A protocol to avoid the oxidation of metallic substrates during sample transfer from an inhibited acidic solution to an X-ray photoelectron spectrometer is presented.
يوصف هذا النهج للحصول على الأشعة السينية البيانات الضوئية الطيفي أكثر موثوقية من التآكل واجهات المانع / معدن. وبشكل أكثر تحديدا، ويتم التركيز على ركائز معدنية مغمورة في المحاليل الحمضية التي تحتوي على مثبطات التآكل العضوية، حيث أن هذه الأنظمة يمكن أن تكون حساسة بشكل خاص للأكسدة بعد إزالة من الحل. لتقليل احتمال حدوث مثل هذا التدهور، تتم إزالة عينات من المحلول داخل علبة القفازات تطهير بغاز خامل، إما N 2 أو عار. يتم إرفاق علبة القفازات مباشرة للتحميل قفل من فائقة فراغ الأشعة السينية أداة الضوئية الطيفي، وتجنب أي التعرض إلى الغلاف الجوي مختبر المحيطة، وبالتالي تقليل احتمال آخر الانغماس الركيزة الأكسدة. على هذا الأساس، يمكن للمرء أن يكون أكثر من المؤكد أن ملامح الضوئية الطيفي للأشعة السينية لوحظ من المحتمل أن تكون ممثلة في السيناريو الموقع المغمورة، مثل الدولة أكسدة ملا يتم تعديل ETAL.
مثبطات التآكل (CIS) هي المواد التي، عندما أدخلت بيئة عدوانية، والحد من معدل تآكل المواد المعدنية عن طريق إحداث تغيير في واجهة الصلبة / السائلة 1، 2، 3، 4، 5. ويستخدم هذا النهج لمكافحة التآكل على نطاق واسع في الصناعة، مع رابطة الدول المستقلة عالية الأداء التي وضعت بنجاح لمجموعة متنوعة من التطبيقات. لا يزال هناك، ومع ذلك، نقص كبير في الفهم الأساسي لأداء CI، مما يعوق الأمثل القائم على المعرفة. على سبيل المثال، وطبيعة دقيقة من واجهات شكلتها العضوية رابطة الدول المستقلة في المحاليل الحمضية للتآكل لا تزال غير واضحة.
ونظرا لافتراض أن العضوية رابطة الدول المستقلة تمنع التآكل الحمضي من خلال تشكيل طبقة كثف 2-D 2، وهي تقنية حساسة السطح ر المطلوبةس تميز هذه الواجهات. وقد برزت نتيجة لذلك، الأشعة السينية الضوئية الطيفي (XPS) 6 كأسلوب لاختيار للتحقيق في عنصر التركيب الكيميائي / من هذه الواجهات خارج الوضع الطبيعي 7، 8، 9؛ وعادة ما يتم إجراء قياسات XPS في، أو بالقرب من فراغ عالية جدا (الفائق). وقد ادعى رؤى مختلفة، بما في ذلك أكسيد السطح أو هيدروكسيد موجودا لتسهيل العضوية-CI ملزم لالركيزة المعدنية 10 و 11 و 12. صحة هذا الوصف واجهة، ومع ذلك، هو مشكوك فيه حيث تم الحصول على البيانات XPS من العينات التي تعرضت إلى الغلاف الجوي مختبر في بين إزالة من حل تحول دون وإدخالها في مطياف الفائق-XPS. قد يؤدي هذا الإجراء في واجهة الأكسدة، وتقويض استنتاجات حولواجهة التركيب الكيميائي. مطلوب نهج بديل، مما يقلل من احتمالات الأكسدة آخر الغمر.
في هذه الورقة، ونحن بالتفصيل منهجية مصممة لتسمح واحد للحصول على البيانات XPS من CI العضوية واجهات / المعدنية التي لم تخضع الأكسدة التالية الطلوع من المحاليل الحمضية. ويعمل صندوق القفازات، وتطهير بغاز خامل، وهو يعلق مباشرة إلى فراغ حمولة قفل الصك الفائق-XPS. يتم التحقق من جدوى النهج من خلال عرض البيانات XPS من اثنين من واجهات العضوية-CI / الكربون الصلب تشكلت في أعقاب إضافة CI كافية لخفض كبير في معدل التآكل الركيزة في مائي 1 M حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك) حل.
XPS أطياف عرض في أرقام 1 و 2 يبرهن على أن جو خامل العاملين أثناء نقل عينة أمر ضروري لتجنب غمر آخر الأكسدة هذه الواجهات الكربون الصلب / العضوي-CI. على هذا الأساس، والنتائج من دراسات XPS مماثلة أخرى (على سبيل المثال 18، 19)، والتي تشارك تعرض الركيزة تثبيط إلى الغلاف الجوي مختبر المحيطة، ينبغي خطيرة إعادة تقييم، كما قد تم تعديل الكيمياء واجهة عن طريق الأكسدة. وتجدر الإشارة إلى أن أنه لا يوجد سبب لافتراض أن كل رابطة الدول المستقلة العضوية كثف على أكسيد / الأسطح خالية هيدروكسيد في المحاليل الحمضية. في بعض الحالات، قد هذه المراحل تسهيل الواقع السطح العضوية-CI ملزمة. تميز هذا السيناريو من الأكسدة آخر الانغماس ليس بالأمر اليسير. أحد الحلول الممكنة هو الحصول على بيانات XPS من واجهة إشارة مستعمل ( <eم> على سبيل المثال 1 M حمض الهيدروكلوريك + 2 مم MBI) جنبا إلى جنب مع عينة من الفائدة للتأكد من أن الأكسدة آخر الانغماس ليست قضية.
لضمان نتيجة ناجحة للإجراءات نقل العينة، فمن الضروري أن علبة القفازات وتطهير تماما مع غاز خامل (N 2 / AR) أي تصغير تركيز O 2 في علبة القفازات. يجب الحرص على التحقق من أن جميع الأختام على المنافذ علبة القفازات / نقاط الدخول تتشكل بشكل صحيح، بما في ذلك ختم بين علبة القفازات وXPS تحميل قفل شفة. من الناحية المثالية، ينبغي أن تستخدم لفي جهاز استشعار الموقع لمراقبة مباشرة تركيز O 2، على الرغم من أنه ليس من الضروري، كما يتبين من عملنا. كما هو مبين في الخطوة 3.3.2، ونحن عادة استخدام جهاز استشعار الرطوبة النسبية كدليل لحين إجراء نقل العينة.
واحد مزيد من مشكلة محتملة مع البيئة علبة القفازات هي وجود عناصر الحل المضطربة التي يمكن أن تلوثسطح العينة بعد إزالة من حل وقبل الإدراج في الحمل القفل. على سبيل المثال، فإن وجود من 1 حل M حمض الهيدروكلوريك في علبة القفازات يؤدي إلى تطور حمض الهيدروكلوريك بخار، والتي يمكن أن تتفاعل مع عينات الكربون الصلب مما يؤدي إلى إشارة الكلور العرضية في البيانات XPS. لتقليل احتمال حدوث مثل هذا التلوث يجري كبير، كميات صغيرة من محلول حمض الهيدروكلوريك وينبغي استخدام ويجب أن تستكمل نقل عينة في أسرع وقت ممكن. على هذا الأساس، كما هو مبين في البروتوكول، وعادة ما يتم إدخال سوى كوب واحد / عينة في علبة القفازات لنقل عينة في وقت واحد. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي للمرء أن تقليل المساحة السطحية للحل حمض الهيدروكلوريك، وكذلك تغطية الكأس التالية عينة الطلوع. يتم إدخال نا 2 CO 3 مسحوق (الخطوة 3.1.4) في علبة القفازات في محاولة للسيطرة على كمية من حمض الهيدروكلوريك بخار. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه لتنظيف أي انسكاب حل الحمضية.
وبالاضافة الى مراقبة دقيقة من القفازات بالبيئة ثور، والتعامل مع عينة أمر بالغ الأهمية لسلامة المكتسبة أطياف XPS أيضا. ينبغي للمرء أن لا تحصل على البيانات XPS من أي سطح التي تتلامس مع أي جسم صلب، مثل الملقط أو القفازات. وعلاوة على ذلك، على إزالة عينة من الحل، فإنه ينبغي أن يكون في مهب على الفور الجافة مع غاز خامل (الخطوة 3.2.5). يجري هذا الإجراء لمنع التبخر وترسب المادي لاحق من مكونات الحل على سطح العينة، مما قد يؤدي إلى سوء تفسير البيانات. كإجراء وقائي إضافي، يمكن للمرء أن ينظر أيضا الاستعاضة عن قفازات النتريل (الخطوة 3.2.3) مع عنصر جديد لنقل شريط العينة إلى غرفة الحمل القفل، أي قبل خطوة 3.1.10.
وأخيرا، نظرا لفعالية النهج المبين هنا، فإننا نتوقع أن يتم تطبيقها على مواضيع أخرى في التآكل (أي بالإضافة إلى مثبطات التآكل)، حيث الحصول على البيانات XPS من واجهات حساس الهواء من شأنه أن يضيف إلى شnderstanding. وعلاوة على ذلك، ينبغي النظر في هذا النهج في مجالات أخرى حيث تجري قياسات XPS من واجهات حساس الهواء تشكلت في بيئة السوائل. ومن الواضح أن لا يقتصر هذا الإجراء لXPS، ولكن يمكن أيضا أن تطبق على أي قياس أخرى استنادا الفائق-من سطح الذي سبق مغمورة في سائل، مثل المجهر التحقيقي.
The authors have nothing to disclose.
وأيد هذا العمل من قبل اكزو نوبل من خلال اتفاقية تعاون مع جامعة مانشستر. PMG عن امتنانه للفوندو القطاعية CONACYT – SENER Hidrocarburos والمعهد المكسيكي دي Peteróleo للحصول على الدعم المالي. السل بفضل مليته للنفط والغاز Companyfor تمويل دراسية لبلدها. يعترف KK دعم مالي من EPSRC (EP / L01680X / 1) من خلال المواد للمطالبة مركز البيئات للتدريب الدكتوراه. "PAL بفضل CONACYT لدعم ماليا إقامتها في مانشستر. وأخيرا، كل من المؤلفين الاعتراف بن سبنسر لدعمه الفني والمشورة.
Mild steel rod, 1m x 10 mm diameter | RS Components | 770-412 | |
Silicon Carbide Grinding papers | Spectrographic Limited | T13316, T13317, T13318, T13156, T13153 | |
Polishing Cloth | Spectrographic Limited | 62113 | |
Monocrystalline Diamond compound | Spectrographic Limited | G22003 | |
OmegaPol TWIN 250mm Metallurgical Polisher | Spectrographic Limited | n/a | |
BRILLANT 220 – Wet Abrasive Cut-Off Machine | ATM GmbH Advanced Materialography | n/a | |
Ultrasonic Bath | NICKEL-ELECTRO LTD. | SW3H | |
Vacuum Desiccator | DURAN | 24 782 57 | |
Low form beaker 25mL | Fisher Scientific | FB33170 | |
N2 gas cylinders, 230 bar, size W, UN1066 | BOC | n/a | |
Regulator for N2 gas cylinders | Freshford Ltd. | MS-10B-N2 | |
Nitrogen Purge Glove Box | Terra Universal, Inc | n/a | |
Dual Purge System | Terra Universal, Inc | 1606-61 | |
NitroWatch System with sensor | Terra Universal, Inc | 9500-00A, 9500-02A | |
Big Digit Hygro-Thermometer | FLIR Commercial Systems, Inc. Extech Instruments Division | 445703 | |
Kratos Axis Ultra (XPS spectrometer) | Kratos Analytical Ltd | n/a |