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.
腐食防止剤/金属界面からより信頼性の高いX線光電子分光データを取得するためのアプローチが記載されています。これらのシステムは、溶液から除去した後の酸化に特に敏感であることができ、より具体的には、焦点は、有機腐食防止剤を含む酸性溶液中に浸漬した金属基板上にあります。そのような劣化の可能性を最小限にするために、サンプルは、N 2またはArのいずれかで、不活性ガスでパージしたグローブボックス内で溶液から除去されます。グローブボックスは直接周囲実験室雰囲気への露出を避け、したがって、ポスト浸漬基質酸化の可能性を低減する、超高真空X線光電子分光装置のロードロックに取り付けられています。これに基づき、一つは、例えば 、Mの酸化状態観察X線光電子分光法の特徴は、 その場に浸さシナリオの代表である可能性があることをより確実にすることができエタル島は変更されません。
腐食抑制剤(CIS)は、積極的な環境に導入される場合、固/液界面1、2、3、4、5で変化を誘導することにより、金属材料の腐食速度を低下させる物質です。腐食防止のこのアプローチは、広く成功し、様々な用途のために開発された高性能のCIと、業界で使用されています。知識ベースの最適化を妨げ、CI性能の基礎的な理解のかなりの欠如、しかし、残っています。例えば、腐食性の酸性溶液中の有機シスによって形成される界面の正確な性質はまだ不明です。
有機シス吸着2-D層2の形成を介して酸性腐食を抑制するという仮定を考慮すると、表面に敏感な技術が必要であり、TOこれらのインターフェイスを特徴づけます。したがって、X線光電子分光法(XPS)6は、これらのインタフェースの要素/化学組成を調べるために選択した技術として浮上している域外 7、8、9。 XPS測定は、一般的で行なわ、または、超高真空(UHV)に近いされています。様々な洞察は、表面酸化物または水酸化物は、金属基板10、11、12に結合する有機CIを容易にするために存在することを含めて、記載されています。 XPSデータは、UHV-XPS分析計へ阻害したソリューションと導入からの除去の間に研究室の雰囲気に暴露されたサンプルから取得したとして、このインタフェース記述の妥当性は、しかし、疑問です。このような手順は、約結論を損なう、界面酸化をもたらすことができます化学組成をインターフェイス。別のアプローチは、ポスト浸漬酸化の可能性を最小化する、必要とされます。
本稿では、詳細設計方法論は1つが、酸性溶液から出現以下の酸化を受けていない有機-CI /金属界面からXPSデータを取得できるようにします。 UHV-XPS装置の真空ロードロックに直接結合されている不活性ガスでパージしたグローブボックスには、採用されます。我々のアプローチの有用性を大幅に水、1M塩酸(HCl)溶液中で基板腐食速度を低下させるのに十分なCIを添加した後形成された二つの有機-CI /炭素鋼の界面からXPSデータの提示を介して確認されます。
図1および図 2に表示されたXPSスペクトルは、明らかに、サンプルの移送の間に用いられる不活性雰囲気は、これらの炭素鋼/有機-CIインタフェースのポスト浸漬酸化を避けるために不可欠であることを示しています。界面化学は、酸化によって改変されている可能性としてこれに基づき、周囲実験室雰囲気に阻害した基板の露光を関与する他の同様のXPS研究( 例えば 18、19)、からの結果は、批判的に再評価されるべきです。すべての有機のCIは、酸性溶液中の酸化物/水酸化物自由表面に吸着することを前提とする理由はないことに留意すべきです。いくつかの場合において、そのような相は、実際結合有機CI表面を容易にすることができます。ポスト浸漬酸化からこのシナリオを区別することはそれほど単純ではありません。 1つの可能な解決策は、( 参照阻害界面からXPSデータを取得します<eそのポスト浸漬酸化を確認する目的のサンプルと並行してメートル>例えば1MのHCl + 2 mMのMBI)が問題ではありません。
サンプルの転送手順に成功した結果を確実にするために、それをグローブボックスは完全に不活性ガス(N 2 /アルゴン)でパージしたグローブボックス中のO 2濃度が最小化される、すなわちされることが必須です。ケアは、グローブボックスポート/エントリポイント上の全てのシールが正しくグローブボックスとXPSロードロックフランジとの間のシールを含む、形成されていることを確認するために注意すべきです。我々自身の仕事によって示されるように、それは、必須ではないが、理想的には、 インサイチューセンサにおいて 、直接O 2濃度をモニターするために使用されるべきです。ステップ3.3.2で示したように、我々は通常、サンプル移送に着手するときのガイドとして、相対湿度センサを使用します。
グローブボックス環境の一つのさらなる潜在的な問題が汚染する可能性がある揮発性溶液成分の存在であり、試料表面液とロードロックに挿入する前から除去した後。例えば、グローブボックス中の1M HCl溶液の存在は、XPSデータに外来CL信号につながる炭素鋼試料と反応することができるのHCl蒸気の発生につながります。有意であるこのような汚染の可能性を最小限にするために、HCl溶液の少量を使用する必要があり、試料の移送が可能な限り迅速に完了すべきです。プロトコルに示されるようにこれに基づき、典型的には唯一のビーカー/サンプルは、任意の時点でのサンプル移送用グローブボックスの中に挿入されます。また、一つのHCl溶液の表面積を最小化、ならびにサンプル出現次ビーカーをカバーすべきです。 Na 2 CO 3粉末(ステップ3.1.4)のHCl蒸気の量を制御する試みにおいて、グローブボックス内に挿入されます。また、任意の酸性溶液のこぼれをクリーンアップするために使用することができます。
手袋bの慎重な制御に加えて牛の環境では、試料の取り扱いはまた、取得したXPSスペクトルの整合性に重要です。一つは、任意の固体のオブジェクト、 例えばピンセットや手袋に接触した任意の表面からXPSデータを取得するべきではありません。さらに、溶液からのサンプルを除去すると、それはすぐに不活性ガス(ステップ3.2.5)を吹き付けて乾燥されるべきです。この手順は、データの誤った解釈につながる可能性が、試料表面上に蒸着し、溶液成分の後続の物理的な付着を防止するために行われます。追加の予防措置として、1はまた、ロードロック室に試料棒を転送するために、新鮮なペアでニトリル手袋(ステップ3.2.3)を置き換えることを検討することができ、 すなわち前は3.1.10に進みます。
最後に、ここで説明したアプローチの有効性を考えると、我々は、それが腐食に他のトピックに適用されることを期待する( すなわち腐食抑制に加えて)空気の影響を受けやすいインターフェイスからのXPSデータの取得をuに追加することになり、nderstanding。また、このようなアプローチは、XPS測定は、流体環境で形成された空気の影響を受けやすいインターフェイスから行われている他の分野において考慮されるべきです。明らかに、この手順は、XPSに限定されるものではなく、以前に液体に浸漬された表面、 例えば、走査型プローブ顕微鏡の他のUHVベースの測定に適用することができます。
The authors have nothing to disclose.
仕事はマンチェスター大学との共同研究契約を通じてアクゾノーベルによってサポートされていました。セネルHidrocarburosと財政支援のための研究所MexicanoのデPeteróleo – PMGはフォンド扇形CONACYTに感謝しています。 TBのおかげMellitah石油&ガスCompanyforは彼女の学生の身分に資金を提供。 KKは博士トレーニングのための環境センターを要求の厳しいのための材料を介してEPSRC(EP / L01680X / 1)からの財政支援を認める。「PALのおかげCONACYT財政マンチェスターで彼女の滞在をサポートするために。最後に、著者のすべてが彼の技術サポートのためのベン・スペンサーを認めますそして、アドバイス。
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 |