差的困扰。众所周知，物理吸附仪的技术难度不在于对超大比表面积/大比表面积样品的分析，技术难度更多的是对低比表面积的样品分析。传统的比表面积及孔径分析仪，很好的解决了超大比表面积/大比表面积样品的分析要求，但是从未很好的解决低比表面积样品/超低比表面积样品的分析问题。在这样的背景下，iPore 400 横空出世，完美的解决了这个问题。更值得一提的是，iPore 400 不仅解决了低比表面积样品/超低比表面积样品的分析问题，而且还满足了小样品量的问题。iPore 900 – 首台中国制造高端膜孔径分析仪在中国国际电池技术交流会/展览会展出理化联科（北京）仪器科技有限公司作为中国高端分析仪器的代表，隆重推出全新设计制造的iPore 900 全自动膜孔径分析仪，并于近日在中国国际电池技术交流会/展览会亮相。膜孔径分析仪也称为泡压法滤膜孔径分析仪（BUBBLE PRESSURE METHOD FILTER MEMBRANE PORE SIZE ANALYZER），过滤材料孔径分析仪，泡点孔径分析仪。iPore 900 – 全自动膜孔径分析仪 (CAPILLARY FLOW POROMETER) 符合ASTM F316-08 和 GB/T 32361-2015 分离膜孔径测试方法的要求。iPore 900 全自动膜孔径分析仪可用于锂电池隔膜，高分子薄膜，纺织布，过滤材料，陶瓷，粉末冶金等通孔孔径的分布及液体渗透率的分析。其测定方法为应用气体或液体渗透压力从毛孔中驱排流体的分析方法，并根据WASHBURN方程计算孔径大小，同时可以进行渗透率的分析。分析报告中包含：干湿曲线及半干曲线图，孔径分布图，最大孔径，最小孔径，平均孔径及气体渗透率等。 锂电池隔膜的孔径分布，最大孔径，最小孔径的数据对锂电池的最终性能起到至关重要的作用。iPore 900，作为最新款的膜孔径分析仪iPore 900为锂电池隔膜的研发和质量控制起到至关重要的作用。欢迎您联系我们，给我们机会向您展示理化联科公司产品的卓越性能和精准数据。欢迎致电 400-860-5168转4685， 理化联科（北京）仪器科技有限公司的技术团队随时准备为广大用户提供服务。

石墨材料作为锂电池负极材料现在被广泛使用，作为锂电池的4大核心原材料之一，其技术性能的高低直接影响电池的品质及安全性能。石墨负极主要的理化指标，包括粒度、比表面积、振实密度压实密度和真密度、放电容量、首次效率等。除此之外，还有电化学指标如循环性能、倍率性能、膨胀等等。其中比表面积的测定是其品控中非常重要的环节之一。比表面积是指单位质量物体具有的表面积，颗粒越小，比表面积就会越大。小颗粒、高比表面积的负极，锂离子迁移的通道更多、路径更短，倍率性能就比较好，但由于与电解液接触面积大，形成SEI膜的面积也大，首次效率也会变低。大颗粒则相反，优点是压实密度更大。（见下图）国内主流生产商均采用静态容量法仪器测试石墨负极的比表面积，笔者通过多次的走访和调研发现。各家工厂测试比表面积时采用的脱气温度不尽相同，但限于目前市场上脱气站的控温能力范围，通常都会采用200-300℃的范围进行样品预处理脱气。最近应某韩国客户的要求，理化联科（北京）仪器科技有限公司采用最新款比表面仪iPore400及脱气站iBox26对一款人造石墨负极进行了比表面积测定。发现了一些石墨负极比表面值与样品脱气条件高度相关的现象，值得大家探讨和继续研究。为了更好展开对比实验，我们选取了国内某大厂的一款人造负极石墨作为样本，分4个脱气温度（100℃，200℃，400℃，400℃）进行脱气预处理，每批样品又分别做了6组平行样品，用于验证不同脱气温度下比表面值的测试差异。因理化联科的iBox26型脱气站具备压力测定及控制功能，因此我们在脱气过程中可以观察到样品管内压力的变化情况，便于判断脱气的完成程度。在完成第一组实验后，又将脱气时间从1小时延长至2小时，用同样的条件进行比表面值分析。分别得到了如下2组数据：比表面值-使用1小时脱气比表面值-使用2小时脱气综合2次数据得出脱气时间长短对于比表面值的影响通过以上数据分析，我们可以得出结论，对于该款人造石墨负极样品，使用100℃，200℃，300℃三种温度测试的比表面值数据均小于400℃的数据，而采用400℃脱气1小时及2小时的数据非常接近，说明该类样品脱气对于温度的敏感度很高。使用400℃脱气，在1小时以内就可以完全把样品内的水分脱干净。而较低的温度只能通过延长脱气时间来达到更好的脱气效果。人造石墨样品制备时一般会经历多次高温煅烧，因此400℃的温度不会对其结构产生破坏。因此此类样品采用较高温度脱气比单纯延长脱气时间效果更好。我们可以从另一个侧面了解理化联科iBox26脱气站使用400℃达到的脱气效果：上图为理化联科iBox26脱气站400℃脱气该石墨负极样品一小时后，样品管内压力降至3Pa，并持续稳定，达到了设备的真空极限。这更加直观的告诉我们，该样品经过不到一小时的脱气，表面水分已经挥发干净，不再有蒸汽产生。而该受控压力下脱气的标准在最近一版比表面测试国家标准中被明确要求，该方法有助于我们通过压力判断脱气的完成度，而以往我们往往仅通过经验来对脱气条件进行设定。下图为GB/T 19587-2017国家标准内第九页内截图。

近些年随着国内科技水平的提高和零配件全球化采购的发展，部分高端分析仪器陆续已经可以实现自主的生产、研发和制造，而在比表面积分析仪的研发和生产过程中，仪器的稳定性和可靠性一直是衡量物理吸附仪品质的关键因素，这也决定了生产企业的品牌是否真的能够让市场和用户同时认可。国产的物理吸附仪经过二十余年的技术发展，相关技术应用已经逐渐追赶上了进口产品的水平，但在设备的稳定性和可靠性上表现欠佳。在我国的仪器仪表行业发展过程中，分析仪器的稳定性和可靠性问题一直困扰着业内人士，并且在我国的仪器仪表行业国家规划中，这也是最为重要的组成部分。一些问题没有得到根本解决，导致国产高端比表面积物理吸附仪的稳定性和可靠性无法得到客户认知。1、基础和核心技术上的研究工作不足，导致缺乏创新及颠覆性技术的缺失。2、对外部环境对仪器的稳定性和可靠性所能造成的影响缺乏考虑，从而导致了在高端仪器的生产过程中可靠性和稳定性不够，市场竞争力明显不足。3、在生产过程中，往往对质量缺乏严格的要求，只以市场为导向，不以客户为中心，很少会对产品进行自主的研发和改进，而是只做技术的追随者。4、在核心传感器应用环节，关注方向过于片面，往往只考虑了仪器的灵敏度而忽略了稳定性和可靠性。如何解决高端比表面积物理吸附仪的稳定性和可靠性问题：1、改善仪器稳定性可靠性的根本在于对仪器的整体设计，也就是说在设计、材料选择、零部件加工、安装、性能调试、投入使用等一系列过程中，都应该制定严格的标准并准确无误的执行。2、在生产过程中开展质量控制工作也是保证仪器可靠性和稳定性的主要工作，严格执行设计方案，对仪器各个环节的生产制造进行管理和监督，严格控制质量，从而实现仪器的可靠性和稳定性。3、选用技术最为稳定的零配件，建立成熟稳定的供应商体系，也是保证高端比表面积物理吸附仪可靠性和稳定性的重要因素。4、建立勇于探索和敢于创新的研发团队，推动颠覆性技术的发展，真正意义上摆脱技术追随者的影子。5、解决系统干扰对于分析测试的影响，其主要分为三种形式：电器、电磁和背景非测量组分干扰。这些干扰因素往往具备不确定性和随机性等特点。理化联科（北京）仪器科技有限公司出品的iPore400型比表面积分析仪采用的最新的32位电路控制系统，将电气干扰最大程度的进行屏蔽。6、在比表面积分析仪的使用过程中，对其性能稳定性影响最大的因素就是系统气路和仪器内部由于系统的缺陷造成的污染问题，这种污染往往会造成仪器的分析误差，有效的设计方案可以最大程度的降低甚至杜绝气路污染的情况出现. iPore400型比表面积分析仪同时采用三套主动和被动式防污染技术，极好的保证了气路系统的清洁度，让具备EP级别的气路系统长期为客户提供有效的数据保证。7、在比表面积分析仪实际的应用过程中，仪器系统不稳定通常也会由于相关人员没有掌握正确的操作方法而引起，这种现象是较为普遍的。对此理化联科建立了行业内极为专业的服务团队为每一台iPore400型比表面积分析仪提供最为切实有效的售后服务。理化联科坚信优质产品与贴心服务的有机结合是建立行业名品必然的践行之路。结语从上述分析可知，我们在比表面积分析领域的发展已经取得了突破性的进步，不但可以满足中低端市场的应用需求，还可以在解决高端比表面积分析仪稳定性和可靠性的同时，更好的解决高端用户的使用需求。

石墨材料作为锂电池负极材料现在被广泛使用，作为锂电池的4大核心原材料之一，其技术性能的高低直接影响电池的品质及安全性能。石墨负极主要的理化指标，包括粒度、比表面积、振实密度压实密度和真密度、放电容量、首次效率等。除此之外，还有电化学指标如循环性能、倍率性能、膨胀等等。其中比表面积的测定是其品控中非常重要的环节之一。比表面积是指单位质量物体具有的表面积，颗粒越小，比表面积就会越大。小颗粒、高比表面积的负极，锂离子迁移的通道更多、路径更短，倍率性能就比较好，但由于与电解液接触面积大，形成SEI膜的面积也大，首次效率也会变低。大颗粒则相反，优点是压实密度更大。（见下图）国内主流生产商均采用静态容量法仪器测试石墨负极的比表面积，笔者通过多次的走访和调研发现。各家工厂测试比表面积时采用的脱气温度不尽相同，但限于目前市场上脱气站的控温能力范围，通常都会采用200-300℃的范围进行样品预处理脱气。最近应某韩国客户的要求，理化联科（北京）仪器科技有限公司采用最新款比表面仪iPore400及脱气站iBox26对一款人造石墨负极进行了比表面积测定。发现了一些石墨负极比表面值与样品脱气条件高度相关的现象，值得大家探讨和继续研究。为了更好展开对比实验，我们选取了国内某大厂的一款人造负极石墨作为样本，分4个脱气温度（100℃，200℃，400℃，400℃）进行脱气预处理，每批样品又分别做了6组平行样品，用于验证不同脱气温度下比表面值的测试差异。因理化联科的iBox26型脱气站具备压力测定及控制功能，因此我们在脱气过程中可以观察到样品管内压力的变化情况，便于判断脱气的完成程度。在完成第一组实验后，又将脱气时间从1小时延长至2小时，用同样的条件进行比表面值分析。分别得到了如下2组数据：比表面值-使用1小时脱气比表面值-使用2小时脱气综合2次数据得出脱气时间长短对于比表面值的影响 通过以上数据分析，我们可以得出结论，对于该款人造石墨负极样品，使用100℃，200℃，300℃三种温度测试的比表面值数据均小于400℃的数据，而采用400℃脱气1小时及2小时的数据非常接近，说明该类样品脱气对于温度的敏感度很高。使用400℃脱气，在1小时以内就可以完全把样品内的水分脱干净。而较低的温度只能通过延长脱气时间来达到更好的脱气效果。人造石墨样品制备时一般会经历多次高温煅烧，因此400℃的温度不会对其结构产生破坏。因此此类样品采用较高温度脱气比单纯延长脱气时间效果更好。我们可以从另一个侧面了解理化联科iBox26脱气站使用400℃达到的脱气效果：上图为理化联科iBox26脱气站400℃脱气该石墨负极样品一小时后，样品管内压力降至3Pa，并持续稳定，达到了设备的真空极限。这更加直观的告诉我们，该样品经过不到一小时的脱气，表面水分已经挥发干净，不再有蒸汽产生。而该受控压力下脱气的标准在最近一版比表面测试国家标准中被明确要求，该方法有助于我们通过压力判断脱气的完成度，而以往我们往往仅通过经验来对脱气条件进行设定。下图为GB/T 19587-2017国家标准内第九页内截图。

 iPore 系列比表面积及孔径分析仪自问世以来，以其出色的性能和稳定性获得用户的广泛赞誉和青睐。iPore系列之所以能突破氮吸附比表面积测定的极限，在0.005~0.2m2/g的范围内得以取代氪吸附测定超低表面积，为原料药及辅料比表面测定带来福音，除了采用多项领先技术外，对气路的精益求精也是原因之一。物理吸附仪可对固体材料的比表面积和孔径分布进行细致化分析，实现原理一般采用真空静态气体吸附法，是一种固体材料表面特征的定量分析。本文讨论的是比表面积测定仪气路的规划设计、材质选择与安装规范。真空静态气体吸附量的计算是获取比表面积和孔隙度等数据的根本，一套好的气路系统是保证比表面仪稳定工作的基础。无论是何种分析仪器，设计方案一定决定了这款仪器的分析能力与客户感受，对于物理吸附仪而言，分析气路的气密性、真空气阻、管路气容、气路长径比都关系到压力传感器是否能够获取最为有效的吸附量数据，而气路管道的布局和连接方式同样决定了安装与维修的难易程度，所以一台好的比表面积分析仪一定拥有一套优良的气路设计方案。气路管道的材质一般采用不锈钢或者黄铜，现阶段前者的技术进步及材料稳定性更具优势，所以绝大多数吸附仪厂家都选择使用不锈钢管设计自己的仪器气路。最常用的两种不锈钢是304和316，两者在化学成分上的最主要区别就是316含Mo，而且一般公认，316的耐腐蚀性更好些，比304在高温环境下更耐腐蚀。理化联科旗下所有吸附仪产品的气路管道均选用高端品牌所提供的316L材质不锈钢管道。品牌是产品性能与稳定性的保证，虽然高端品牌零配件的使用会使比表面积分析仪成本提升，但在产品性能和客户感受面前，这些都是微不足道的。PFEIFFER、FUJIKIN、CANON、VICI、世伟洛克、山特维克都为我们的产品稳定性提供保障，也使临界大孔孔径分布分析得以稳定的结果重现。使用低品质气路管道能导致什么呢？在物理吸附仪的使用过程中，对其性能稳定性影响最大的因素就是系统气路和仪器内部由于系统的缺陷造成的污染问题，这种污染往往会造成仪器的分析误差增加，甚至会造成仪器出现严重的故障导致运行受阻。下图是采用普通工艺生产未经过净化处理的管道所产生的污染物。绿色颗粒物为管壁脱落物。可想而知，脱落物对于一套气密性有极高要求的真空管路何其致命！如果脱落物卡滞在气路阀门密封区（下图中的阀芯位置），真空阀门将失去闭合能力，比表面积和孔径分析将无法顺利进行。气路管道内径越小，进行管壁净化处理的难度也就越大，对于不锈钢气路管而言，除了品牌、材质和生产工艺以外，最为重要因素就是钢管表面的处理方法，为进一步改善管道材料特性，对管道内外表面进行处理一般有四种方法：酸洗钝化(AP)、机械抛光（MP）、光亮退火(BA)和电解抛光(EP)处理工艺。通过表面处理后，管道材料的粗糙度减小，表面吸附性减弱。理化联科仪器的核心管路采用高品质EP级不锈钢管，在此就EP工艺进行一下简单介绍，电解抛光是利用阳极处理的方式，借由电化学的原理，适当地调整电压、电流、酸液组成、以及抛光时间，不但可以使表面达到明亮、顺滑、洁净的效果，更可以提升表面的抗腐蚀性，所以是最佳的亮化表面的方法，当然其成本和技术也相应的提高不少。比表面积分析仪气路管道的装配工艺和组装环境同样决定了气路系统的级别与品质，数控切割和激光焊接是保证气路精度和真空级别的优选工艺，十万级无尘车间装配为高端的物理吸附仪气路生产提供严格的环境支持。真空气路是比表面仪的重要组成部分，与设计优良的电控系统、真空组件、压力采集和分析软件协同工作，确保iPore系列为用户提供高精度高效率的比表面积和孔径数据分析。这些突破性的吸附技术对制药行业/锂电池材料/薄膜测定的应用具有重要意义：a)超低比表面样品测定具有高重复性、重现性和稳定性，并使得微量孔径分析成为可能（图1右），并得到了相当出色的结果。这为解决电子隔膜、超滤膜和纳滤膜的纳米孔分析奠定了基础。图1  一种电解质膜的BET比表面（左图），及吸附等温线和孔径分布（右图）。BET比表面积=0.0076m2/g！ 表1  低比表面石墨样品比表面平行测定实验BET比表面值（m2/g）   R > 0.9999六站测定重现性测定次数站号123456RSD1定投气量测试0.8781 0.8880 0.8940 0.8825 0.8878 0.8800 0.54%2定压测试0.8767 0.8760 0.8747 0.8747 0.8744 0.8816 0.25%同站测定重现性，RSD0.07%0.60%0.96%0.39%0.67%0.08%*0.61%*12次测量结果的标准差b)用氮吸附实现替代氪吸附：也就是说，一台全部采用上述新技术的仪器可以全部满足药企各种比表面的测定需求。c)在标准“介孔仪器”配置上实现氪吸附：可以在标准配置（机械泵和1000torr压力传感器）的条件下满足氪吸附的应用要求，P/P0下限达到可重复的10-5，为相关企业节约了检测投资成本！d)建立介孔薄膜孔径评价的新方法：常用的氮气和氩气方法很难用于薄膜材料的表征。这是由于对于薄膜材料来说，其总孔体积和表面积都非常小。气体吸附技术在精度控制上的突破也为介孔薄膜的孔径分布分析带来佳音，这种吸附量极低的孔径分析不再需要液氩温度下的氪吸附，只需要按照常规操作即可实现测量（图1右）。e)突破传统“介孔仪器”，实现微介孔样品的氮吸附微孔测定：新的气体吸附技术标准使1000torr传感器的分辨率提高到了10torr级别，仪器的密封性也使机械泵抽空效率发挥到极致。这不仅将比表面测定的重复性提高一个数量级，而且将微介孔分析的重复性也得到充分保障，对MOF/COF样品的研究开发将起到推动作用。f)较大介孔和边际大孔的孔径分析取得突破：根据毛细管凝聚理论，孔径与压力有对应关系。但是，当孔径大于10nm以后（对应P/P0=0.90），压力上升0.05（P/P0=0.95），对应的孔径呈指数上升，对应为20nm。因此，虽然ISO15901-2指出气体吸附法的孔径测定上限是100nm，但实际上很少有人能做到30nm以上去，因为压力传感器必须能够密集分辨和探知百万分之一的压力变化，这大大超出了常规压力传感器0.15% 分辨率的标称值。32位电路系统新技术可以极大地提高压力传感器的分辨率，至少可分辨3.9 x 10-8的相对压力变化，因此，我们尝试对气凝胶和氧化铝膜进行孔径分布分析。利用精细投气控制新技术，0.99以上的设点间隔达到0.0002的密度，最高吸附点达到了0.9980（对应孔径559nm），在测试方法上取得新的突破，为建立气凝胶和氧化铝电池隔膜孔径分析的新方法奠定了坚实的基础。理化联科iPore 系列比表面积及孔径分析仪，从硬件到软件，从功能到外观，从精度到稳定，都会满足您的分析需求，都是您最佳的选择。

iPYC系列真密度分析仪如何保证微量样品条件下的高精度测定？  众所周知，在很多的情况下，科研工作者和生产企业的研发人员经常面临着一个棘手的问题，即在科研或研发工作中，可以得到并用于分析的样品量极其有限，无论是受制于技术原因，还是经费原因，无法获得较大量的样品，使得无法获得高精度的真密度的分析数据，尤其对于原料药或改性碳材料合成中间体、医疗假体和锂电池极片。传统的气体膨胀法真密度分析仪，采用的是常温常压条件下气体置换以测得样品的骨架体积。由于样品舱死体积巨大，为了确保分析精度，均要求用户提供的样品至少达到仪器样品舱体积的2/3以上，才可以分析。但是这在实际的科研和研发工作中，是很困难的工作。iPYC 系列全新一代数字式32位高精度电路系统的全自动真密度分析仪，采用在恒温高真空条件下的气体膨胀技术，完美地克服了常规气体真密度分析仪的死体积难题，可以常规样品舱中高精度分析微量样品。这一全新的技术和设计实现了在同一样品舱中既可以做10ml以上的常规样品，也可以做微升级的极限样品，突破了常规仪器原有的毫升级下限的限制，满足科研工作者和生产企业的研发人员的需求，大大提高了仪器的性能价格比。iPYC 系列包括传统的常压气体膨胀法（动态流动法）和高精度的真空气体膨胀法（真空投气法），但是仪器处于恒温状态，确保其在保证精度的情况下的样品分析，并且同时分析两个样品成为可能。1.  高精度温度控制：仪器进行三点控温。为了确保分析精度，只有当舱体温度稳定在35±0.02℃ 的情况下，才可以开始分析。2.  动态流动法；重复性和平行性，均能达到±0.03%。     3、真空投气法：每个样品舱都有独立的压力传感器（代替传统的压差传感器），样品舱脱气真空度可达5帕以下（见上图）。精确的控制带来精准的测试。对于体积＜1mL的样品，采用20毫升的标准样品舱，其重复性和平行性，均能达到±0.03%，骨架体积分析偏差小于5 微升。优于同类进口产品30~100倍，并且可以实现电池隔膜孔隙率的精确测定。iPYC 30对6个微量样品进行真密度分析的实验报告  样品名称重量铝箔厚度(cm)正极材料厚度(cm)铝箔表观体积（cm³）正极活性物质表观体积（cm³）仪器实测整体真体积（cm³）正极活性物质真体积孔隙体积孔隙率正极片-铝箔10.5560g0.00120.01210.0867506630.874735850.78150.6947493370.17998651320.58%正极片-铝箔20.5560g0.00120.01210.0867506630.874735850.78160.6948493370.17988651320.56%正极片-铝箔30.5560g0.00120.01210.0867506630.874735850.78190.6951493370.17958651320.53%样品名称重量铜箔厚度(cm)负极材料厚度(cm)铜箔表观体积（cm³）负极活性物质表观体积（cm³）仪器实测整体真体积（cm³）负极活性物质真体积孔隙体积孔隙率负极片-铜箔12.10860.00080.01470.0578337751.0626956190.85360.7957662250.26692939425.12%负极片-铜箔22.10860.00080.01470.0578337751.0626956190.85450.7966662250.26602939425.03%负极片-铜箔32.10860.00080.01470.0578337751.0626956190.85540.7975662250.26512939424.95%孔隙率测定案例——正负极片孔隙率测定重复性偏差小于0.1%

药物粉体是大部分药物制剂的主体，其疗效不仅取决于药物的种类，而且很大程度上还取决于组成药剂的粉体的性能，包括粒度、形状、表面特性等各类参数。药物粉体的比表面积和孔径关系到粉末颗粒的粒径、吸湿性、溶解度、溶出度和压实度等性能，不仅如此，比表面在粉体的流动和粘结性能中，也具有举足轻重的作用，最终影响到药物的生物利用度。在此背景下，《中国药典》2020 版四部通则增加和修订了多项理化分析内容，包括比表面积测定法和固体密度测定法等物理参数的测定。用气体吸附法进行比表面和孔径分布测定，对于大多数制药行业的用户还比较陌生。随着近些年纳米科技的发展和新型药品的研发成功，需要进行比表面积和孔径分析的材料越来越多，不在仅仅局限于传统的多孔材料，催化材料，粉体材料。2007 年, Yaghi 团队在不断研究金属有机框架聚合物（MOF）后，首次报道了共价有机框架聚合物（COF）。这种低密度、高比表面、易于修饰改性和功能化的一经问世，短短十余年之间，就在气体储存与分离、非均相催化、储能材料、光电、传感以及药物传递等领域展现出优异的应用前景，并且已经发展成为一种纳米药物载体。当今，越来越多的新型材料依赖于对比表面积和孔隙度的分析，以确认其材料的性能达到预期的研发效果。但是，困扰很多检测和科研人员多年的问题是：“如何判断我们样品的比表面积和孔径分析结果的准确性”？其实想要回答这个问题，第一步，我们就不得不先探讨：“如何正确的制备样品”？“怎样制备样品才能确保接下来的分析数据更可靠呢”？在进行气体吸附实验或测定之前，必须清除固体样品表面及孔道中的水汽和杂质气等污染物。这个样品制备过程一般在真空加热的条件下进行，被称作脱气。由于脱气温度、脱气时间以及脱气真空度都与比表面积值有关，所以不同的脱气条件，会导致不同的 BET 比表面积结果。如何避免因样品处理引起的误差？你是否曾经为如何才算脱气完成而苦恼？你的MOF 或COF 样品是否因为脱气不当导致孔道坍塌？你的药品和辅料是否因为脱气温度过高导致分解？在理化联科的iBox 26 投放市场之前，我们确实无法准确的回答这个问题，也没有科学化的数据来衡量“需要进行比表面积和孔径分析的样品，是否制备完好？”如今，理化联科重磅推出的世界第一台全自动智能脱气站——iBox 26 梦幻来袭，将你的烦恼彻底抛向九霄！iBox 26 是如何设计的？为什么iBox 26 是唯一可以帮助用户确认比表面样品已经制备完好？图1 iBox 26 全自动智能脱气站功能说明因为99%的原料药及辅料都是有机化合物，比表面积低，容易受热分解，所以，在测定吸附等温线之前进行真空脱气，不仅需要去除样品表面和孔道中的物理吸附物质，同时还需避免样品表面发生不可逆的变化。过去，这需要通过热重分析、光谱法或使用不同时间和温度脱气条件的试验找到脱气的最高温度，然而这种条件大部分企业都不具备；如今，iBox 26 真空脱气技术通过内置压力传感器测定残余气体压力，如果压力在15 分钟内保持稳定值，即可自动判断脱气完成(图2)。该程序还可以确定系统有无泄漏（图3）。图2 iBox 26 的脱气压力、脱气温度、升温速率和保温时间控制    说明：           P —— 压力         ti —— 样品保压时间          P1(t) —— 脱气完全，密封好          P2(t) —— 脱气不完全          P3(t) —— 漏气图3 脱气压力变化走向示意图  作为填补空白的世界上最先进的全自动脱气站，iBox26 不仅外观靓丽，而且内置了压力传感器，可以自动控温、控压，并且具有高温炉全自动升降功能。iBox26 努力减少人工干预，保证样品处理条件的一致性。图4 iBox 26 的酷炫内部纵览样品管触底缓冲装置可以避免样品管在电梯上升过程中的撞击，保证样品管接触炉底，均匀受热。与以往常规设计的脱气站不同，iBox26 系列脱气站具有以下特点：l 高达500 度/600 度的脱气温度范围iBox26 采用铜合金等温体加热系统替代传统的加热包或陶瓷体，有效保障恒温区控温精度及高温脱气的应用需求。iBox26T 的温度范围为600 度，可以满足已产生化学吸附样品的脱附要求。l 多种样品预处理模式的选择，全自动AI 智能判定iBox26 全自动智能脱气系统允许自定义多种样品预处理模式（1）AI 智能判定模式（2）传统模式，即固定脱气温度和固定脱气时间（3）易飞溅样品模式（4）易沸腾样品模式（5）自定义模式，以保证获取最佳脱气效果。软件可进行脱气条件一键设定，快速建立适合自身样品的多孔材料预处理方案。l 杜绝气路污染，提升脱气效果内置10.1 吋触屏PAD,可对脱气温度，压力及流量进行编程控制设定，PFC 流控系统精确控制抽真空和惰气回填的速率，避免超轻和易扬析样品倒吸所引起的气路污染，有效提升样品脱气效果。l 适用于各种尺寸的样品管iBox26 可定制型加热炉体，适用于各种尺寸的比表面分析仪样品管，具有广泛的兼容性。iBox 26 内置32 位电子电路和全触屏设计，触控电脑预装图形化操控软件，控温精度达到0.02℃。PFC流控系统精确控制抽空和回填气速率，为用户完美解决了COF 类的低密度样品抽真空时易倒吸的痛点问题！图5 iBox 26 的软件控制界面，从中可以实时监测加热温度、样品温度、真空度和各个脱气站的阀门状态对于从未接触过的样品或初次使用比表面和孔径分析仪的操作人员，建议采用AI 脱气完成自动判断模式处理样品（图6）。根据ISO9277-2010，脱气温度会在压力控制下递进，以避免样品受热分解。当软件判断脱气完成后，自动终止脱气，避免人为因素，防止样品结构受损。这对制药行业尤为重要。目前，COF 作为疏水多孔材料已经成为纳米药物载体。对于MOF 和COF 等敏感样品，建议采用压力控制加热（见图2）。该程序包括根据真空条件下脱气过程中多孔材料产生的气体压力来改变加热速率，通过压力与PFC 自动抽空速率调节的联动保持压力的稳定。当由于样品表面脱附的物质超过固定的压力极限PL，升温停止，温度保持恒定，直到压力降至极限以下，此时系统继续升温。因为快速加热会因强烈的蒸汽释放而损坏脆弱的结构，该程序特别适用于微介孔材料，避免微介孔中的结构变化。iBox26 是唯一符合GB/T 19587-2017 和ISO9277-2010 中关于比表面分析仪压力控制加热脱气制备样品要求的全自动智能脱气站，是理化联科iPore 400/600 全自动比表面积和孔径分析仪的标准配置（图7），并可根据样品脱气需求选择机械泵（标配）或分子泵（选配)。图6 iBox 26 的压力控制温度递进，自动判断脱气完成终点药物的比表面积分析已经进入2020 版中国药典。药品多为有机化合物，大部分软化温度和玻璃化温度都较低，通过脱气站进行预处理时必须控制好脱气温度，例如，美国药典（USP）规定硬脂酸镁的脱气温度为40 ℃。但是，普通脱气站加热包或陶瓷炉的控温允许误差就达到10 ℃，为医药行业样品表面处理的实际应用带来了难题！图7 iPore 400 全自动物理吸附分析仪和iBox 26 智能脱气站工欲善其事，必先利其器。优质的脱气制备单元，是确保比表面积和孔隙分析数据精度的保证。  如果你希望准确测定样品的比表面和孔径，如果你希望对原料药、辅料及其产品进行精确的质量控制或检验，请从更新符合GB/T 19587-2017 标准的智能脱气站入手！

药物粉体是大部分药物制剂的主体，其疗效不仅取决于药物的种类，而且很大程度上还取决于组成药剂的粉体性能，包括粒度、形状、表面特性等各类参数。药物粉体的比表面积和孔径关系到粉末颗粒的粒径、吸湿性、溶解度、溶出度和压实度等性能，而且最终影响到药物的生物利用度。国家药典委员会已颁布了最新的2020 年版中国药典，增加了0991 比表面积测定法，并将于2020 年12 月30 日起正式实施。用气体吸附法进行比表面和孔径分布测定，对于大多数制药行业的用户还比较陌生。作为药学院毕业并从事气体吸附比表面和孔径分析20 余年的科学工作者，有责任与大家分享一下我对0991的见解及气体吸附法测定比表面的最新技术发展突破：一、中国药典2020 版要求在相对压力P/P0为0.05-0.3 范围内至少进行3 个压力点的测试，且BET 方程相关系数需大于0.9975：1、有关BET 比表面积的测量和计算：首先需要明确的是，BET 比表面积是通过多层吸附理论（BET 方程）计算出来的，而不是测出来的。我们需要测定的是液氮温度下的样品对氮气吸附的等温线，而发生多层吸附的区域多数是在P/P00.05-0.3 的范围内，吸附曲线在这里进入平台区（图1）。BET 理论恰恰需要在这个阶段的吸附数据计算比表面积。完整的BET 报告必须包括比表面值、回归曲线、相关系数和C 常数（C 值，图2）。         图1 一种α氧化铝的吸附等温线片段（P/P0 0.05-0.35）              图2 由图1 计算得到BET 曲线及完整的报告信息2、有关BET 计算的P/P0 取点：众所周知，药典是制药行业的宪法，是基本法，也就是最低标准。0991 的相关数据应该引自美国药典USP846，适用于介孔材料。但是，随着近些年纳米科技的发展和新型药品的研发成功，需要进行比表面积和孔径分析的材料越来越多，多微孔纳米载体材料控制药物缓释速度已经开始应用。而这些材料的多层吸附区域会前移，也就是可能到P/P0 为0.01~0.15 的范围，这样药典中的取点范围就显得不合时宜了。因此，判断BET 计算结果可靠性的标准应该是C 值大于0 和回归系数大于0.9999。（延伸阅读：杨正红：《物理吸附100 问》化工出版社，2016 年）3、有关BET 方程相关系数：回归曲线的相关系数R=0.9975 是一个过于粗放的低端要求，来源于20 年前的技术水平。由于比表面测定过程中有许多不可控因素，所以很难获得稳定重复的结果。因此，业内有“BET 差5%不算差”的说法，由此，按允许偏差±5 计算：R = （1+0.0500）x （1-0.0500）= 0.997500这显然是一个到达极限的最低标准，对于用于质量控制的比表面测定是难以忍受的。而目前所有的全自动物理吸附分析仪都标榜重复性偏差不超过±2，这意味着：R = （1+0.0200）x （1-0.0200）= 0.999600也就是说，R 值不应该低于0.9996。如果按常规质检要求，重复性允许偏差±1 计算，则对R 值的最低要求为：R = （1+0.0100）x （1-0.0100）= 0.999900即回归曲线的相关系数不小于四个9（R > 0.9999）。4、iPore 400 多站比表面分析仪测定小表面样品的重复性：iPore 400 是理化联科最新开发的按照欧洲标准设计制造的4 站或6 站比表面和孔径分析仪，专门为了解决超低比表面材料的质量控制的痛点问题。该仪器从影响比表面测定的因素入手，严格控制由温度、体积和压力测量带来的误差，采用了一系列新技术，配合全自动智能脱气站，建立了新一代物理吸附仪的技术标准（图3）。它包括：（1） 全域自动恒温系统：拥有双路进气预热及0.02℃高精度恒温系统，可根据需要在35-50℃之间设定恒定温度；实时显示全区域气路和歧管的系统温度，克服环境带来的误差。（2） 压敏死体积恒定技术：通过压力传感器和伺服反馈电梯精确控制液氮液位，保持分析过程中死体积恒定。图3 iPore 400 全自动物理吸附分析仪和iBox 26 智能脱气站（3） 32 位芯片及电路系统：采用全新32 位芯片及电路系统，相比24 位系统，压力传感器分析精度提升30 倍以上，确保超低比表面测量的极致精度。这些新技术的采用，可以用氮吸附测定0.005 m2/g 左右的比表面积，大大突破了常规氮吸附的比表面下限极值（0.01m2/g）（图4）。仪器的长期稳定性是低比表面材料样品质量检测和质量控制的基础保证。为了验证新技术的准确性和长期稳定性，使用氮气测试比表面标准样品(标称值0.221±0.013m2/g，氪吸附)的重复性偏差（表1）。结果表明，iPore 400 的即时重复性偏差优于0.1%，一天重复性偏差优于0.6%，四天长期稳定性优于1.0%！性能的全面优化使BET 比表面测定长期重复性达到空前水平！图4 一种电解质膜的BET 比表面（左图），及吸附等温线和孔径分布（右小图）。BET 比表面积=0.0076m2/g！表1 超低比表面标准品比表面长期稳定性实验iPore 400 可以配置6 个独立的分析站（图5），具有极高的通量，不仅节省分析时间，提高了分析效率，而且6 个站BET 测定结果具有高度的一致性，重现性偏差同样优于1%（表2）。表2 低比表面石墨样品比表面平行测定实验（红色数据是12 次测量结果的标准差）图5 iPore 400 全自动物理吸附分析仪气路结构透视图二、iPore 400 为药企行业比表面积测定带来的惊喜——用氮吸附替代氪吸附：药品多为有机化合物，比表面值一般都很低。新版中国药典0991 指出，对于比表面积小于 0.2m2/g 的供试品，为避免测定误差，可选用氪气作为吸附质；也可选用氮气作为吸附质，但必须通过增加取样量，使供试品总表面积至少达到 1m2 方可补偿测定误差。氪气（Kr）因其在液氮温度下的饱和蒸汽压特性，是用于小比表面积样品的精密测试方法。但是，进行Kr 吸附一般至少需要配备10 torr 的高精密压力传感器以及分子泵，以分辨P/P0 在10-5~10-4 的极低压力环境下细微的压力变化，从而保证数据精确且稳定。氪吸附应用到小于0.05 m2 的绝对表面积计算。但是，一般的氪吸附的应用需要配置分子泵和10torr 压力传感器，这给企业带来了额外的成本负担。iPore400 的黑科技可以在标准配置（机械泵和1000torr 压力传感器）的条件下满足氪吸附的应用要求，P/P0 下限达到可重复的10-5（图6），这给企业带来了第一层惊喜！图6 iPore 400 全自动物理吸附分析仪COF 测定的等温吸附曲线，在机械泵条件下，P/P0 下限可到10-5，并且可完全重复测定！其实，在77.4K 的氪吸附实际还存在着许多问题，如其吸附层的性质和热力学状态并不明确，是固体还是液体？应该参照何种状态来计算P/P0？与此连带的一些问题是，在远远低于三相点温度的环境下，氪作为被吸附相有怎样的浸润特性（因为在BET 方法中，假设吸附质相完全浸润）？在77K 的氮吸附中，可以观察到几乎所有材料都被完全浸润的特性，但在低于三相点温度时，这种情况可能是不同的。 另一个不确定因素是氪分子的有效横截面积，它非常依赖于吸附剂表面，因此没有被很好地建立起来。从氪的过冷液体密度计算出的横截面面积是0.152 nm2 (15.2 Å2），但通常会用较大的横截面面积值，甚至高达0.236 nm2（23.6Å2）。采用较多的横截面积值是0.202 nm2（20.2 Å2）。除此之外，氪气的成本是氮气的240 倍，这意味着氪吸附测定需要高昂的实验成本，会极大加重企业负担。为此，理化联科iPore 400 新一代气体吸附分析技术已经用氮气成功地实现了氪吸附领域的超低比表面积测定（图4）。这给企业带来了第二层惊喜！图7 一种比表面为0.04m2/g 的金属氧化物吸附等温线和BET 比表面曲线a 和b：iPore 400 两次测定的结果，比表面积值可以完全重复；c:：iPore 400 关闭死体积恒定功能的结果，可见BET 回归系数下降，脱附曲线受液氮挥发导致的死体积变化，已经完全变形 ；d：其它品牌仪器所测的结果，吸附量被仪器本身的噪声所掩盖，等温线显示为仪器本底的随机噪声曲线为了进一步验证上述研究成果的可靠性，我们用氮吸附测试了一个比表面积仅0.04m2/g 的金属氧化物的完整吸附等温线和BET 曲线，不仅两次测定（图7a 和b）相关系数都在0.9999 以上，而且BET 比表面完全重复！当关闭iPore 400 的死体积恒定功能再进行测试时，虽然BET =0 .032 并且相关系数R=0.9987，依然满足药典0991 要求（图7c），但可以看到数据质量已经很差，脱附曲线已经完全变形。而常规的氮吸附分析仪器的噪音已经完全掩盖了该样品的微弱吸附量，无法分辨（图7d）。iPore 400 技术突破也为纳米薄膜的孔径分布分析带来佳音，这种吸附量极低的孔径分析不再需要液氩温度下的氪吸附，只需要按照常规操作即可（图4 右）。工欲善其事，必先利其器!贯彻药典新规和GB/T 19587-2017 标准，准确测定原料药、药用辅料及其产品的比表面和孔径，进行精确的质量控制或检验，需要性能全面优化的可涵盖各种药用试品的分析仪器。配合iBox 26 全自动智能脱气站，iPore400 全自动比表面和孔径分析仪的一系列创新和突破，引领了下一代物理吸附分析仪的新标准。它的高稳定性、高重复性、高效率、超高性价比为中国企业全面贯彻中国药典0991 带来了不断惊喜！

       2020年6月，理化联科（北京）仪器科技有限公司正式面世，专注于物理吸附仪器的研发与制造。近日，理化联科携新品首次亮相中国颗粒学会学术年会。为探究疫情对这家初创企业的影响，了解其产品的创新之处，仪器信息网特别采访了理化联科（北京）仪器科技有限公司总经理杨正红。        杨正红表示，受疫情影响，理化联科的整个产品线迟于原定计划发布，但新产品厚积薄发，市场表现亮眼。目前公司整体业绩远超预期。       本次会议，理化联科带来了其“拳头”产品——iPore400比表面和孔径分析仪。据杨正红介绍，iPore 400型可同时分析6个样品，代替氪吸附完成超低比表面样品的测定，为医药行业尤其是进入药典的药品、电池材料以及3D打印常用金属粉末等超低比表面样品的测定，提供了全新的解决方案；同时还可以对膜的孔径进行测定。       杨正红认为，智能化时代正在到来。理化联科正是为了满足国内外对先进颗粒特性表征仪器提出的新要求应运而生。公司的使命是服务于新时代智能制造和研发，除满足用户的基本检测需求外，还可实现全自动操作和自动判断，减少人为误差，顺应高水平智能制造的发展趋势，让中国的分析仪器在世界上占有一席之地！       更多精彩内容，请点击视频查看：

2020版《中国药典》增加了0992固体密度测试法和0993堆密度和振实密度测定法，对应于美国药典USP699和USP616。关于固体密度，0992中定义了3种固体密度的表示方法，分别为真密度、颗粒密度以及堆密度。密度问题看似简单，但由于其体积的定义不同，虽然此前已经有不少关于这部分的解读文章，但依然在概念上含混不清，或者由于历史原因，对同一定义存在多种命名，容易造成混淆。本文以ISO标准、ASTM标准及相关国家标准为基础，对有关密度的定义及中英文名称进行系统地梳理，并介绍真密度分析的原理及其前沿表征技术。一、有关体积的定义和名称：1. 堆体积或容积（Bulk volume）：颗粒在容器中堆积所占的体积，它包括颗粒体积，颗粒内体积和颗粒间的空隙体积（图1O）。其对应的密度叫做堆密度或堆积密度（Bulk density）。堆密度中实际又包含了两个密度概念：a) 松装密度（Loose density）：在规定条件下颗粒材料自然填充的单位容积的质量，是颗粒自然堆积的堆密度。其测定过程中要排除对颗粒堆积过程的扰动，包括颗粒重量本身下落的影响。测量过程参见GB/T31057.1-2014和中国药典0993-1堆密度测定法。b) 振实密度（Tap density 或 Tapped density）：在规定条件下粉体经振实后所测得的单位体积的质量。测量过程参见GB/T31057.2-2018和中国药典0993-2振实密度测定法。在中国药典中，0993跟随了USP616的概念，将堆密度（Bulk density）等同于了松装密度（Loose density）。而在材料科学界，这是两个不同的概念，美国材料实验协会（ASTM）将其分别称作松装堆密度（Loose bulk density）和振实堆密度（Tapped bulk density），或堆积松装密度（Bulk loose density）和堆积振实密度（Bulk tapped density）。——参见ASTM D7481 - 18 《Standard Test Methods for Determining Loose and Tapped Bulk Densities of Powders using a Graduated Cylinder》和ASTM C1770-13《Standard Test Method for Determination of Loose and Tapped Bulk Density of Plutonium Oxide》在中国粉体材料界的应用中，如果堆密度不特指的话，一般指的是振实密度。这一点特别需要引起注意，以避免混淆。2. 颗粒体积（Particle volume）：颗粒体积（Particle volume）也叫包封体积（Envelope volume）、几何体积（Geometric volume）或表观体积（Apparent volume），它是从堆体积中扣除颗粒间孔隙的体积，即颗粒骨架体积和颗粒内开孔体积之和（图1A）。其对应的密度分别是颗粒密度、包封密度、几何密度或表观密度。事实上，有关表观体积（Apparent volume）的定义还相当混乱，莫衷一是，有的将其等同于松装体积（GB/T31057.1-2014），有的则将其等同于骨架体积（图1右B）。3. 骨架体积（Skeleton volume）和真体积（True volume）：a) 开孔（open pore）：多孔固体中与外界连通的空腔和孔道称为开孔，包括交联孔、通孔和盲孔。这些孔道的表面积可以通过气体吸附法进行分析。b) 闭孔(close pore)：除了可测定孔外，固体中可能还有一些孔，这些孔与外表面不相通，且流体不能渗入，因此不在气体吸附法或压汞法的测定范围内。不与外界连通的孔称为闭孔。开孔与闭孔大多为在多孔固体材料制备过程中形成的，有时也可在后处理过程中形成，如高温烧结可使开孔变为闭孔。c) 骨架体积（Skeleton volume）：不含开孔的颗粒体积（图1B），即其体积包括可能存在的闭孔体积，但不包括开孔体积以及颗粒间隙的体积。其对应的密度就是骨架密度。0992中用气体置换法测的“真密度”实际就是骨架密度，参见ISO 12154-2014《骨架密度的测量 气体体积置换法》。相应的国家标准也将很快出台，由于未经烧结的粉体材料很难存在闭孔，以下我们还是按习惯称呼叫做“真密度”。d) 真体积（True volume）：是颗粒骨架体积扣除闭孔体积后的体积（图1C）。综上所述，骨架体积 = 真体积 + 闭孔体积颗粒体积 = 骨架体积 + 颗粒内开孔体积堆体积（容积）= 颗粒体积 + 颗粒间孔隙或空隙体积二、气体体积置换法测量真密度原理及其需要注意的事项气体置换法也叫体积膨胀法。该技术实际用的就是阿基米德原理，不过排除的不是液体而是气体，即这种技术是以固体空间置换一定体积的气体为基础的。气体真密度分析仪具有与气体吸附法比表面分析仪一样的气路，有样品室和气体膨胀参比室（相当于歧管）。通过在等温条件下测量气体从一个气室膨胀到另一个气室，用一个压力传感器或表压传感器在样品室和参比室之间测量气体膨胀前后的压力变化，然后通过理想气体方程计算出样品的骨架体积，从而计算出样品的真密度值。这种动态流动仪器的特点是：不需要测量绝对大气压值，不需要测量压力校正曲线；但需要将表压传感器调零，需要标准体积（标准球或标准块）测量参比室体积。仪器包括两种结构，见图2。二者的差别在于进气端是在样品室（结构1），还是在参比室（结构2）。结构2的工作序列与结构1正好相反，即先在参比池加压，然后气体膨胀进入样品池。这种设计的优势在于可以最大程度地减小在样品池中的死体积，从而提高少量样品的测量准确性（参见ISO 12154-2014和Multipycnometer，Quantachrome Instruments）。与比表面测定一样，样品需要脱气。脱气一般在原位进行，可以连续流动脱气、脉冲增压脱气（也属于流动脱气）或真空脱气。在使用这种仪器测定时，需要注意以下事项：1．因为仪器原理是理想气体方程，所以测定结果和稳定性与温度有关。因此，要求实验室内温度恒定，波动在2度以内。但是因为仪器内部会发热，所以最好真密度仪配有恒温装置。2．氦气比氮气更接近理想气体，所以重复性精度高；但因为氦气分子太小，可以进入闭孔引起误差，所以含闭孔较多的材料应选用氮气。3．与比表面分析仪一样，死体积的概念在这里同样重要。最好分析尽可能多的样品（达到仪器的物理极限），以最大限度地提高称重精度和减小死体积。即所装样品量至少是样品池的2/3，并尽可能接近标准球体积。比如135ml的样品池通常测量误差在60μl以上，若装50ml 以下的样品，则测量误差较大，重现性也差。4．可以通过套筒尽可能多地消除“死体积”，用以减少样品室的内部体积（图3左）。但是，随着样品量的减少，其它因素的误差也随之放大。比如100ml时的误差为±0.03%，而小于1ml时，误差则为±3%了。对于体积密度较低的样品，样品池看起来很满，但固体可能只占样品池的百分之几！在这些情况下，必须使用与被测样品最相似的参比体积校准仪器（图3右）。5． 因为存在仪器稳定和样品脱气的问题，一般测定都要求至少设定测量5次以上。前面几次测量会存在误差，因为测量过程也是脱气过程。仪器会在设定的允许误差范围内（一般是0.01）停止测定并打印报告。报告给出的误差值，是最后三次结果的误差，不是所有运行测量的误差。综上所述，气体真密度分析仪原理经典，操作并不复杂。但是，要获得高精度的测量结果需要真空脱气，恒定仪器温度以及比较大的样品量，而获得10ml左右的样品量往往是非常难的，尤其对于原研药，1ml的样品量是非常珍贵的。如何解决微量样品与测量精度之间的关系？为此，我们利用在超低比表面测定中发展的新技术，继续开发了静态真空气体置换法的新技术，使对少于1ml的样品测定，体积测量误差小于5μl，彻底解决了这个难题。三、真密度测量新技术及其对仿制药应用的优势iPyc30真密度测量新技术采用结构2的方式（图1），并引入真空体积法测比表面的关键技术，拥有2个分析室及2种测试模式，既能按常规动态气体体积置换实现快速测试，也能选择静态真空体积置换法实现精准测试（图2）。该技术核心是，处于样品室中的样品不仅被真空脱气，提高了表面清洁效率，而且在静态真空条件下，基本排除了死体积的影响。此时，参比室就是定量投气的歧管，通过绝对压力传感器精确计量投入样品室的气体，直至达到平衡。因此如图3A情况的测定，不再成为问题。这意味着在20ml的样品池中测量1ml样品也无需更换样品池，具有极大的灵活性；如果同时采用图3B的套筒方式，将能进一步提高分析精度。当样品量少时，测定结果对温度极其敏感。该系统采用先进的风热循环装置，进行全系统恒温，包括样品室、测控装置、气路和温度控制系统（图4）。从图4还可以发现，具有32位ADC电子电路系统的iPYC 30样品室真空度高达0.004KPa，即3.95 x 10-5大气压。如此高的真空度和压力及温度的计量精度，不仅能将复杂孔道中多孔材料的样品彻底脱气，而且能将体积的计量精度接近纳升（nl）级别。因此，对于体积＜10mL的样品，静态真空体积置换法重复性和平行性均能优于±0.03%（表1）；对于体积＜1mL的样品，静态真空体积置换法也具有极其出色的重复性（表2）。综上所述，静态真空体积置换法测量真密度的新技术可以测量微量样品，不需要更换小样品室，不需要增加样品量，不需要套筒填充死体积，不需要多次测量取平均值，这为微量的API的测定寻找到解决方案。iPYC30可以同时测量两个样品，使得原研药与仿制药可以在同一平行环境下进行测定比较，判断工艺的符合程度。表1  某样品的真密度重复性和双站平行性（重现性）测定表2  六个微量样品的真密度重复性测定（约0.2ml）

药物粉体是大部分药物制剂的主体，其疗效不仅取决于药物的种类，而且很大程度上还取决于组成药剂的粉体性能，包括粒度、形状、表面特性等各类参数。药物粉体的比表面积和孔径关系到粉末颗粒的粒径、吸湿性、溶解度、溶出度和压实度等性能，而且最终影响到药物的生物利用度。国家药典委员会已颁布了最新的2020年版中国药典，增加了0991比表面积测定法，并将于2020年12月30日起正式实施。用气体吸附法进行比表面和孔径分布测定，对于大多数制药行业的用户还比较陌生。作为毕业于药学院并从事气体吸附比表面和孔径分析20余年的科学工作者，有责任与大家分享一下我对0991的见解及气体吸附法测定比表面的最新技术发展。 一、中国药典2020版要求在相对压力P/P0为0.05-0.3范围内至少进行3个压力点的测试，且BET方程相关系数需大于0.99751、有关BET比表面积的测量和计算：首先需要明确的是，BET比表面积是通过多层吸附理论（BET方程）计算出来的，而不是测出来的。我们需要测定的是液氮温度下的样品对氮气吸附的等温线，而发生多层吸附的区域多数是在P/P00.05-0.3的范围内，吸附曲线在这里进入平台区（图1）。BET理论恰恰需要这个阶段的吸附数据来计算比表面积。完整的BET报告必须包括比表面值、回归曲线、相关系数和C常数（C值，图2）。2、有关BET计算的P/P0取点：众所周知，药典是制药行业的宪法，是基本法，也就是最低标准。0991的相关数据应该引自美国药典USP846，适用于介孔材料。但是，随着近些年纳米科技的发展和新型药品和药用材料的研发成功，已经开始应用多微孔的纳米载体材料控制药物缓释速度，而这些材料的多层吸附区域会前移，也就是可能到P/P0为0.01~0.15的范围，这样药典中的取点范围就显得不合时宜了。因此，判断BET计算结果可靠性的标准应该是C值大于0和回归系数大于0.9999。（延伸阅读：杨正红：《物理吸附100问》化工出版社，2016年）3、有关BET方程相关系数：回归曲线的相关系数R=0.9975是对吸附等温线测定质量的过于粗放的低端要求，来源于20年前的技术水平。由于比表面测定过程中有许多不可控因素，所以很难获得稳定重复的结果。因此，业内有“BET差5%不算差”的说法，由此，按允许偏差±5计算：R = （1+0.0500）x （1-0.0500）= 0.997500由于BET的计算是取自多层吸附已经完成，孔中的毛细管凝聚尚未发生的平缓线性阶段数据，这显然是一个到达极限的最低标准。以这么低的标准去进行比表面测定的质量控制，实际上等于没有控制。目前所有的全自动物理吸附分析仪都标榜重复性偏差不超过±2，这意味着：R = （1+0.0200）x （1-0.0200）= 0.999600也就是说，R值不应该低于0.9996。如果按常规质检要求，重复性允许偏差±1计算，则对R值的最低要求为：R = （1+0.0100）x （1-0.0100）= 0.999900即回归曲线的相关系数不小于四个9（R > 0.9999）。 二、表征超低比表面积的技术突破由于真空体积法气体吸附分析仪等温线测定依据的是理想气体方程，影响结果的主要因素不外乎温度、压力和体积。当样品的吸附量远大于这些因素引起的误差时，温度、压力和体积的波动或精度误差（仪器的本底噪音）可以被忽略不计，但是当药品这样的小表面材料所能吸附样品总量不足以克服本底噪音时，就带来了测试结果的不稳定性，甚至测不出来。为了解决超低比表面材料的质量控制的痛点问题，我们专门开发设计了iPore 400，该仪器从影响比表面测定的因素入手，严格控制由温度、体积和压力测量带来的误差，采用了一系列新技术，配合全自动智能脱气站，建立了新一代物理吸附仪的技术标准（图3）。它包括：（1） 全域自动恒温系统：拥有双路进气预热管路及包括12个静音风扇组成的高精度恒温系统（图4），可根据需要在35-50℃之间设定恒定温度。系统实时显示全区域气路和歧管的温度，避免环境因素带来的误差。a) 内部整体恒温，可在35-50℃之间设置：真空体积法是通过压力传感器读取压力的变化而计算吸附量的，其准确性和有效精度对温度变化极其敏感，尤其在微孔和超低比表面分析中。b) 0.02℃温控精度：三个温度传感器，实时显示各区域温度。高精度和高稳定的全恒温控制，可将压力变化控制在0.05%以内，远小于传感器本身的不确定度（0.1%），可彻底避免因环境温度变化造成的分析误差。可根据地区需要和数据对比需要调节恒定温度。c) 进气预热恒温： 由于涉及安全管理问题，大多数实验室气瓶置于室外，造成吸附气进气温度与室温或仪器内温差距巨大，定量注气失准。该系统消灭了地区差别和早晚温差对钢瓶气造成的误差，尤其为锂电材料，药物材料，膜材料的等小比表面质量控制带来福音。d) 新型电磁阀：常规电磁阀的发热问题由来已久，严重影响气体定量和压力读数的准确性，该问题在超低比表面和微孔分析时尤为突出。为解决这一问题所开发的带有自锁功能的电磁阀，无需持续供电便可保持开启或关闭状态，发热量等效为零，消除了电磁阀工作中发热引起的测量误差，极大地提升了分析性能。（2） 压敏死体积恒定技术：通过压力传感器和伺服反馈电梯精确控制液氮液位，保持过程中死体积恒定。【专利号：ZL 2019  885784.5】真空体积法物理吸附是在一个密闭空间进行的。自由空间是系统中吸附质分子传递、扩散的区域，如果要精确计算样品的物理吸附量，死体积值是准确采集数据的基础。因为真空体积法的测量基础是压力，吸附量的计算基础是理想气体状态方程，所以吸附质气体在扩散过程中压力差越大，则气体绝对量计算越准确。 系统死体积越小，对压力变化的灵敏度越高，吸附量计算越准确。换句话说，在同样的条件下，系统死体积越小，则仪器测量精度越高。由于在氮吸附分析过程中，液氮是不断挥发的，所以为保证精确计算吸附量，要对死体积进行控制、测量或校准。（3）32位芯片及电路系统：采用全新32位芯片及电路系统，相比24位系统，压力传感器分析精度提升30倍以上，确保超低比表面测量的极致精度。模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的模/数转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的ADC，同时还必须与外接电路的配置匹配有关。iPore系列不仅采用32位模数转换，而且采用拥有自主知识产权的32位电路设计和制造，从系统上保证了压力传感器精度的进一步提升（见表1）。表1   ADC芯片转换精度与压力分辨率关系（以1000Torr传感器为例）ADC转换位数16 Bit24 Bit32 BitADC有效位数 15 Bit20 Bit28 Bit压力最小分辨率2 Pa0.0079 Pa0.00003 Pa压力有效分辨率4 Pa0.12 Pa0.0039 Pa*ADC有效位数是指可靠的转换值这些新技术的采用，带来了意想不到的突破。它不仅可以用氮吸附测定0.005 m2/g左右的比表面积，大大超越了常规氮吸附的比表面下限极值（0.01m2/g），而且可以测得微量吸附下的孔径分布（图6）。三、突破性吸附技术对制药行业的应用意义1. 超低比表面样品测定的重复性、重现性和稳定性：仪器的长期稳定性是低比表面材料样品质量检测和质量控制的基础保证。为了验证新技术的准确性和长期稳定性，使用氮气测试比表面标准样品(标称值0.221±0.013m2/g，氪吸附)的重复性偏差（表2）。结果表明，iPore 400的即时重复性偏差优于0.1%，一天重复性偏差优于0.6%，四天长期稳定性优于1.0%！性能的全面优化使BET比表面测定长期重复性达到空前水平！iPore 400可以配置6个独立的分析站（图4），具有极高的通量，不仅节省分析时间，提高了分析效率，而且6个站BET测定结果具有高度的一致性，重现性偏差同样优于1%（表3）。表3  低比表面石墨样品比表面平行测定实验（红色数据是12次测量结果的标准差）BET比表面值（m2/g）,   R > 0.9999六站测定重现性测定次数站号123456RSD1定投气量测试0.8781 0.8880 0.8940 0.8825 0.8878 0.8800 0.54%2定压测试0.8767 0.8760 0.8747 0.8747 0.8744 0.8816 0.25%同站测定重现性，RSD0.07%0.60%0.96%0.39%0.67%0.08%0.61%我们用这些新技术对薄膜超低比表面积进行了重复性测定，得到了相当出色的结果 (BET = 0.0307m2/g)。这为解决超滤膜和纳滤膜的纳米孔分析奠定了基础（图7）。2. 超高比表面样品测定的重复性：共价有机框架聚合物（COF）是一种低密度、高比表面、易于修饰改性和功能化的新型人工合成材料。在问世的短短十余年之间，就在气体储存与分离、非均相催化、储能材料、光电、传感以及药物传递等领域展现出优异的应用前景，并且已经发展成为一种纳米药物载体。常规气体吸附法比表面容易测定的范围是5~500 m2/g之间。因为吸附量巨大，需要长时间的平衡条件，比表面大于1000 m2/g 的样品重复性控制并不容易做到。为此，对比表面大于2000m2/g的COF样品比表面进行了长期稳定性测定，结果重复性优于0.07%（图8）！ 3. 能力验证——新技术对超低比表面样品测定重复性的重要性：为了比较新技术和现有技术在超低比表面应用中的区别，我们用一种极低比表面的金属氧化物对仪器性能进一步进行了验证，并与其它品牌的测试结果进行了比较（图8）。结果表明，新技术不仅两次测定（图8a和b）相关系数都在0.9999以上，而且BET比表面和吸脱附等温线都能很好地重复；而一旦关闭死体积恒定功能，虽然BET =0 .032并且相关系数（R=0.9987）依然满足药典0991要求（图8c），但其数据质量已经迅速下降，脱附等温线已经发生变形，说明这些采用的新技术相辅相成，缺一不可。而没有这些技术的常规氮吸附分析仪器的噪音已经完全掩盖了该样品的微弱吸附量，无法分辨（图8d）。a和b：iPore 400两次测定的结果，比表面积值可以完全重复；c：iPore 400关闭死体积恒定功能的结果，可见BET回归系数下降，脱附曲线受液氮挥发导致的死体积变化，已经完全变形 ； d：其它品牌仪器所测的结果，吸附量被仪器本身的噪声所掩盖，等温线显示为仪器本底的随机噪声曲线4. 在标准“介孔仪器”配置上实现氪吸附：药品多为有机化合物，比表面值一般都很低。新版中国药典0991指出，对于比表面积小于 0.2m2/g 的供试品，为避免测定误差，可选用氪气作为吸附质；也可选用氮气作为吸附质，但必须通过增加取样量，使供试品总表面积至少达到 1m2方可补偿测定误差。氪气（Kr）因其在液氮温度下的饱和蒸汽压特性，是用于小比表面积样品的精密测试方法。但是，进行Kr吸附一般至少需要配备10torr的高精密压力传感器以及分子泵，以分辨P/P0在10-5~10-4的极低压力环境下细微的压力变化，从而保证数据精确且稳定。氪吸附应用到小于0.05 m2的绝对表面积计算。但是，一般的氪吸附的应用需要配置分子泵和10torr压力传感器，这给企业带来了额外的成本负担。而新技术的突破可以在标准配置（机械泵和1000torr压力传感器）的条件下满足氪吸附的应用要求，P/P0下限达到可重复的10-5（图9），为医药企业节约了检测投资成本！5. 用氮吸附完全替代氪吸附：其实，在77.4K的氪吸附实际还存在着许多问题，如其吸附层的性质和热力学状态并不明确，是固体还是液体？应该参照何种状态来计算P/P0？与此连带的一些问题是，在远远低于三相点温度的环境下，氪作为被吸附相有怎样的浸润特性（因为在BET方法中，假设吸附质相完全浸润）？在77K的氮吸附中，可以观察到几乎所有材料都被完全浸润的特性，但在低于三相点温度时，这种情况可能是不同的。 另一个不确定因素是氪分子的有效横截面积，它非常依赖于吸附剂表面，因此没有被很好地建立起来。从氪的过冷液体密度计算出的横截面面积是0.152 nm2 (15.2 Å2），但通常会用较大的横截面面积值，甚至高达0.236 nm2（23.6 Å2）。采用较多的横截面积值是0.202 nm2（20.2 Å2）。除此之外，氪气的成本是氮气的240倍，这意味着氪吸附测定需要高昂的实验成本，会极大加重企业负担。因此，理化联科气体吸附分析技术上的突破带来了药企行业应用的巨大突破，氮吸附已经成功地实现了氪吸附领域的超低比表面积测定（图6~8）。我们用氮吸附成功测定的极限样品是0.0047m2/g，这意味着只有当试样比表面小于0.005m2/g时，才需要氪吸附，而这样的样品凤毛麟角。也就是说，一台全部采用上述新技术的仪器可以全部满足药企各种比表面的测定需求。6. 建立超滤膜孔径（纳米孔）评价的新方法：滤膜孔径评价的经典方法是气体渗透法（即毛细管流动法），但这种方法的适用范围是20nm~500μm。超滤膜是一种孔径范围为1-20nm的纳米孔过滤膜，其范围恰恰在气体渗透法能力之外。该膜的孔径范围虽然被气体吸附法所覆盖，但由于膜的吸附量过低，常规的气体吸附法无法实现测定。国外曾经建立起了液氩温度下氪吸附测量膜孔径的方法，但无论仪器、耗材及方法都很难向工厂推广。制药行业中膜技术应用存在的技术瓶颈亟待解决，需要建立快速可行的超滤膜孔径评价方法。实际上，电池隔膜和电子薄膜也存在类似问题。气体吸附技术在精度控制上的突破也为纳米薄膜的孔径分布分析带来佳音，这种吸附量极低的孔径分析不再需要液氩温度下的氪吸附，只需要按照常规操作即可（图6右）。7. 突破传统“介孔仪器”，实现微介孔样品的氮吸附微孔测定：新的气体吸附技术标准使1000torr传感器的分辨率提高到了10torr级别，仪器的密封性使机械泵抽空效率发挥到极致。以氮吸附替代氪吸附，以传统介孔仪器成功测定微孔（图10），不仅节约了用户购买仪器的成本，而且降低了用户使用成本；不仅将比表面测定的重复性提高一个数量级，而且微孔分析的重复性也得到充分保障，对MOF/COF样品的研究开发将起到推动作用。8. 气凝胶较大介孔和边际大孔的孔径分析取得突破：气体吸附法介孔孔径分析的经典方法是BJH法，它是基于以毛细管凝聚理论为基础的KELVIN公式。其基本概念是，当压力增加时，气体先在小孔中凝结, 然后才是大孔。因此，孔径与压力有对应关系。但是，当孔径大于10nm以后（对应P/P0=0.90），压力上升0.05（P/P0=0.95），对应的孔径已经是20nm了，并且呈指数上升。如：P/P0=0.98对应50nm，而0.99则已经是100nm了。因此，虽然ISO15901-2指出气体吸附法的孔径测定上限是100nm，但实际上很少有人能做到30nm以上去，因为压力传感器必须能够密集分辨和探知百万分之一的压力变化，这大大超出了常规压力传感器0.15% 分辨率的标称值。气凝胶是一种新型低密度多孔纳米材料，具有独特的纳米级多孔及三维网络结构，同时具有极低的密度（3­500kg/m3）、高比表面积（200­1000m2/g）和高孔隙率（孔隙率高达 80­99.8％，孔径典型尺寸为 1­100nm），从而表现出独特的光学、热学、声学及电学性能，具有广阔的应用前景。在医药领域，气凝胶被用于药物可控释放体系。但是，其孔径分布分析却遇到麻烦，因为压汞仪的高压会破环样品的孔结构。致病微生物在多孔氧化铝膜上生长不易受到限制，因此氧化铝膜常用于药物敏感性实验（DST）了解病原微生物对各种抗生素的敏感程度或耐受程度来指导临床用药。与气凝胶相反，膜的单位吸附量极低，但孔径可能达到100nm以上。由表1可知，32位电路新技术可以极大地提高压力传感器的分辨率，至少可分辨3.9*10-8的相对压力变化，因此，我们尝试对气凝胶和氧化铝膜进行孔径分布分析。利用精细投气控制新技术，0.99以上的设点间隔达到0.0002的密度，最高吸附点达到了0.9980（对应孔径559nm），在测试方法上取得新的突破，为建立气凝胶和氧化铝膜孔径分析的新方法奠定了坚实的基础（图11）。四、总结工欲善其事，必先利其器!利用气体吸附分析仪进行比表面积质量控制分析时，经常碰到如下问题：不同厂家仪器之间数据不一致；同一型号在不同地域或不同海拔的数据不一致；同一台仪器在白天晚上或春夏秋冬的数据不一致；同一台仪器长期稳定性不好。这些现象已经成为长期困扰行业质量控制的头疼问题。气体吸附分析技术的突破不仅彻底攻克了这个难题，而且使超低比表面分析达到高稳定性、高重复性、高效率；随之产生的功能性扩展，无论用氮吸附代替氪吸附，还是孔径分布测定向介孔两端范围延伸拓展，都为中国企业全面贯彻中国药典0991带来了超高性价比的惊喜！气体吸附分析技术的突破，为全面贯彻药典新规和GB/T 19587-2017标准，准确测定原料药、药用辅料及其产品的比表面和孔径，进行精确的质量控制或检验，提供了性能全面优化的可涵盖各种药用试品的分析仪器，也为下一代物理吸附分析仪的发展方向树立了新的标杆，建立了新的标准。作者简介：（注：本文由杨正红老师供稿，不代表仪器信息网本网观点）

药物粉体是大部分药物制剂的主体，其疗效不仅取决于药物的种类，而且很大程度上还取决于组成药剂的粉体性能，包括粒度、形状、表面特性等各类参数。药物粉体的比表面积和孔径关系到粉末颗粒的粒径、吸湿性、溶解度、溶出度和压实度等性能，不仅如此，比表面在粉体的流动和粘结性能中，也具有举足轻重的作用，最终影响到药物的生物利用度。在此背景下，《中国药典》2020版四部通则增加和修订了多项理化分析内容，包括比表面积测定法和固体密度测定法等物理参数的测定。用气体吸附法进行比表面和孔径分布测定，对于大多数制药行业的用户还比较陌生。随着近些年纳米科技的发展和新型药品的研发成功，需要进行比表面积和孔径分析的材料越来越多，不再仅仅局限于传统的多孔材料、催化材料、粉体材料，众所周知，药物的比表面积分析已经进入2020版中国药典。例如，COF材料。2007年, Yaghi团队在不断研究金属有机框架聚合物（MOF）后，首次报道了共价有机框架聚合物（COF）。这种低密度、高比表面、易于修饰改性和功能化的一经问世，短短十余年之间，就在气体储存与分离、非均相催化、储能材料、光电、传感以及药物传递等领域展现出优异的应用前景，并且已经发展成为一种纳米药物载体。但是，困扰很多检测和科研人员多年的问题是：“如何判断我们样品的比表面积和孔径分析结果的准确性”？想要回答这个问题，我们就不得不先探讨：“如何正确的制备样品”？或者“怎样制备样品才能确保接下来的分析数据更可靠呢”？在进行气体吸附实验或测定之前，必须清除固体样品表面及孔道中的水汽和杂质气等污染物。这个样品制备过程一般在真空加热的条件下进行，被称作脱气。由于脱气温度、脱气时间以及脱气真空度都与比表面积值有关，所以不同的脱气条件，会导致不同的 BET 比表面积结果。如何避免因样品处理引起的误差？因为99%的原料药及辅料都是有机化合物，比表面积低，容易受热分解，所以，在测定吸附等温线之前进行真空脱气，不仅需要去除样品表面和孔道中的物理吸附物质，同时还需避免样品表面发生不可逆的变化。  图1    iBox 26 全自动智能脱气站功能说明一种可行的方法是通过热重分析、光谱法或使用不同时间和温度脱气条件的试验找到脱气的最高温度。如今，理化联科iBox 26全自动智能脱气站的真空脱气技术提供了另外一条解决途径。该技术通过内置压力传感器测定残余气体压力，如果压力在15分钟内保持稳定值，即可自动判断脱气完成(图2)。该程序还可以确定系统有无泄漏（图3）。图2    iBox 26 的脱气压力、脱气温度、升温速率和保温时间控制图3   脱气压力变化走向示意图该脱气站内置了压力传感器，可以自动控温、控压，并且具有高温炉全自动升降功能。可以帮助制药行业用户减少人工干预，保证样品处理条件的一致性。图4    iBox 26 的内部纵览样品管触底缓冲装置可以避免样品管在电梯上升过程中的撞击，保证样品管接触炉底，均匀受热（点击观看自动电梯高温炉视频）初学者如何判断脱气完成？即使是从未接触过的样品或初次使用比表面和孔径分析仪的操作人员，也可以采用iBox 26提供的AI脱气完成自动判断模式来处理样品（图6）。根据ISO9277-2010，脱气温度会在压力控制下递进，以避免样品受热分解。当软件判断脱气完成后，自动终止脱气，避免人为因素，防止样品结构受损。这对制药行业尤为重要。图5    iBox 26 的压力控制温度递进，自动判断脱气完成终点孔道坍塌风险如何解？MOF和COF等都属于敏感性材料，因为快速加热会因强烈的蒸汽释放而损坏脆弱的结构，因此脱气不当容易导致孔道坍塌。iBox压力控制加热程序可以根据真空条件下脱气过程中多孔材料产生的气体压力来改变加热速率，通过压力与PFC自动抽空速率调节的联动保持压力的稳定。当由于样品表面脱附的物质超过固定的压力极限PL，升温停止，温度保持恒定，直到压力降至极限以下，此时系统继续升温，该程序可以有效避免微介孔中的结构变化。 图6  iBox26是是理化联科iPore 400/600全自动比表面积和孔径分析仪的标准配置（图6），并可根据样品脱气需求选择机械泵（标配）或分子泵（选配)脱气温度过高的分解风险如何解？药品多为有机化合物，大部分软化温度和玻璃化温度都较低，通过脱气站进行预处理时必须控制好脱气温度， 例如，美国药典（USP）规定硬脂酸镁的脱气温度为40 ℃。但是，很多脱气站加热包或陶瓷炉的控温允许误差就达到10 ℃，药品和辅料的脱气温度过高容易导致分解，这也是为医药行业样品表面处理的实际应用难题。 图7    iBox 26 的软件控制界面从中可以实时监测加热温度、样品温度、真空度和各个脱气站的阀门状态iBox 26内置32位电子电路和全触屏设计，触控电脑预装图形化操控软件，控温精度达到0.02℃。另外PFC流控系统精确控制抽空和回填气速率，可以解决COF类的低密度样品抽真空时易倒吸的痛点问题！ 工欲善其事，必先利其器。优质的脱气制备单元，是确保比表面积和孔隙分析数据精度的保证。—— 2020年7月20日附：iBox 26全自动智能脱气站产品介绍：l 高达500度/600度的脱气温度范围iBox26采用铜合金等温体加热系统替代传统的加热包或陶瓷体，有效保障恒温区控温精度及高温脱气的应用需求。iBox26T的温度范围为600度，可以满足已产生化学吸附样品的脱附要求。l 多种样品预处理模式的选择，全自动AI智能判定iBox26全自动智能脱气系统允许自定义多种样品预处理模式（1）AI智能判定模式（2）传统模式，即固定脱气温度和固定脱气时间（3）易飞溅样品模式（4）易沸腾样品模式（5）自定义模式，以保证获取最佳脱气效果。软件可进行脱气条件一键设定，快速建立适合自身样品的多孔材料预处理方案。l 杜绝气路污染，提升脱气效果内置10.2寸触屏PAD,可对脱气温度，压力及流量进行编程控制设定，PFC流控系统精确控制抽真空和惰气回填的速率，避免超轻和易扬析样品倒吸所引起的气路污染，有效提升样品脱气效果。l 适用于各种尺寸的样品管iBox26可定制型加热炉体，适用于各种尺寸的比表面分析仪样品管，具有广泛的兼容性。仪器参数型号iBox26iBox26T脱气端口4个或6个6个脱气温度范围环境温度至500℃环境温度至600℃升温速度0-50℃/分钟升温精度0.1℃控温增量温度显示精度0.01℃编程控制是是压力传感器1000 torr1000 torr + 10torr （可选）真空泵        机械泵     机械泵或分子泵作者简介：（声明：本文由理化联科供稿，不代表仪器信息网本网观点）

三十年吸附领域经验，十余载技术沉淀，2020年6月18日上午10点，在云端向颗粒吸附业界专家朋友们宣告，理化联科（北京）仪器科技有限公司（以下简称“理化联科”）正式亮相面市。发布会全程在线直播，观看人次高达400余次。会议上，理化联科公司总经理杨正红先生怀着兴奋的心情首先致欢迎辞，介绍了理化联科公司成立的初衷和愿景。理化联科总经理    杨正红先生理化联科营销总监竺洪振先生远在国外，通过直播发表祝辞，心情激动地讲述了30年的从业心得和对理化联科公司的美好期待。理化联科营销总监    竺洪振先生本次发布会还得到了业界国内外众多专家朋友的关注和支持，发来祝贺视频和贺辞。       中国科学院大连化学物理研究所，中国化学会催化专业委员会顾问委员，德高望重的辛勤教授欣喜地看到，一批有志之士积极投身到分析仪器的自主研发和创新之中，并取得了重要成果，特此发来了贺信，祝愿理化联科在新的征程上，不断进步，让中国的气体吸附分析仪器真正在世界上占有一席之地！大连化学物理研究所/中国化学会催化专业委员会顾问    辛勤教授理化联科公司总经理杨正红先生还在会上详细介绍了理化联科公司及其产品系列——iPore系列比表面及孔径分析仪、iBox26全自动脱气站、iPYC30真密度分析仪、iForm40孔隙率分析仪、iChem700化学吸附分析仪。理化联科全系产品重在如何解决用户的痛点问题。本次会议反响热烈，得到参与者的一致认可。发来祝贺视频的还有：全国颗粒学标准化技术委员会秘书长李兆军研究员、中国颗粒学会秘书长，中科院过程工程研究所王体壮博士、中国科技大学（结构与分析教研室）金嗣昭教授、清华大学化工系国家重点实验室主任骆广生教授、武汉大学化学院邓鹤翔教授、东北师范大学化学院朱广山院长、复旦大学化学系夏永姚教授、中石化北京化工研究院物化室主任姜建准博士，华东理工大学化学与分子工程学院胡军教授、吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室闫文付教授、中石化北京化工研究院催化所武洁花博士、 Xigo Nanotools 总经理Dr. Sean Race、普发真空技术(上海)有限公司董华强经理、佳能光学设备（上海）有限公司王强经理。他们纷纷表示，理化联科打造的新一代物理吸附仪器可以有力推动我国在该领域的技术主导地位，适应我国高质量发展的态势。特别希望有更多好技术和好仪器能够快速获得市场认可，推动颗粒技术发展，推动颗粒标准发展，以进一步提高我国在颗粒表征领域国际标准的话语权，为颗粒技术领域高质量发展奠定扎实基础！他们预祝理化联科公司打造出更多国际先进的颗粒表征仪器。厚积薄发，工以匠心，祝愿理化联科公司振臂翱翔、大展宏图！