Określanie składu chemicznego inhibitora korozji/granicy faz metalu za pomocą XPS: minimalizacja utleniania po zanurzeniu

Ogólnym celem tej procedury eksperymentalnej jest zapobieganie utlenianiu substratów metalicznych podczas przenoszenia próbki z inhibitowanego roztworu kwaśnego do rentgenowskiego spektrometru fotoelektronów. Procedura ta pozwala na bardziej wiarygodne określenie chemicznego charakteru granicy faz materii inhibitora korozji w roztworach kwaśnych, co jest kluczowym elementem zrozumienia mechanizmu i przewidywania wydajności. Szczególną zaletą tego podejścia jest to, że jest ono stosunkowo łatwe w aplikacji.

I tak, mogą być zaadoptowane przez innych badaczy podejmujących podobne pomiary. Protokół jest stosunkowo prosty, ale należy ćwiczyć manipulowanie próbkami w schowku rękawicowym, ponieważ jest to najbardziej wymagający segment metody. Poza hamowaniem korozji, podejście to powinno być również brane pod uwagę w innych obszarach, w których pomiary XPS są wykonywane na wrażliwych na powietrze interfejsach utworzonych w środowisku płynnym.

Najpierw zdecydowaliśmy się wypróbować to podejście, ponieważ obawialiśmy się, że poprzednia praca była zagrożona przez utlenianie zahamowanego interfejsu po wystawieniu na działanie powietrza. Aby rozpocząć tę procedurę, należy przygotować podłoże ze stali węglowej i roztwór kwasu solnego z dodatkiem CI, jak opisano w protokole tekstowym. Następnie wlej 25 mililitrów przygotowanego roztworu HCL plus CI do małej szklanej zlewki.

Za pomocą pęsety kwasoodpornej podnieś próbkę ze stali węglowej w kształcie dysku, a następnie zanurz ją w roztworze HCL plus CI. Ustawić próbkę tak, aby ściany cylindryczne znajdowały się w płaszczyźnie pionowej. Najpierw podłącz schowek w desce rozdzielczej do źródła gazu obojętnego, takiego jak azot lub argon.

Następnie przyklej mały kwadrat dwustronnej przewodzącej taśmy węglowej do pręta próbki XPS. Włóż cały sprzęt wymagany do przeniesienia próbki do instrumentu XPS do schowka na rękawiczki przez otwarty port. Następnie umieścić szklaną zlewkę zawierającą zanurzone podłoże w schowku na rękawiczki.

Uszczelnij każdy port. Następnie należy przepłukać schowek rękawicowy gazem obojętnym. Pozostawić próbkę zanurzoną przez żądany okres zanurzenia.

Monitoruj wartość wilgotności względnej w schowku na rękawiczki. Gdy wilgotność względna spadnie poniżej ośmiu procent, sięgnij do rękawic schowka. Następnie przykryj je rękawiczkami nitrylowymi.

Za pomocą pęsety usuń próbkę stali węglowej z roztworu. Natychmiast wydmuchać próbkę do sucha za pomocą pustej butelki do mycia. Następnie przykryj zlewkę zawierającą roztwór HCL plus CI folią parafinową z tworzywa sztucznego.

Przymocować wysuszoną próbkę do małego kwadratu taśmy na pasku do pobierania próbek XPS. Następnie odpowietrzyć komorę blokady ładunku XPS do gazu obojętnego. Otwórz kołnierz blokady obciążenia, przenieś pręt próbny do komory blokady obciążenia i wsuń go na bolec do przytrzymywania próbki.

Następnie zamknij kołnierz. Włącz kombinację pomp rotacyjnych turbo, aby przepompować komorę. Gdy ciśnienie osiągnie około pięć razy 10 do minus siedmiu milibarów, ręcznie przenieś próbkę do komory pośredniej za pomocą ramienia transferowego.

Za pomocą klawiatury ustaw próbkę pod żądanym kątem emisji fotoelektronów. Następnie otwórz oprogramowanie do akwizycji danych XPS. Przejdź do okna ręcznego sterowania instrumentem.

Wprowadź 10 miliamperów i 15 killivoltów jako wartości odpowiednio dla parametrów emisji anody i anody HT. Następnie kliknij przycisk Włącz w sekcji pistoletu rentgenowskiego, aby włączyć monochromatyczne aluminiowe źródło promieniowania rentgenowskiego K alpha. Następnie kliknij przycisk Włącz w sekcji Neutralizator, aby włączyć neutralizator ładunku.

W sekcji Analyzer (Analizator) wybierz tryb pomiaru widma Hybrid z menu rozwijanych trybu i obiektywu. Następnie wprowadź żądane parametry do sekcji kontroli skanowania akwizycji. Za pomocą klawiatury zoptymalizuj pozycję próbki, aby zmaksymalizować sygnał z wybranego poziomu rdzenia.

Następnie pobierz dane XPS zgodnie z opisem w protokole tekstowym. W tym badaniu zastosowano alternatywne podejście do wprowadzania próbek do ultra wysokopróżniowego urządzenia XPS w celu zminimalizowania utleniania po zanurzeniu w kwaśnym roztworze zawierającym inhibitor korozji. Dane XPS dla wypolerowanej próbki wykazują trzy istotne cechy: sygnał żelaza 2p pochodzi ze stali węglowej tworzącej próbkę.

Sygnał tlenu 1s pochodzi zarówno z powierzchniowego filmu tlenkowego i absorbuje, podczas gdy sygnał węgla 1s jest spowodowany przypadkowym węglem. Zanurzenie w którymkolwiek z inhibitowanych jednomolowych roztworów HCL powoduje znaczące zmiany w odpowiednim spektrum przeglądowym. Sygnał azotu powstaje w wyniku absorpcji powierzchniowej inhibitora, podczas gdy sygnał tlenowy jest prawie wyeliminowany.

Profile widmowe tlenu 1s i żelaza 2p o wyższej rozdzielczości wskazują, że nastąpiło utlenianie powierzchni polerowanej próbki, w wyniku czego powstają tlenki i wodorotlenki żelaza. Związki te są nieobecne w zanurzonych próbkach, co wskazuje, że na powierzchni pozostaje niewiele, jeśli w ogóle, tlenków lub wodorotlenków. Wpływ otaczającej atmosfery laboratoryjnej na zahamowaną granicę faz określa się poprzez przeniesienie próbki do częściowo oczyszczonej komory rękawicowej.

Próbka ta wystawiona na działanie wyższego stężenia tlenu wykazuje oznaki utlenienia powierzchniowego. W związku z tym utlenianie powierzchni jest zminimalizowane tylko wtedy, gdy transfer próbki odbywa się wewnątrz dobrze oczyszczonej komory rękawicowej. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak uniknąć utleniania granic faz substancji inhibitora korozji przed pomiarami XPS.

Procedura jest stosunkowo prosta, a po opanowaniu etap przenoszenia próbki można wykonać w mniej niż 30 minut, jeśli zostanie wykonany prawidłowo. Jednak podczas wykonywania procedury ważne jest, aby w żadnym momencie podczas zanurzania lub przenoszenia próbki nie dotykać powierzchni, która ma być badana przez XPS. Na koniec nie zapominaj, że praca z kwasami może być niebezpieczna i należy zachować odpowiednią ostrożność.