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.
Подход для получения более надежных рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии данные ингибитор коррозии / металлических интерфейсов описан. Более конкретно, акцент делается на металлических подложках, погруженных в кислых растворах, содержащих органические ингибиторы коррозии, так как эти системы могут быть особенно чувствительны к окислению с последующим удалением из раствора. Для того, чтобы свести к минимуму вероятность такой деградации, образцы удаляют из раствора в перчаточном боксе , продуваемом инертным газом, либо N 2 или Ar. Перчаточный ящик непосредственно присоединен к загрузочную камеру прибора фотоэлектронной спектроскопии сверхвысокого вакуума рентгеновских лучей, избегая воздействия лабораторной атмосфере окружающей среды, и, таким образом, снижая вероятность окисления субстратов пост погружения. Исходя из этого, можно быть более уверенным , что рентгеновские особенности фотоэлектронной спектроскопии , наблюдаемые, вероятно, быть репрезентативными на месте погруженной в сценарии, например, степень окисления мидр не изменяется.
Ингибиторы коррозии (ДИ) представляют собой вещества , которые при введении в агрессивной окружающей среде, снижают скорость металлического материала от коррозии, вызывая изменения на границе раздела твердое тело / жидкость 1, 2, 3, 4, 5. Такой подход к контролю коррозии широко используется в промышленности, с высокой производительностью КЕ будучи успешно разработаны для различных применений. Там остается, однако, значительное отсутствие фундаментального понимания производительности CI, что затрудняет оптимизацию основанной на знаниях. Например, точная природа интерфейсов, образованных органическими-ЦИС в агрессивных кислых растворах до сих пор неясно.
Принимая во внимание предположение , что органические-цис- ингибируют кислотной коррозии за счет образования адсорбированной 2-D слоя 2, чувствительная поверхность техника требуется тO характеризуют эти интерфейсы. Следовательно, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) 6 стала методика выбора , чтобы исследовать элементный / химический состав этих интерфейсов ex – situ 7, 8, 9; Измерения XPS, как правило, выполняется в, или близко к ним сверхвысокого вакуума (СВВ). Различные идеи были востребованы, в том числе , что оксид или гидроксид поверхности присутствует для облегчения органо-CI связывания с металлической подложкой 10, 11, 12. Справедливость этого описания интерфейса, однако, вызывает сомнения, поскольку данные XPS были получены из образцов, которые подвергались воздействию лабораторной атмосфере между удалением из заторможенного раствора и введение в спектрометр СВВ-XPS. Такая процедура может привести к окислению интерфейса, подрыве выводы о том,Интерфейс химический состав. Альтернативный подход необходим, что сводит к минимуму возможность окисления пост погружения.
В этой статье мы подробно методика предназначена для позволяют получать данные XPS из органических-CI / металлических интерфейсов, которые не подверглись окислению следующие всплытии из кислого раствора. Перчаточной камере, продувают инертным газом, который крепится непосредственно к вакуумному загрузочную камеру прибора СВВ-XPS применяется. Полезность нашего подхода подтверждается путем представления данных XPS из двух органо-CI / углеродистой стали интерфейсов, образовавшихся после добавления достаточного CI, чтобы значительно уменьшить скорость коррозии субстрата в водном растворе 1 М соляной кислоты (HCl).
РФЭС – спектры показаны на рисунках 1 и 2 ясно показывают , что инертная атмосфера применяется во время передачи образца имеет важное значение , чтобы избежать после погружения , окисление этих углеродистой стали / органо-CI интерфейсов. На этой основе результаты других исследований , сходный XPS (например , 18, 19), в котором участвовали облучение заторможенной субстрата в лабораторных условиях окружающей среды, должны быть критически пересмотрены, поскольку химический интерфейс может быть изменен с помощью окисления. Следует отметить, что, что нет никаких оснований предполагать, что все органические-цис- адсорбируются оксида / гидроксида свободных поверхностей в кислотном растворе. В некоторых случаях такие фазы действительно могут облегчить связывание поверхности органо-CI. Отличить этот сценарий от окисления пост погружения не так просто. Одним из возможных решений является получение XPS данные из эталонного тормозится интерфейса ( <eм> , например 1 М HCl + 2 мМ MBI) в тандеме с образцом интереса , чтобы проверить , что окисление пост погружения не является проблемой.
Для обеспечения успешного результата процедуры передачи образца, необходимо , чтобы перчаточный ящик полностью продувают инертным газом (N2 / Ar) , т.е. концентрация O 2 в камере с перчатками сведено к минимуму. Следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что все пломбы на бардачке портов / точек входа правильно сформированы, в том числе уплотнение между перчаточным ящиком и XPS нагрузки блокировки фланца. В идеале, датчик на месте в следует использовать для непосредственного контроля концентрации O 2, хотя это не является существенным, как показывает нашей собственной работы. Как показано на шаге 3.3.2, мы обычно используем датчик влажности в качестве ориентира для того, когда провести передачу образца.
Еще одно потенциальная проблема с окружающей средой перчаточного ящика является наличие летучих компонентов раствора, который может загрязнитьповерхность образца после удаления из раствора и перед введением в загрузочную камеру. Например, наличие 1 М раствора HCl в камере с перчатками, приводит к эволюции паров HCl, который может вступать в реакцию с образцами из углеродистой стали, ведущие к адвентивного сигнала Cl в данных XPS. Для того, чтобы свести к минимуму вероятность такого заражения значима, небольшие объемы раствора HCl следует использовать и передачи образца должна быть завершена как можно быстрее. На этом основании, как это указано в Протоколе, как правило, только один химический стакан / образец вставляется в перчаточном боксе для переноса образца в любой момент времени. Кроме того, следует свести к минимуму площадь поверхности раствора HCl, а также покрывают мензурку следующий образец всплытии. Na 2 CO 3 порошка (этап 3.1.4) вставляется в перчаточном боксе в попытке контролировать количество паров HCl. Кроме того, он может быть использован для очистки любых кислых перелива раствора.
Помимо тщательного контроля перчаток бвола окружающей среды, обработки проб также имеет важное значение для целостности приобретенных спектров XPS. Не следует получать данные XPS с любой поверхности , которая вступает в контакт с любым твердым предметом, например , пинцетом или перчатке. Кроме того, при удалении образца из раствора, он должен быть немедленно взорван сухим инертным газом (этап 3.2.5). Эта процедура проводится с целью предотвращения испарения и последующее физическое осаждение компонентов раствора на поверхность образца, что может привести к неправильной интерпретации данных. В качестве дополнительной меры предосторожности, можно также рассмотреть вопрос о замене нитриловые перчатки (этап 3.2.3) со свежей парой для передачи бар образца в загрузочную камеру блокировки, т.е. перед стадией 3.1.10.
Наконец, учитывая эффективность подхода , изложенного здесь, мы ожидаем , что он будет применяться к другим темам коррозии (т.е. в дополнение к ингибирования коррозии), где получение данных XPS от интерфейсов воздушных чувствительных бы добавить к иnderstanding. Кроме того, такой подход следует рассматривать и в других областях, где измерения XPS предпринимаются из воздуха чувствительных интерфейсов, сформированных в среде жидкости. Очевидно, что эта процедура не ограничивается XPS, но также могут быть применены к любому другому СВВ основе измерения с поверхности , который ранее был погружен в жидкость, например , сканирующей зондовой микроскопии.
The authors have nothing to disclose.
Работа выполнена при финансовой поддержке AkzoNobel через соглашение о сотрудничестве с Университетом Манчестера. ГПМ благодарна Fondo секторальной КОНАСИТ – SENER Hidrocarburos и Мексиканским институтом Peteróleo за финансовую поддержку. ТБ благодаря Mellitah Oil & Gas Companyfor финансирует ее студенчество. KK признает финансовую поддержку со стороны EPSRC (EP / L01680X / 1) с материалами для сред с высокими требованиями Центра по докторантуру. "PAL спасибо КОНАСИТ за финансовую поддержку ее пребывания в Манчестере. В конце концов, все авторы признают Бен Спенсер за его техническую поддержку и советы.
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 |