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郑州土壤检测机构:土壤比表面积的测定方法

2025-11-21

  测定方法主要分为两大类:间接计算法和直接测量法。

  1. 间接计算法(基于颗粒分析)

  这种方法基于一个假设:土壤颗粒是规则的球体。

  原理: 通过筛分法和密度计法(沉降法)测出土壤的颗粒级配(即不同粒径颗粒的百分比分布)。然后将每个粒径区间的颗粒都视为球体,计算其表面积,再累加求和,z后除以总质量得到比表面积。

  优点: 操作相对简单,是岩土工程中的常规试验。

  缺点: 结果极不准确! 因为实际的土壤颗粒,尤其是黏粒,根本不是球体,而是片状、棒状等复杂形状,其真实表面积远大于计算值。此方法严重低估了黏性土的比表面积。

  应用: 仅适用于对精度要求不高的粗粒土(如砂土)估算。

  2. 直接测量法(基于物理吸附)

  这类方法是目前测定真实比表面积的标准方法,尤其适用于含有黏土矿名的细粒土。

  A. 乙二醇乙醚吸附法(EGME法)—— 土壤学经典方法

  原理:

  EGME分子可以紧密地、单层地吸附在土壤矿物颗粒的表面。

  已知一个EGME分子所占的面积为0.000586 μm²。

  通过测量一定质量土壤样品所能吸附的EGME的z大质量,就可以计算出土壤的总表面积。

  步骤简介:

  将干燥的土壤样品置于装有EGME溶液的干燥器中进行吸附。

  定期称重,直到样品质量恒定,意味着已形成单分子层饱和吸附。

  通过吸附的EGME质量计算比表面积。

  优点:

  能够测量包括内表面积在内的总比表面积(对于蒙脱石等膨胀性粘土至关重要)。

  设备相对简单,成本较低。

  被土壤学界广泛接受为标准方法之一。

  缺点:

  耗时较长(可能需要数天才能达到平衡)。

  EGME试剂有一定毒性。

  对操作技巧要求较高。

  B. 气体吸附法(BET法)—— 通用、精确的方法

  这是材料科学中测量比表面积的黄金标准,也广泛应用于土壤研究。

  原理:

  在超低温(如液氮温度-196℃)下,让惰性气体(通常是氮气)吸附在土壤颗粒表面。

  通过控制不同的氮气分压,测量土壤样品在不同压力下的氮气吸附量,得到一条“吸附等温线”。

  利用BET方程(由Brunauer, Emmett和Teller三人提出)对吸附等温线中相对压力较低的一段进行拟合,计算出形成单分子层所需的气体量(Vm)。

  已知一个氮气分子的横截面积(0.162 nm²),即可计算出样品的比表面积。

  优点:

  结果非常精确、可靠。

  自动化程度高,现代仪器可以自动完成测试和计算。

  除了比表面积,还能提供孔隙分布、孔体积等信息。

  缺点:

  仪器昂贵,测试成本高。

  需要将样品彻底干燥并脱气,这个过程可能会改变某些黏土矿物(如蒙脱石)的结构,导致无法测量其内表面积,因此测得的通常是外比表面积。这是BET法测土壤时的一个主要局限性。

       来源:网络

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