研究级SEA表面能分析仪

表面能全新解决方案

先进技术

SMS公司首创的反气相色谱设备-iGC表面能分析仪距今发展十五年以上。

iGC – 反气相色谱 – 原理

iGC是用来表征粉末、颗粒、纤维、薄膜与半固态等材料的表面与体特性的气相技术，

是传统气相色谱的反向过程。实验采用系列蒸汽脉冲或前沿注入方法将探针分子洗脱通过样品柱，

以一定速率的载气冲洗样品柱，然后对探针分子在样品柱中的保留时间进行检测。

气相色谱分析

反气相色谱 (iGC)

脉冲气体

样品柱填充物

分离样品

探针分子

样品柱填充物

单一峰值

（颗粒或纤维）

（停留时间检测）

检测探针分子在样品柱中停留时间的检测器选用火焰离子检测器(FID)。不同的蒸汽探针分子、流

速、温度或者柱条件揭示样品广泛的表面与体特性

SEA － 新一代反气相色谱分析仪

表面能分析仪 (SEA) 代表了iGC 技术的巨大进步。

SEA的独创性在于其独有的可变注入歧管系统*，在一个实验中可以采用多种不同的探针分子，

不同的探针分子与相同的固体样品相互作用是不同的，保留体积也存在差异，通过分析一系列探针

分子的保留体积，经过模型分析，可以得到固体的表面自由能、吸附热、相转变温度等一系列物性。

*专利申请

独特的可变注射大小－ 1:4000 注入体积比

12种溶剂池：

易于维护的推拉式设计

精密温度控制确保蒸汽

稳定性。

火焰离子检测器(FID)：

增益可调

最小的操作台需求:

整体集成设计：

操作简单的样品柱温箱

和溶剂池

系统规模:

W: ~490mm;

H: ~650mm;

D: ~564mm

系统重量: 80kg

双样品柱设计：

更高通量

样品柱温箱：

20ºC至150ºC

整体集成

前置LED指示灯:

方便操作者获取各

种信息，如数据存储，

探测器点火，漏气探测

以及系统状态

SMS operates a continuous product improvement policy and specifications and content are subject to change without notice. E&OE.

表面能

反气相色谱（iGC）表面能分析仪主要用

分子间力是粉体颗粒及其它固体表面间彼

于测量物体的表面能

。固体内部的分子相

此吸引的原因。因此，表面能值(色散与极性）

互成键使其处于能量有利（低能量）的最稳

态。由于固体表面的分子没有被其他分子所包

围，固体表面的分子处于能量并不有利（较高

的能量）的状态。

固体表面能与液体表面张力类似，可定量

表示样品表面高于块体内部的能量。若固体样

与粉体流动性、团聚、加工导致的无序、内聚

力、静电与表面化学等几个关键固体性质有关。 .

SEA表面能分析仪通过将固体样品暴露在性

质已知的蒸汽探针分子来模拟固体表面和其它分

子的界面。此相互作用产生的分子间作用力能

通过定量测定样品的总表面能来分析。

品表面能

值高，表面分子由于处于高能态

而趋向于与其它分子成键使得能量更为有利

（低能量）。

粉体物理性质主要由粉体颗粒表面间的分

表面分子相对内部分子而言，由于成键较

少而处于更高能量态。这些表面分子具有不同

能级区域而使表面能有着不均匀性。

分子在三维方向与其它分子相互成键是能

量最稳定的。

42.0

Milled Paracetamol

子间作用力决定。

40.0

38.0

36.0

34.0

Unmilled Paracetamol

研磨与未研磨4-乙酰氨基酚（扑热息痛）的色

散表面能与其颗粒大小有关。数据表明研磨样品的

32.0

表面能随其颗粒尺寸变化明显，而未研磨4-乙酰氨

30.0

基酚（扑热息痛）的表面能则相对其于颗粒尺寸变

0

100

200

300       400        500

Particle Size ( m)

600

700

800

化较小。

表面能不均匀性分布图

多数材料都是能量各向异性的，例如：它们有着不同表面能的多个区域。因此，整个样品表面并不

能简单地以液相法基础上发展起来的表面能 测量技术来测量，这一点非常重要。

SEA表面能分析仪是唯一商业化的反气相色谱(iGC)系统。相比于传统反气相色谱系统，可提供详细

的色散与极化组分(酸碱)能量不均匀性分析并给出图谱，如下图所示：

Dispersive Surface Energy Profiles

Budesonide Samples

55.0

Micronized

Dispersive Surface Energy Distributions

Budesonide Samples

7.0

Micronized

Crystalline

6.0

Crystalline

50.0

5.0

45.0

40.0

4.0

3.0

2.0

35.0

1.0

30.0

0.0

0.00

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

35.0

38.0

41.0

44.0

47.0

50.0

53.0

Fractional Surface Coverage

Dispersive Surface Energy (mJ/m2)

微粉化与晶态布地奈德(Budesonide)粉体的表面能不均匀性曲线(左)与表面能分布图(右)。微粉化样品

显示了较宽的表面能分布和较高的平均表面能。

表面性能测定

棉织物中醋酸戊酯在0%(ΔH=56.54kJ/Mol)与

不同纳米填料-聚氨酯复合材料的粘附功和内聚功

与其机械强度直接相关。

40%(ΔH=50.20kJ/Mol)相对湿度下的吸附热(ΔH)

曲线图。环境湿度对亲水探针分子的ΔH影响较

大。

Sample

Wad/ Wcoh

Tensile Strength

at Break (MPa)

0.00312

-2.8

0.00316

0.0032

0.00324

0.00328

0.00332

-2.9

-3

Polyurethane Alone

As Received

Multi-walled Nanotube

Oxidized Multi-walled

Nanotube

----

0.55

0.49

61 ± 4

60 ± 7

56 ± 6

-3.1

-3.2

-3.3

-3.4

-3.5

-3.6

As Received Nanoclay

Functionalized Nanoclay

0.47

0.86

54 ± 11

71 ± 7

-3.7

-3.8

Amyl Acetate, 0%RH

Amyl Acetate, 40%RH

1/T (1/K)

P-SEA-001 v1.0 22NOV2010

不同聚合物加德曼(Gutmann)酸

常数(Ka)与碱常数(Kb) 遵循它们的

相对摩擦起电次序。

竞争吸附：不同质子交换膜色散表面能与环境相对湿

度的关系。

Triboelectric

Series Order

Kb/ Ka

30.00

25.00

BPSH

Nafion

20.00

Polymethyl methacrylate

Polycarbonate

Acrylonitrile

1.33

1.10

1.09

15.00

10.00

Butadiene Styrene

Polypropylene

0.63

5.00

Polyvinylchloride

0.02

0.00

10

50

90

%RH

体特性测定

麦芽糖玻璃化温度(Tg)与相对湿度间的关系。Tg温

度下降表明水蒸汽的增塑效应明显。

采用独特分析模块

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的希尔德布兰特

(Hildebrandt)溶度参数。其值19.08MPa½与文献报道

(17.4-21.3 MPa½)相吻合。

365

250000

360

220000

355

190000

350

160000

345

130000

340

100000

335

330

70000

40000

linear fit

Polymethyl Methacrylate

0

2

4

6

8

10

12

14

16

15000

17000

19000

21000

23000

25000

27000

%RH

1

½

(Pa)

紫外固化汽车面漆膜厚度与交联度间的关系。由于氧

抑制固化，表面交联度下降。 .

范第姆特（Van Deemter）曲线：250°C时，催化剂

样品上环乙烷的扩散系数(0.0034 cm2/sec)。

4200

0.12

4000

0.11

Van Deemter fit

0.1

3800

0.09

3600

0.08

3400

0.07

3200

3000

2800

2600

0.06

0.05

0.04

0.03

0

10

20

30

40

50

60

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

Distance from top of film ( m)

Linear Flow Rate (cm/sec)

软件

SMS延续着其在稳定灵活和直观的系统软件这一方面的世界领先地位。

包含大量客户参与和反馈的内部设计确保SMS软件提供稳定灵活和易于使用

的解决方案。

SEA 控制软件: CIRRUS

Cirrus 凭借其直观的、基于Windows的用户界面，使复杂

的实验变得极为容易。

Cirrus 实验方法可以灵活设计、编辑并实时运行。

特点包括:

· 智能化基于向导的实验样本集。

· 多种方法变量：表面覆盖、溶剂、温度和流速。

· 实时显示实验进程。

· 易于设置、保存和恢复。

· 多达10种的批量运行。

· 先进的系统状态诊断。

SEA数据分析软件: CIRRUS PLUS

Cirrus Plus 利用iGC SEA实验灵活性。

体分析…. 通过SEA软件的独特分析模块，可以计算体特性，

旁边的一键生成报告提供广泛稳定的用户友好型数据 诸如溶度参数、扩散系数与Tg等。

分析。Cirrus Plus 使iGC数据得到充分利用。

标准特性：

· 等温线／BET／亨利常数测量

· 表面能分析

· 表面不均匀性图

· 粘附功和内聚功测量

· 竞争吸附测量

· 吸附热测量

· 酸－碱化学分析

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