124
شخصًا يشاهدون الآن هذا المنشور / المقالة!
$90.00
تحليل XPS
جدول المحتويات
XPSمطيافية الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي ( تحليل XPS )
مقدمة
كما نعلم، تختلف خصائص سطح العينة عن الخصائص الحجمية للمادة في المواد الصلبية و لا یمکن التعلیق علی سطح العينة من خلال تحلیل العينة بأكملها التی تمثل التركيب الكيميائي كاملاً. إن طرق تحلیل السطح هي الطرق التي يمكن إستخدامها لإجراء التحليل الكيميائي في سطح العينة. التحليل XPS (مطيافية الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي) هي واحدة من طرق تحليل السطح المستخدمة على نطاق واسع في هندسة المواد.
ما هو تحلیل XPS؟
إن التحليل XPS (مطيافية الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي) هو من طرق التحليل السطحي لفحص سطح المواد من وجهة نظر التحليل العنصري و التركيب الكيميائي و تحديد حالة الرابطة. يعد إختبار XPS من طرق غير مدمرة لا يتلف العينة و يستخدم لتحليل المواد المختلفة من المواد البيولوجية إلى المواد المتالوجية (المعدنية). یقصف سطح الجزء بالأشعة السينية أحادية اللون، ثم يتم القياس طاقة الكترونات الضوئية المنبعثة من العينة. يمكن الحصول على معلومات عن نوع الذرات و مقدارها و حالتها الكيميائية من خلال إستخدام التحليل XPS.
أساس مطيافية الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي XPS
تتم إزالة الإلكترونات من مستويات الطاقة المختلفة للمادة بسبب إصطدام الفوتونات أحادية الطاقة للأشعة السينية. نظراً لوجود الإلكترونات في المستويات المنفصلة للطاقة، فإن طاقة الإلكترونات المعزولة لها أيضاً مقادير و قيم منفصلة. و لهذا السبب، يتشكل طيفاً من الإلكترونات بمستویات الطاقة المختلفة. في هذه الطريقة، تستطيع الإلكترونات الضوئية المتشكلة حتی عمق 50 أنغستروم في سطح العينة مغادرة السطح لأن الإلكترونات الضوئية التي تتكون في عمق أكبر لا تتمكن من مغادرة سطح الجزء بسبب تفاعلها مع ذرات المادة. الطيف العام لهذا التحليل هو مجموعة من القمم على سطح واحد.
خروج الإلكترونات الضوئية من سطح العينة أثناء مطيافية XPS
في تحليل XPS ، يستخدم جهاز يسمي مطياف الإلكترونات لتعيين الطاقة الحركية للإلكترونات المنبعثة. یقوم عمل هذا الجهاز على فصل طاقة الإلكترونات من خلال الحقل الكهربائي. تنتشر الأشعة السينية التي تنتجها اللمبة المولدة للأشعة بالبلورة الواحدة و تصطدم مع سطح العينة بشكل موجة واحدة. بسبب إصطدام هذه الأشعة مع ذرات العينة تتم إزالة الإلكترون من الدوائر الداخلية و یتم توجیهه إلى داخل مطياف الإلكترونات.
نظراً لإختلاف الطاقة في الإلكترونات المنبعثة، من الضروري أن تفصل الشعاع من ناحیة الطاقة قبل دخولها إلى مكشاف الإلكترونات. يتم هذا العمل بواسطة تطبيق الحقل الإلكتروستاتيكي و تغير الشدة في نصف كرة مطياف الإلكترونات. في هذه الحالة و على أساس كمية الطاقة الحركية الأولية تتوفر إمكانية وصول الإلكترون إلى المكشاف. و لذلك یتم حساب كمية الطاقة لكل إلكترون في مطياف الإلكترونات على أساس شدة الحقل الإلكتروستاتيكي المطبق للعبور من مسار نصف الكرة و یحدد المكشاف الموجود في نهاية نصف الكرة شدة الإلكترونات. سيكون النموذج أو الطيف المسجل بواسطة جهاز، تغير الشدة على أساس طاقة حركة ترتبط فيها القمم الناتجة بوجود إلكترونات ذات مستویات طاقة مختلفة.
عينة البيانات (المعلومات) المسجلة من التحليل XPS
مكونات جهاز التحليل XPS
1. مصدر الأشعة السينية
يسخن الفتيل بواسة التسخين و يولد هذا الفتيل الإلكترونات، ثم تصطدم الإلكترونات المنتجة بالمعدن المستهدف الذي يكون عادة الألومنيوم أو النحاس بطاقة 4 إلى 5 كيلو إلكترون فولت. ینتج الفوتون من خلال إصطدام الإلكترونات بالمعدن المستهدف. تُستخدم الفوتونات بشكل أحادية اللون بعد حيود الفوتونات من بلورة. من الممكن دراسة العناصر الموجودة على سطح العنية من خلال إستخدام الطاقة الحركية للإلكترونات المنتجة منها.
2. محلل الطاقة
مهمة محلل الطاقة هي فصل الإلكترونات من حيث طاقتها. مع إزدياد عدد الإلكترونات التي تم تحليلها، تزيد حساسية الجهاز بنسبة إلى الإلكترونات المارة. محلل جيد لديه أقل حساسية للحقول الخارجیة مثل الحقل المغناطيسي الأرضي أو غيرها من الحقول المغناطيسية الموجودة في المختبر. یستخدم محللي الطاقة عادة CHA و CMA في التحليل XPS.
3. نظام إدخال الفراغ
تتطلب هذه الطريقة فراغًا عاليًا لمنع إصطدام الإلكترونات بجزيئات الهواء وتشتيتها. الحد الأدنى من الفراغ المطلوب في هذه الطريقة هو حوالي 4 إلى 10 التور. تحلل الإلكترونات في هذا الضغط دون بعضها البعض، ولكن في هذا الضغط، یغطي السطح بسرعة بطبقة من جزئيات الماء و جزئيات أخرى و هذا يجعل تحليل السطح صعباً و لذلك يحتاج فراغاً عالياً جداً في هذه الطريقة.
4. مکشاف
تصل الإكترونات التي تعبر من محلل الطاقة إلى المكشاف. يحتاج المضخم لتقوية الطاقة و عدد الإلكترونات. تولد كل إلكترون عدة إلكترونات بعد الإصطدام و ينتج كل من الإلكترونات المتولدة عدة الإلكترونات. و هكذا یولد تياراً كبيراً من الإلكترونات. في بعض الأحيان، تستخدم الشاشات الفلورية لحساب عدد الإلكترونات. تحول هذه الشاشات إصطدام الإلكترونات إلى إشعاع الضوء و يسجل كاميرا خلف الشاشات عدد الإلكترونات في كل طاقة.
مكونات الجهاز لمطيافية الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي (XPS)
تحضير العينة
يمكن أن تكون العينة الأولى المستخدمة في إختبار XPS مادة الصلبة أو سائل أو غاز. يكون موضع العنية قریبا من مدخل محلل الطاقة حتى تجمع الإلكترونات المنبعثة من السطح في بداية دخول إلى المحلل خلال تطبيق الحقل الكهربائي في نصف الكرة الإلكتروستاتيكي و یتم فصلها من حیث الطاقة قبل وصول إلى المكشاف.
حمل العينة بسبب خروج الإلكترونات الضوئية هو مشكلة في جميع العينات. يمكن حل هذه المشكلة في المواد االصلبة عن طريق الإتصال المناسب للعينة بالأرض أو القصف الأيوني لسطح العينة. في المواد السائلة و الغازية يكون الغاز و السائل في حجرة و تلمع الأشعة السينية من نافذة شفافة. توجد ثقبة صغيرة لخروج الإلكترون و يكون الضغط داخل الحجرة بين 2-10 و 1 التور.
من الممكن إجراء التحليل الكيميائي في عمق العينة في جهاز التحليل XPS و بواسطة قصل سطح العينة و تقشیرها.
تأثير الإزاحة الكيميائية على طيف الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي
كشف تأثير الإزاحة الكيميائية لأول مرة بواسطة سيگبال في أوائل الخمسينيات من القرن الميلادي. على أساس هذه الظاهرة تعتمد طاقة الرابطة للإلكترونات في المدار الداخلي للذرة على البيئة الكيميائية المحيطة بها أو بعبارة أخرى على رابطتها الذرية. یکشف أثر الإزاحة الكيميائية معلومات مفيدة جداً عن البيئة الكيميائية حول الذرة.
في الواقع، إن القدرة الرئيسية لطريقة ESCA أو نفس XPS هو تحديد البيئة الكيميائية للعناصر الموجودة في العينة أكثر من تحليل السطح. تختلف كمية الإزاحة الكيميائية في المواد المختلفة و يمكن أن تتغير من 0.5 إلى 15 إلكترون فولت. توجد إمكانية قصف سطح العينة و تقشيرها في جهاز XPS من خلال إلشعاع شعاع من أيون غاز مثل الأرجون. سيتم ذلك عن طريق تقشير السطح المدروس في عمق العينة و يمكن دراسة و فحص تغير التركيب الكيميائي من السطح إلى العمق.
يمكن بسهولة فحص تشكيل التراكيب المختلفة بشكل طبقة رقيقة على سطح المواد بواسطة تحليل XPS، بينما لا يمكن هذا العمل خلال الطرق الأخرى.لمادة صلبة و على أساس نوع المادة، تقوم طاقة الإلكترون الضوئي و زاوية قياس XPS بمسح من 2 إلى 25 طبقة ذرية. تظهر القدرات المميزة XPS فی التحاليل العنصرية شبه الكمية في سطح بدون معايير و تحليل الحالة الكميائية للمواد المختلفة من المواد البيولوجية إلى المعدنية.
تفسير طيف XPS
تضرب الأشعة السينية إلكترون الطوابق الداخلية للعينة السائبة. سيصطدم الإلكترون بإلكترون آخر من الطوابق العليا و تنخفض طاقته و هذا يؤدي إلى إنتاج الضوضاء في طيف XPS. تزداد كمية الضوضاء مع طاقة الربط في الطاقة الحركية المنخفضه و هذا يرتبط بمجموع الضوضاء المأخوذة من بداية تحليل XPS.طيف XPS هو رسم توضيحي لعدد إلكترونات المتعقبة على وحدة زمنية من حيث طاقة الرابط للإلكترونات في مادة الإختبار. لكل عنصر في هذا الرسم التوضيحي قيمات عظمى فريدة تكون المميزة لذلك العنصر.
تفسیر طيف الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي (XPS)
قيود تحليل XPS
- قدرة الفصل الجانبي الضعيف
- وقت طويل للتحليل
- العينة الحاملة
- الفراغ العالي المطلوب
- القدرة المحدودة في التحليل الكمي للعينة
استخدامات تحليل XPS
- القدرة على تحديد جميع العناصر ما عدا الهيدروجين و الهيليوم
- تحديد تركيب عناصر السطح
- تحديد العناصر الملوثة للسطح
- تحديد رتابة التركيب
يشير الحد الأقصى لكل عنصر في الطيف الذي تم الحصول عليه من تحليل مادة إلى وجود ذلك العنصر في سطح مادة الإختبار. ترتبط الحدود القصوى المميزة لكل عنصر بكيفية الإلكترونات في ذرة العنصر و يمكن الحصول على معلومات عن موقع الإلكترونات المتعقبة في الطبقات الإلكترونية. تشير زيادة الطاقة الحركية المقاسة لإلكترون إلى هذه الحقيقة أن طاقته الرابط أقل. ولذلك، سيتم تعقب الإلكترونات في الطبقات الداخلية بطاقة حركية أقل و سيكون حده الأقصى المميز في مخطط التحليل الطيفي في طاقات عالية من طاقة الرابط.
لكل عنصر مجموعته الفريدة من الأرصدة الداخلية و يمكن إستخدام طاقة الرابط لهذه الأرصدة مثل بصمة الإصبع لتحديد ذلك العنصر. تزداد طاقة الطبقة السلفية الإلكترونية مع إزدياد العدد الذري. يرتبط عدد الإلكترونات المتعقبة في كل حد أقصى لعنصر ما ارتباطاً مباشراً بكمية ذلك العنصر في سطح مادة الإختبار. للحصول على قيم النسبة المئوية، يجب تقسيم كل إشارة اولية (خام) XPS على عدد إلكتروناتشدة الإشارة (عدد الإلكترونات المتعقبة) على عامل الحساسیة النسبية لتطبیع القيم فيما يتعلق بجميع العناصر المتعقبة. لا تشمل النتائج المئوية الناتجة قيم عنصر الهيدروجين.
المجموع
يعد تحليل XPS (مطيافية الأشعة السينية بالإلكترون الضوئي) من طرق غير مدمرة للتحليل. تتضمن المعلومات الناتجة من هذا التحليل تحديد العناصر و أنواعها و التركيب الكميائي لسطح العينة. سببت القدرة العالية لهذا الطريق في فحص سطح العينة إستخدام هذا الطريق كطرق التحليل السطحي إلى جانب طرق مثل مطيافية إلكترون أوجيه (AES) و مطياف الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS ).
مصادر
كتاب طرق توصيف المواد و تحليلها، فرهاد گلستانی فرد
كتاب مقدمة في الأساليب المتقدمة للتعرف على المواد وتحليلها، وحيد أبويي مهريزي
يتضمن إجراء التحليل لكل عينة مسحًا عامًا ودقة عالية لعنصرين وثلاثة عناصر وأربعة عناصر وخمسة عناصر.
بعد التحضير ، يجب وضع العينات في غرفة التفريغ ، ولا يمكن إجراء الاختبار حتى يتم الوصول إلى فراغ millibar.
1- يجب أن تكون العينات ذات الطبقات بأبعاد لا تقل عن 0.5 × 0.5 سم وبحد أقصى 1.5 × 1.5 سم وبحد أقصى 5 مم (يجب تحديد الجزء الخلفي من العينة)
2- يتم تحضير عينات المسحوق في المختبر على شكل أقراص (يجب أن يكون المسحوق كبيرًا بما يكفي لتغطية سطح 1.5 × 1.5 سم)
3- يجب تنقيط العينات السائلة على شريحة مقاس 1x1 سم على عدة خطوات بحيث يتم تغطية الركيزة بالكامل (تتم هذه العملية في المختبر ، وفي هذه الحالة يكون تجانس السائل أمرًا مهمًا).
تست بنیامین
the result will prepare in between 2-3 month after receiving sample in Iran
المراجعات
مسح الفلاترلا توجد مراجعات بعد.