La determinación de la composición química del inhibidor de corrosión / Metal Interfaces con XPS: Reducción al mínimo del anuncio Inmersión Oxidación
15 de marzo de 2017
Se presenta un protocolo para evitar la oxidación de sustratos metálicos durante la transferencia de muestras de una solución ácida inhibida a un espectrómetro de fotoelectrones de rayos X.
El objetivo general de este procedimiento experimental es prevenir la oxidación de sustratos metálicos durante la transferencia de muestras de una solución ácida inhibida a un espectrómetro de fotoelectrones de rayos X. Este procedimiento permite determinar de manera más confiable la naturaleza química de las interfaces de materia inhibidora de corrosión en soluciones ácidas, que es un componente clave de la comprensión mecanicista y la predicción del rendimiento. Una ventaja particular de este enfoque es que es relativamente fácil de aplicar.
Y así, puede ser adoptado por otros investigadores que realizan mediciones similares. El protocolo es relativamente sencillo, pero se debe practicar la manipulación de muestras en la guantera, ya que este es el segmento más exigente del método. Más allá de la inhibición de la corrosión, este enfoque también debe tenerse en cuenta en otras áreas en las que las mediciones de XPS se realizan a partir de interfaces sensibles al aire formadas en un entorno fluido.
Primero decidimos probar este enfoque porque nos preocupaba que el trabajo anterior se viera comprometido por la oxidación de la interfaz inhibida al exponerse al aire. Para comenzar este procedimiento, prepare el sustrato de acero al carbono y la solución de ácido clorhídrico con CI agregado como se describe en el protocolo de texto. A continuación, vierta 25 mililitros de la solución preparada de HCL más CI en un vaso de precipitados de vidrio pequeño.
Con pinzas resistentes a los ácidos, recoja la muestra de acero al carbono en forma de disco y luego bájela en la solución de HCL más CI. Oriente la muestra de modo que las caras cilíndricas estén en el plano vertical. Primero, conecte la guantera a una fuente de gas inerte como nitrógeno o argón.
A continuación, adhiera un pequeño cuadrado de cinta de carbono conductor de doble cara en la barra de muestras XPS. Inserte todo el hardware necesario para transferir la muestra al instrumento XPS en la guantera a través de un puerto abierto. Después de esto, coloque el vaso de vidrio que contiene el sustrato sumergido en la guantera.
Selle todos los puertos. Luego, purgue la guantera con gas inerte. Deje que la muestra permanezca sumergida durante el período de inmersión deseado.
Controle el valor de humedad relativa dentro de la guantera. Una vez que la humedad relativa esté por debajo del ocho por ciento, meta la mano en los guantes de la guantera. Luego, cúbralos con guantes de nitrilo.
Con unas pinzas, retire la muestra de acero al carbono de la solución. Seque inmediatamente la muestra con una botella de lavado vacía. A continuación, cubra el vaso de precipitados que contiene la solución de HCL plus CI con una película de parafina plástica.
Fije la muestra seca en el pequeño cuadrado de cinta adhesiva de la barra de muestras XPS. Después de esto, ventile la cámara de bloqueo de carga XPS al gas inerte. Abra la brida de bloqueo de carga, transfiera la barra de muestra a la cámara de bloqueo de carga y deslícela sobre la clavija de retención de muestras.
A continuación, cierre la brida. Encienda la combinación de bomba rotativa turbo para bombear hacia abajo de la cámara. Una vez que la presión alcance aproximadamente cinco veces 10 por menos siete milibares, transfiera manualmente la muestra a la cámara intermedia utilizando el brazo de transferencia.
Con el teclado, oriente la muestra al ángulo de emisión de fotoelectrones deseado. A continuación, abra el software de adquisición de datos XPS. Navegue hasta la ventana de control manual del instrumento.
Ingrese 10 miliamperios y 15 killivolts como valores para los parámetros de emisión de ánodo y HT de ánodo respectivamente. Luego, haga clic en el botón Encendido en la sección de la pistola de rayos X para encender la fuente de rayos X K alfa de aluminio monocromático. Después de esto, haga clic en el botón Encendido en la sección Neutralizador para encender el neutralizador de carga.
En la sección Analizador, seleccione el modo de medición híbrido del espectro en los menús desplegables modo y lente. A continuación, introduzca los parámetros deseados en la sección de control de escaneo de adquisición. Con el teclado, optimice la posición de la muestra para maximizar la señal desde el nivel de núcleo seleccionado.
A continuación, adquiera los datos XPS como se describe en el protocolo de texto. En este estudio, se utiliza un enfoque alternativo para introducir muestras en un instrumento XPS de ultra alto vacío para minimizar la oxidación después de la inmersión en una solución ácida que contiene un inhibidor de corrosión. Los datos XPS para una muestra pulida exhiben tres características destacadas: la señal de hierro 2p surge del acero al carbono que compone la muestra.
La señal de oxígeno 1s deriva de una película oxidada superficial y se absorbe, mientras que la señal de carbono 1s se debe a un carbono adventicio. La inmersión en cualquiera de las soluciones inhibidas de HCL de un molar da lugar a cambios significativos en el espectro general correspondiente. Se produce una señal de nitrógeno debido a la absorción superficial del inhibidor, mientras que la señal de oxígeno está casi eliminada.
Los perfiles espectrales de oxígeno 1s y hierro 2p de mayor resolución indican que se ha producido una oxidación de la superficie de la muestra pulida, lo que ha dado lugar a óxidos e hidróxidos de hierro. Estas especies están ausentes de las muestras sumergidas, lo que indica que queda poco o nada de óxido o hidróxido en la superficie. El efecto de la atmósfera ambiente de laboratorio sobre una interfaz inhibida se determina transfiriendo una muestra dentro de una guantera parcialmente purgada.
Esta muestra expuesta a una mayor concentración de oxígeno muestra signos de oxidación superficial. Por lo tanto, la oxidación de la superficie se minimiza solo cuando la transferencia de la muestra se produce dentro de una guantera bien purgada. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo evitar la oxidación de las interfaces de materia inhibidora de corrosión antes de las mediciones de XPS.
El procedimiento es relativamente sencillo y, una vez dominado, el paso de transferencia de la muestra se puede realizar en menos de 30 minutos si se realiza correctamente. Sin embargo, durante el procedimiento, es importante no tocar la superficie que va a ser sondeada por XPS en ningún momento durante la inmersión o transferencia de la muestra. Por último, no hay que olvidar que trabajar con ácidos puede ser peligroso y hay que tener los cuidados adecuados.
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo diseñado para prevenir la oxidación de sustratos metálicos durante su transferencia desde una disolución ácida inhibida a un espectrómetro de fotoelectrones de rayos X (XPS). El método mejora la fiabilidad para determinar la naturaleza química de las interfaces de inhibidores de corrosión en disoluciones ácidas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Ciencia de la corrosión
- Química de superficies
- Espectroscopía fotoelectrónica de rayos X
Antecedentes
- La oxidación puede comprometer la integridad de las muestras metálicas durante el análisis.
- Los inhibidores de corrosión desempeñan un papel crucial en la protección de las superficies metálicas en ambientes ácidos.
- Comprender la naturaleza química de estas interfaces es fundamental para la predicción del rendimiento.
- Los métodos anteriores se vieron obstaculizados por la oxidación tras la exposición al aire.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un método confiable para transferir muestras metálicas sin oxidación.
- Mejorar la precisión de las mediciones de XPS en interfaces de inhibidores de corrosión.
- Proporcionar un protocolo sencillo que pueda ser adoptado por otros investigadores.
Métodos Utilizados
- Preparación de sustratos de acero al carbono y soluciones de ácido clorhídrico con inhibidores de corrosión.
- Uso de una caja de guantes purgada con gas inerte para la transferencia de muestras.
- Aplicación de pinzas resistentes a ácidos para manipular las muestras.
- Optimización de los parámetros de XPS para la adquisición de datos.
Resultados principales
- Se observaron cambios significativos en los espectros de XPS después de la inmersión en soluciones inhibidas.
- La oxidación superficial se minimizó cuando las muestras se transfirieron en una caja de guantes bien purgada.
- Los productos de oxidación estaban ausentes en las muestras inmersas, lo que indica una protección efectiva.
- El manejo y traslado adecuados pueden completarse en menos de 30 minutos.
Conclusiones
- El protocolo desarrollado previene eficazmente la oxidación durante la transferencia de la muestra.
- Proporciona un método confiable para estudiar las interfaces de inhibidores de corrosión.
- Debe tenerse cuidado para evitar tocar la superficie de la muestra durante el proceso.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La caracterización precisa de las interfaces entre inhibidores de corrosión y metales es esencial para predecir el comportamiento del material en ambientes ácidos, un aspecto clave en el desarrollo de formulaciones y las pruebas de estabilidad. Al evitar la oxidación posterior a la inmersión durante la transferencia de la muestra, este método garantiza que los datos de XPS reflejen la verdadera química interfacial, lo que permite obtener conclusiones mecanicistas confiables. Esta capacidad ayuda a reducir los riesgos en la selección temprana de inhibidores al proporcionar confianza en los datos de interacción superficial.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar los mecanismos de unión de inhibidores en interfaces metálicos bajo condiciones controladas.
- Valor operativo: Reduce los artefactos provocados por la exposición atmosférica, mejorando la reproducibilidad de los datos entre estudios.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Valor científico: Proporciona datos cuantitativos de la composición superficial para clasificar la eficacia del inhibidor según la cobertura en la interfaz.
- Valor operativo: Optimiza el flujo de trabajo para muestras sensibles al aire al integrar la transferencia en atmósfera inerte con el análisis por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS).
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Permite extrapolar el rendimiento de inhibidores a escala de laboratorio a ambientes ácidos reales al preservar los estados interfaciales nativos.
- Valor operativo: Facilita la colaboración interdisciplinaria entre equipos de ciencia de la corrosión y de formulación mediante protocolos estandarizados y transferibles.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
Este método se integra en los flujos de trabajo de descubrimiento temprano, donde la comprensión de las interacciones moleculares en las interfaces de materiales orienta la selección de compuestos prometedores y las evaluaciones de estabilidad de formulaciones.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la verificación de hipótesis sobre mecanismos de adsorción de inhibidores y protección de superficies.
- Selección: Permite obtener lecturas cuantitativas y reproducibles para comparar el rendimiento de inhibidores en condiciones ácidas.
- Análisis: Proporciona datos elementales y sobre el estado químico (por ejemplo, Fe 2p, O 1s, C 1s, N 1s) para correlacionar la composición superficial con resultados funcionales.
- Investigación Traducional: Conecta la selección a escala de laboratorio con relevancia ambiental mediante el mantenimiento de la integridad de la interfaz durante el análisis.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para estudiar cualquier interfaz líquido-sólido sensible al aire en pruebas de compatibilidad de materiales.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en el rendimiento del inhibidor al minimizar los artefactos de medición.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad y la estandarización entre laboratorios que estudian interfaces corrosivos.
- Valor estratégico: Facilita decisiones más rápidas de avance o interrupción al reducir la incertidumbre en los datos de rendimiento de etapas iniciales.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de candidatos inhibidores basada en una caracterización interfacial confiable.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el manejo de caja de guantes y manipulación de muestras sensibles al aire.
- Depende del acceso a un instrumento de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) con compatibilidad de cámara de carga para transferencia en atmósfera inerte.
- Necesita una capacitación estandarizada para evitar la contaminación superficial durante la manipulación de las muestras.
- Debe tener en cuenta variables específicas de la solución, como la concentración del inhibidor y el pH ácido, al comparar entre diferentes condiciones.
- Se limita a la preparación de muestras compatibles con vacío; los inhibidores no volátiles o térmicamente inestables pueden requerir enfoques alternativos.
