Micromeritics stellt mehrere Geräte zur Bestimmung physikalischer Adsorptionsisothermen her. Die meisten dieser Geräte verwenden die statische (manometrische) Adsorptionsmethode, bei der die Menge des von der Probe adsorbierten Gases anhand von Druck- und Temperaturmessungen und Gasgesetzen bestimmt wird, die das nichtideale Verhalten des Adsorptionsmittels berücksichtigen. Die Gasmenge, die der Probe über einen Gasverteiler zugeführt wird, wird anhand des kalibrierten Volumens des Verteilers, des absoluten Gasdrucks im Verteiler und der Verteilertemperatur bestimmt. Druck und Temperatur werden zunächst vor der Dosierung aufgezeichnet, um die anfängliche Gasmenge im Verteiler zu bestimmen, und nach der Dosierung, um die im Verteiler verbleibende Gasmenge zu ermitteln. Die Differenz ist die Gasmenge, die aus dem Verteiler in den Probenhalter gelangt ist, bzw. die Gasmenge, die auf die Probe dosiert wurde.
Das Adsorptionsmittel, das in den Probenhalter gelangt, hat zwei Möglichkeiten: Es kann entweder an die Probe adsorbiert werden oder in der Gasphase über der Probe verbleiben. Der Teil, der in der Gasphase verbleibt, bestimmt den Druck im Probenhalter, da der Druck als ein Maß für die Gaskonzentration angesehen werden kann. Die Adsorption von Gas an der Oberfläche und in den Poren kann als eine Konzentration von Gas auf der Probenoberfläche infolge physikalischer Anziehungskräfte zwischen der Probe und dem Adsorptionsmittel betrachtet werden.
Um die Gasmenge zu bestimmen, die an der Probe adsorbiert wird, die abhängige Variable der Isotherme, muss man die in den Probenhalter dosierte Gasmenge in diese beiden Anteile aufteilen: die Menge, die in der Gasphase verbleibt und zum Druck beiträgt, und die Menge, die an der Probe adsorbiert wird. Die Gasgesetze können wiederum verwendet werden, um die Menge des Gases zu bestimmen, die nicht adsorbiert wird. Um kleine Unterschiede in den kryogenen Badtemperaturen zu berücksichtigen, werden die Ergebnisse als Funktion des Drucks relativ zum Sättigungsdampfdruck des Adsorptionsmittels bei der Badtemperatur angegeben. Alles, was man braucht, ist das Volumen des Probenhalters, korrigiert um die Temperaturen der verschiedenen Räume darin. Das Gasfassungsvermögen des Probenhalters wird oft als Freiraum oder Leerraum bezeichnet. Diese Kapazität steigt mit abnehmender Temperatur im Probenhalter und ist somit eine Funktion der Badtemperatur. Darüber hinaus muss die Gasmenge in dem Teil des Probenhalters, der sich auf Badtemperatur befindet, um die Kompressibilität bzw. das nicht ideale Verhalten korrigiert werden. Für Stickstoff bei seinem normalen Siedepunkt, 77,35 K, bedeutet dies einen Anstieg der Stickstoffmenge im Behälter um etwa 4,3 % pro Atmosphäre gegenüber dem Wert, der sich allein aus dem freien Raumvolumen errechnen würde.
Die Menge des in den Probenhalter dosierten Adsorptionsmittels, die sich nicht in der Gasphase befindet, ist natürlich die Menge des Gases, die an der Probenoberfläche oder in den offenen Poren adsorbiert wurde. Um diese adsorbierte Menge zu berechnen, müssen also genaue Werte für den freien Raum bekannt sein, und zwar sowohl für die Temperatur des Bades als auch für den bei Umgebungstemperatur verbleibenden Raum, einschließlich des Teils des Probenhalters, der sich außerhalb des Dewargefäßes befindet, das das Kryogen enthält. Es werden also zwei Werte für den freien Raum benötigt: der Wert, der mit den Gasgesetzen bestimmt wird, wenn die Röhre Umgebungstemperatur hat, und der Wert, der bestimmt wird, wenn ein Teil der Röhre in das Bad eingetaucht ist. Diese beiden Freiraumwerte ermöglichen eine Aufteilung des Freiraumvolumens in das bei Umgebungstemperatur verbleibende und das bei Badtemperatur. Auf diese Weise kann die Menge des Adsorptionsmittels in der Gasphase im gesamten leeren Volumen des Probenhalters bestimmt werden, einschließlich der Korrektur der Kompressibilität für den Teil bei kryogener Temperatur. Diese beiden ermittelten Freiraumwerte werden manchmal als kalter und warmer Freiraum bezeichnet, was auf die Temperatur der Probe zum Zeitpunkt der Bestimmung hinweist, und manchmal als Analyse- und Umgebungsfreiraum, was wiederum auf die Temperatur der Probe zum Zeitpunkt der Freiraumbestimmung hinweist. Der warme oder Umgebungsfreiraum wird mit dem Probenhalter bei Umgebungstemperatur bestimmt; der kalte oder Analysefreiraum wird mit einem Teil des Probenhalters bei der Analysentemperatur bestimmt. Abbildung 1 zeigt die Adsorptions- und Desorptionsisothermen, die für ein Aluminiumoxid-Katalysatorextrudat bestimmt wurden.
