zui早研究炭黑结构的是X-光衍射晶体学的创始人Debye和Soherrer ，1917年，他们用X-光粉晶衍射法研究炭黑时，因发现其衍射相图的弥散衍射峰和石墨有关特征相似而提出了微晶理论：认为炭黑是一种细分散的晶体但该理论对炭黑的高吸附性和化学活性却无法解释。1927年，Ruff则提出，炭黑具有较高的吸附性，是由于炭黑有不对称的碳原子，且呈不规则分散。在Riley 1939年，利用X-射线提出炭黑结构模型随着电子显微技术的发展，Bouland 、Schultz 、Heckman和Heidenreich等人陆续对炭黑的结构模型进行了改进。炭黑粒子是碳层面的统计组合体，一般来说呈同心石墨层状排列，不是高有序的微晶和低序的无定形物质，不同类型的炭黑只是有序性的程度不同。

炭黑的组成

    组成以碳为主，同时还含有少量的，但有重要意义的成分氢氧硫和灰分，它们显著影响炭黑的性质。在热裂炭黑中，这些成分的含量一般少于1%，在橡胶用炉黑中占2%~3%，在槽黑和色素炭黑中达5%~15%。

氢、氧

    炭黑的氢含量从每100个碳原子含1个到10个氢原子不等，这取决于原料性质和生产方式，氢主要位于炭黑微粒的表面。对于那些较细粒径的炭黑，氢含量少到足以使它们全部分散在表面。对于低表面炭黑有一些氢结合在炭颗粒内部。

    炭黑中氢含量的分析一般采用常规的有机物微量燃烧法。该法需要炭黑在氧气中完全燃烧，并测量产生的水量；另一方法是热分解挥发物的分析PVA。炭黑在真空或惰性气氛中加热到1600时，放出的氢可通过气相色谱法分析。PVA法与微量燃烧法测得的氢含量结果有很好的一致性，但有必要对PVA结果做其它次要含氢物质影响的校正。

    炭黑中的氧来源于炭黑粒子生成时火焰中的氧，因此炭黑的生产方式决定了炭黑的氧含量。造粒炉黑的含氧量低于1%，并随着粒径的增##而降低。槽黑以及色素炭黑的含氧量较高在3%以上，炭黑中的氧以炭黑微粒表面氧化物形式存在，它决定了炭黑的反应性。热解气相色谱法PGC是获得炭黑含氧实用方法，即在900~1000℃下测定从炭黑表面热解的CO2 、CO。炭黑水浆的pH试验是表征炭黑氧化特性的标准方法，但它不反映炭黑表面的中性和碱性含氧化合物。

硫

    硫作为炭黑的杂质主要来源于原料。炭黑中的硫##部分是无机硫酸盐及有机硫化物，以游离态形式存在的硫是极低的，炭黑中硫含量的测定方法是把炭黑样品在氧气中完全燃烧，然后以溶解的方法使生成的SO2完全转化为硫酸盐，zui后用容量分析法测定。

灰分

    炭黑中的灰分即炭黑在空气中燃烧后的残留物量，其标准测定方法为在550± 25℃焙烧炉中灼烧16h，该方法的试验重现性不好。可以采用更高的温度和更短的停留时间，但测得的灰分量稍有减小。槽黑的灰分含量是微不足道的尚不到0.1%，其灰分的主要成分是Fe和SiO2；炉黑的灰分比较高一般为0.2%~0.6%，主要是由急冷水中含有的矿物质带入。水溶性灰分通常是NaCI、MgCI2、 MgSO4 、Na2S，不溶性灰分则主要为SiO2 、CaCO3 、CaS 、Fe2O3和Fe2(CO3)3。

抽出物

    多数炭黑均含有有机溶剂丙酮、苯、甲苯等抽出的物质，通常是中等分子量的有机化合物，一般将这类抽出物称为焦油。这些焦油是反应炉中炭黑生成反应和脱氢反应接近结束时被急冷残留在炭黑表面上的油份。甲苯抽出物透光度是炭黑生产中检测抽出物的标准方法。

水分

    炭黑易吸附水蒸气，吸附水的量与炭黑的比表面积和含氧量有关，同时也取决于空气的相对湿度。在炭黑技术指标中通常规定其所含水分的上限(质量分数1.0%~1.5%)。炭黑中水分含量的标准测定方法是在125℃下加热直接测量质量的减量。这一方法在工业上的意义仅仅是反映了炭黑是否充分干燥，它不能清楚地区分以范德华力物理吸附的水和以结合水或其它形式存在的水之间的差别。在125℃下不可能把所有的水分除去，水分的明显排除发生在400℃，有少量的水在更高的温度下才能脱除。