Determinare la composizione chimica di inibitore di corrosione Interfacce / metallo con XPS: Minimizzare post immersione Ossidazione
15 marzo 2017
Viene presentato un protocollo per evitare l'ossidazione dei substrati metallici durante il trasferimento del campione da una soluzione acida inibita a uno spettrometro fotoelettronico a raggi X.
L'obiettivo generale di questa procedura sperimentale è quello di prevenire l'ossidazione dei substrati metallici durante il trasferimento del campione da una soluzione acida inibita a uno spettrometro fotoelettronico a raggi X. Questa procedura consente di determinare in modo più affidabile la natura chimica delle interfacce materia dell'inibitore di corrosione nelle soluzioni acide, che è una componente chiave della comprensione meccanicistica e della previsione delle prestazioni. Un particolare vantaggio di questo approccio è che è relativamente facile da applicare.
E così, può essere adottato da altri ricercatori che intraprendono misurazioni simili. Il protocollo è relativamente semplice, ma si dovrebbe esercitarsi a manipolare i campioni nel vano portaoggetti poiché questo è il segmento più impegnativo del metodo. Oltre all'inibizione della corrosione, questo approccio dovrebbe essere preso in considerazione anche in altre aree in cui le misure XPS vengono effettuate da interfacce sensibili all'aria formate in un ambiente fluido.
Abbiamo deciso di provare questo approccio perché eravamo preoccupati che il lavoro precedente fosse compromesso dall'ossidazione dell'interfaccia inibita in seguito all'esposizione all'aria. Per iniziare questa procedura, preparare il substrato di acciaio al carbonio e la soluzione di acido cloridrico con l'aggiunta di CI come indicato nel protocollo di testo. Quindi, versare 25 millilitri della soluzione preparata di HCL più CI in un piccolo becher di vetro.
Utilizzando una pinzetta resistente agli acidi, prelevare il campione di acciaio al carbonio a forma di disco, quindi immergerlo nella soluzione HCL più CI. Orientare il campione in modo che le facce cilindriche si trovino sul piano verticale. Innanzitutto, collegare il vano portaoggetti a una fonte di gas inerte come azoto o argon.
Quindi, far aderire un quadratino di nastro biadesivo di carbonio conduttivo sulla barra del campione XPS. Inserire tutto l'hardware necessario per trasferire il campione allo strumento XPS nella scatola a guanti attraverso una porta aperta. Successivamente, posizionare il bicchiere di vetro contenente il substrato sommerso nella scatola dei guanti.
Sigilla ogni porta. Quindi, spurgare il vano portaoggetti con gas inerte. Lasciare che il campione rimanga immerso per il periodo di immersione desiderato.
Monitorare il valore di umidità relativa all'interno del vano portaoggetti. Una volta che l'umidità relativa è inferiore all'otto percento, infilare la mano nei guanti del vano portaoggetti. Quindi, coprili con guanti in nitrile.
Utilizzando una pinzetta, rimuovere il campione di acciaio al carbonio dalla soluzione. Asciugare immediatamente il campione utilizzando un flacone di lavaggio vuoto. Quindi, coprire il becher contenente la soluzione HCL plus CI con un film di paraffina di plastica.
Applicare il campione essiccato al quadratino di nastro adesivo sulla barra del campione XPS. Successivamente, sfiatare la camera di blocco del carico XPS nel gas inerte. Aprire la flangia di blocco del carico, trasferire la barra del campione nella camera di blocco del carico e farla scorrere sul polo di supporto del campione.
Quindi, chiudere la flangia. Accendere la combinazione di pompe rotative turbo per pompare la camera. Una volta che la pressione raggiunge circa cinque volte 10 fino a meno sette millibar, trasferire manualmente il campione nella camera intermedia utilizzando il braccio di trasferimento.
Utilizzando la tastiera, orientare il campione all'angolo di emissione fotoelettronico desiderato. Quindi, apri il software di acquisizione dati XPS. Passare alla finestra di controllo manuale dello strumento.
Immettere 10 milliampere e 15 killivolt come valori rispettivamente per i parametri di emissione anodica e HT dell'anodo. Quindi, fare clic sul pulsante On nella sezione della pistola a raggi X per accendere la sorgente di raggi X K alfa in alluminio monocromato. Successivamente, fai clic sul pulsante On nella sezione Neutralizzatore per attivare il neutralizzatore di carica.
Nella sezione Analizzatore, selezionare la modalità di misurazione ibrida dello spettro dai menu a discesa della modalità e dell'obiettivo. Quindi, inserire i parametri desiderati nella sezione di controllo della scansione di acquisizione. Utilizzando la tastiera, ottimizza la posizione del campione per massimizzare il segnale dal livello del core selezionato.
Quindi, acquisire i dati XPS come descritto nel protocollo di testo. In questo studio, viene utilizzato un approccio alternativo per l'introduzione di campioni in uno strumento XPS ad altissimo vuoto per ridurre al minimo l'ossidazione dopo l'immersione in una soluzione acida contenente un inibitore di corrosione. I dati XPS per un campione levigato presentano tre caratteristiche principali: il segnale di ferro 2p deriva dall'acciaio al carbonio che compone il campione.
Il segnale dell'ossigeno 1s deriva sia da un film ossidativo superficiale che da quello assorbito, mentre il segnale del carbonio 1s è dovuto a un carbonio avventizio. L'immersione in una delle soluzioni di HCL monomolare inibite provoca cambiamenti significativi nello spettro di panoramica corrispondente. Un segnale di azoto si verifica a causa dell'assorbimento superficiale dell'inibitore mentre il segnale di ossigeno viene quasi eliminato.
I profili spettrali dell'ossigeno 1s e del ferro 2p a risoluzione più elevata indicano che si è verificata un'ossidazione superficiale del campione lucidato, con conseguente formazione di ossidi e idrossidi di ferro. Queste specie sono assenti dai campioni immersi, il che indica che rimane poco, se non nessuno, ossido o idrossido superficiale. L'effetto dell'atmosfera ambientale del laboratorio su un'interfaccia inibita è determinato trasferendo un campione all'interno di una scatola a guanti parzialmente spurgata.
Questo campione esposto a una maggiore concentrazione di ossigeno mostra segni di ossidazione superficiale. Pertanto, l'ossidazione superficiale è ridotta al minimo solo quando il trasferimento del campione avviene all'interno di una scatola a guanti ben spurgata. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come evitare l'ossidazione delle interfacce della materia dell'inibitore di corrosione prima delle misure XPS.
La procedura è relativamente semplice e, una volta padroneggiata, la fase di trasferimento del campione può essere eseguita in meno di 30 minuti se eseguita correttamente. Tuttavia, durante l'esecuzione della procedura, è importante non toccare mai la superficie da sondare con XPS durante l'immersione o il trasferimento del campione. Infine, non dimenticare che lavorare con gli acidi può essere pericoloso e bisogna prestare la dovuta attenzione.
Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo progettato per prevenire l'ossidazione di substrati metallici durante il loro trasferimento da una soluzione acida inibita a uno spettrometro fotoelettronico a raggi X (XPS). Il metodo migliora l'affidabilità nella determinazione della natura chimica delle interfacce degli inibitori di corrosione in soluzioni acide.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Scienza della corrosione
- Chimica delle superfici
- Spettroscopia fotoelettronica a raggi X
Sfondo
- L'ossidazione può compromettere l'integrità dei campioni metallici durante l'analisi.
- Gli inibitori della corrosione svolgono un ruolo fondamentale nella protezione delle superfici metalliche in ambienti acidi.
- Comprendere la natura chimica di queste interfacce è essenziale per la previsione delle prestazioni.
- I metodi precedenti erano ostacolati dall'ossidazione a seguito dell'esposizione all'aria.
Scopo dello studio
- Sviluppare un metodo affidabile per il trasferimento di campioni metallici senza ossidazione.
- Migliorare la precisione delle misurazioni XPS delle interfacce con inibitori di corrosione.
- Fornire un protocollo semplice che possa essere adottato da altri ricercatori.
Metodi Utilizzati
- Preparazione di substrati in acciaio al carbonio e soluzioni di acido cloridrico con inibitori della corrosione.
- Utilizzo di una camera a guanti spurgata con gas inerte per il trasferimento dei campioni.
- Applicazione di pinzette resistenti agli acidi per la manipolazione dei campioni.
- Ottimizzazione dei parametri XPS per l'acquisizione dei dati.
Risultati principali
- Sono stati osservati cambiamenti significativi negli spettri XPS dopo l'immersione in soluzioni inibite.
- L'ossidazione superficiale è stata ridotta al minimo quando i campioni sono stati trasferiti in una camera a guanti ben purgata.
- I prodotti di ossidazione erano assenti nei campioni immersi, indicando una protezione efficace.
- La corretta manipolazione e il trasferimento possono essere completati in meno di 30 minuti.
Conclusioni
- Il protocollo sviluppato impedisce efficacemente l'ossidazione durante il trasferimento del campione.
- Fornisce un metodo affidabile per lo studio delle interfacce degli inibitori della corrosione.
- È necessario fare attenzione a non toccare la superficie del campione durante il processo.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Una caratterizzazione accurata delle interfacce inibitore della corrosione/metalli è essenziale per prevedere le prestazioni dei materiali in ambienti acidi, un aspetto fondamentale nello sviluppo delle formulazioni e nei test di stabilità. Impedendo l'ossidazione post-immersione durante il trasferimento del campione, questo metodo garantisce che i dati XPS riflettano la reale chimica interfaciale, fornendo informazioni meccanicistiche affidabili. Questa capacità contribuisce a ridurre i rischi nella selezione precoce degli inibitori, assicurando maggiore affidabilità nei dati sulle interazioni superficiali.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Convalida del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi dei meccanismi di legame degli inibitori alle interfacce metalliche in condizioni controllate.
- Valore operativo: Riduce gli artefatti derivanti dall'esposizione all'atmosfera, migliorando la riproducibilità dei dati tra diversi studi.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Fornisce dati quantitativi sulla composizione superficiale per classificare l'efficacia degli inibitori in base alla copertura interfacciale.
- Valore operativo: Ottimizza il flusso di lavoro per campioni sensibili all'aria integrando il trasferimento in atmosfera controllata con l'analisi XPS.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Permette l'estrapolazione delle prestazioni degli inibitori su scala di laboratorio ad ambienti acidi reali preservando gli stati nativi dell'interfaccia.
- Valore operativo: Favorisce la collaborazione interfunzionale tra i team di scienza della corrosione e di formulazione attraverso protocolli standardizzati e trasferibili.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si inserisce nei flussi di lavoro delle prime fasi di scoperta, in cui la comprensione delle interazioni molecolari alle interfacce dei materiali guida la selezione dei composti promettenti e la valutazione della stabilità delle formulazioni.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi riguardo ai meccanismi di adsorbimento degli inibitori e di protezione della superficie.
- Screening: Permette letture quantitative e riproducibili per confrontare le prestazioni degli inibitori in condizioni acide.
- Analisi: Fornisce dati elementari e sullo stato chimico (ad esempio, Fe 2p, O 1s, C 1s, N 1s) per correlare la composizione superficiale con gli esiti funzionali.
- Ricerca traslazionale: Collega lo screening su scala di laboratorio con la rilevanza ambientale mantenendo l'integrità dell'interfaccia durante l'analisi.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per lo studio di qualsiasi interfaccia liquido-solido sensibile all'aria nei test di compatibilità dei materiali.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nelle prestazioni dell'inibitore riducendo al minimo gli artefatti di misurazione.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità e la standardizzazione tra laboratori che studiano interfacce corrosive.
- Valore strategico: Consente decisioni più rapide di tipo go/no-go riducendo l'incertezza nei dati prestazionali della fase iniziale.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione degli inibitori candidati adeguata al rischio, basata su una caratterizzazione interfaciale affidabile.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'uso del guanto a prova di gas e nella manipolazione di campioni sensibili all'aria.
- È subordinato all'accesso a uno strumento di XPS dotato di camera di carico compatibile per il trasferimento in atmosfera inerte.
- Necessita di una formazione standardizzata per evitare contaminazioni superficiali durante la manipolazione dei campioni.
- È necessario tenere conto di variabili specifiche della soluzione, come la concentrazione dell'inibitore e il pH acido, quando si effettuano confronti tra diverse condizioni.
- È limitato alla preparazione di campioni compatibili con il vuoto; per gli inibitori non volatili o termicamente instabili potrebbero essere necessarie metodiche alternative.
