XPS是一个非常通用的方法,发现在许多应用领域广泛使用,从航空航天材料到隐形眼镜。亚博网站下载XPS的独特之处在于,它可以量化的化学和元素组成材料的表面具有优异的选择性;XPS的标准信息深度小于10纳米。
拉曼光谱是利用在很多类似的应用领域需要最小的样品制备,是无损的,提供了关于分子结构的信息,并允许用户识别材料迅速,由于广泛的光谱库。亚博网站下载XPS和拉曼与其他分析方法的实现是定义良好的;XPS的广泛的历史互补使用相关的特高压分析方法,如俄歇电子能谱学、紫外线光电子光谱和离子散射光谱。在这些情况下,额外的设备添加到光谱仪提供coapp亚博体育-incident,互补信息。
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图1所示。热科学iXR拉曼光谱仪耦合热科学Nexsa XPS系统。
拉曼光谱也经常与其他分析方法一起使用,从而提供对环境化学和分子结构的信息。然而,重合的XPS和拉曼光谱已经是不可能的。而不是样品必须仪器之间的转移;不仅需要获得数据的时间增加,但是优柔寡断,还增加了一定程度的分析是否来自同一地区的样本。
为了克服这些问题,热科学™Nexsa™光谱仪结合了热科学™iXR™拉曼光谱仪(图1)来提供一个综合分析系统。系统将XPS分析位置与拉曼分析精确位置,保证数据收集的相同位置。
同步XPS-Raman消除任何要求将样品从分析之间的一个仪器,减少额外的样品处理和接触不同的条件会导致样本退化或污染。
二氧化钛(TiO的分析2)和碳酸钙(CaCO3)多晶型物作为优秀的例子,可以收集的信息同时执行XPS和拉曼光谱。两种化合物发生在多个晶体形式,可以使用拉曼但不容易通过XPS分化。然而,建立污染的数量和类型中存在的天然矿物样品很难在隔离使用拉曼,是识别化合物光谱库中没有找到。
CaCO3自然地发生在三个不同的多晶型物:方解石、球霰石和霰石,方解石和霰石的两个最丰富。方解石有三方晶系的晶体结构和热力学最稳定的碳酸钙形式。霰石具有斜方晶系的晶体结构、热力学不稳定,逐渐改变环境条件下方解石,和形式,地质,在高的温度和压力。
晶体结构的差异导致了不同的物理性质不同的多晶型物,如溶解度。建立这些差异背后的原因不仅是了解地质结构的关键,也是至关重要的在各种不同的应用领域,如胰腺钙化1、工业规模的形成和生物矿化2。方解石和霰石的混合物形式在海洋软体动物和自然水压力,温度和盐度都强烈影响的比例每个变形不同物种的贝壳中发现。
TiO2是一种最分析材料表面科学,因为它的可用性,低毒性和广泛的亚博网站下载应用范围,如催化、光电和自清洗窗户。亚博老虎机网登录由于这发生在整个领域,它经常被称为典型的金属氧化物表面。虽然许多TiO的多晶型物2已知存在,只有两个在丰富自然发生:锐钛矿和金红石。Rutile-TiO2更多的热力学稳定的形式但Anatase-TiO吗2更积极承诺当形成纳米粒子在大气压力和温度条件下,利用基于解决方案的过程中越来越多的电影时工具,如太阳yabo214能电池。
此外Anatase-TiO2以前被认为是保留比Rutile-TiO更活跃吗2,然而最新的研究表明,实现光伏效率最高的设备,包含一个混合的多晶型物。
实验和结果
XPS谱在一个广泛范围的结合能,称为测量光谱,得到来自自然的霰石和方解石晶体(参见图2)建立元素组成,作为天然水晶的预期,表面污染的形式被发现钠和硅。高分辨率光谱的光电发射峰值然后获得允许表面化学状态的确定出席;C 1 s光电发射峰值表明碳酸脂族碳污染的存在除了高峰。
重复周期的溅射Ar1000 +集群产生的6 kv热科学™MAGCIS™(单原子和集群气体离子源)去除脂肪族碳污染表面如图3所示,和调查篇光谱证实了消除钠和硅污染,化学计量CaCO离开3。
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图2。方解石和霰石的照片(右)(左)晶体。
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图3。CaCO清除表面污染3晶体与氩离子气体集群。
可以看到叠加的调查和价带谱获得cluster-cleaned霰石和方解石晶体(图4),不可能区分CaCO的两种不同的多晶型物3用XPS。然而XPS和清洁气体氩离子集群并建立表面具有精确的化学计量学和没有任何污染,从而使拉曼光谱与绝对的信心获得化学和元素成分感兴趣的地区。
图5展示了从两个不同的水晶获得的拉曼光谱CaCO形式3。更高的移峰匹配提到内部是什么模式与碳酸盐离子有关。而轻微的转变可以注意到在这些山峰相似的多晶型物。的峰值较低的地区转移,因为格子模式和依赖碳酸盐离子的方式排列在晶体结构的相互关系。霰石结构的低对称性导致更多的山峰在这个地区的拉曼光谱。这些不同的振动模式的精确作业处理。3
使用拉曼光谱,也可以建立多晶型物的比例混合样品。通过使用多形态地纯样品,TiO2作为引用,可以制定一个技术建立的比例每个变形。总共有五个粉末测试使用同步XPS-Raman:纯Anatase-TiO2,纯Rutile-TiO2和三个混合粉末。
调查光谱、高分辨率C 1 s O 1 s, Ti 2 p和价带光电发射光谱反复TiO的收购2粉的同时执行清洁周期与基于“增大化现实”技术2000年+气体簇4 kV消除表面碳污染。氩离子气体的应用程序集群可以消除表面污染的化学结构不破坏底层衬底,缺乏为代表的金属化钛峰455 eV,这与单原子氩蚀刻时出现由于优惠溅射氧气,形成sub-stoichiometric TiO2- x。
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图4。XPS谱叠加(cluster-cleaned)。
| 发射峰 |
霰石,收到 |
方解石是收到 |
霰石集群清洗 |
方解石集群清洗 |
| C 1 |
46.1 |
54.2 |
19.5 |
23.2 |
| Ca 2 p |
10.1 |
10.2 |
21.2 |
19.3 |
| Na 1 |
0.7 |
0.4 |
n /一个 |
n /一个 |
| 1阿 |
40.5 |
34.6 |
59.3 |
57.5 |
| 如果2 p |
2.6 |
0.6 |
n /一个 |
n /一个 |
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图5。从CaCO获得拉曼光谱的叠加3晶体。
轻微的差异中可以看到价带谱形状从纯Anatase-TiO获得2和Rutile-TiO2粉末用XPS(参见图6),然而微妙的差异,使得每一个变形的相对比例的确定(图7)。然而,截然不同的拉曼峰位置在纯Anatase-TiO转变2和Rutile-TiO2粉光谱允许容易区分锐钛矿和金红石多晶型物(图8)。此外光谱资料可以用作参考非线性最小二乘拟合获得的拉曼光谱的混合粉(图9),允许快速和锐钛矿的直接测定:金红石比率的三个混合粉末样品。
还可以使用142厘米1的拉曼光谱峰锐钛矿为基础的定量技术,建立锐钛矿的比例混合的锐钛矿和金红石。热科学™TQ分析师™软件提供了一个方便的方式来制定这些类型的定量方法。
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图6。——纯TiO XPS价带比较2粉末。
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图7。XPS价带比较——混合二氧化钛粉末。
| 样本 |
锐钛矿:金红石比 |
| 1 |
9:91 |
| 2 |
49:51 |
| 2 |
71:29 |
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图8。比较纯TiO的拉曼光谱2粉末。
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图9。混合TiO的拉曼光谱的对比2粉末。
总结
总之,XPS用于定量测定的化学和元素组成任何固体材料兼容超高真空。而拉曼光谱是用来识别仔细参考化合物的光谱匹配使用光谱数据库和搜索算法。拉曼和XPS的组合在一个乐器,Nexsa iXR,允许更健壮的隔离材料比技术的分析,纯度,清洁和化学计量学的一个示例使用XPS,建立和识别和量化的分子结构建立使用拉曼光谱。
作为这两种技术是一致的在真空系统相同的位置定位的耗时方面相同的分析仪器之间转移时移除,将毫无疑问的肯定,获得的信息都来自同一地区的样本,研究非均匀样品时特别有用。
引用和进一步阅读
- 克里斯托·g·Kontoyannis Nikos诉Vagenas,碳酸钙使用XRD和FTRaman光谱相分析,分析师,2000,125,251 - 255。
- Lia Addadi, Derk Joester、法比奥Nudelman和史蒂夫·维纳,软体动物壳形成:一种新概念对于理解生物矿化过程,化学。欧元。12 j . 2006年,980 - 987
- b白色,碳酸盐矿物。12章:vc农民(主编),矿物的红外光谱,矿物学的伦敦社会,1974年,p . 227 - 284。
这些信息已经采购,审核并改编自热费希尔科学所提供的材料——x射线光电子能谱(XPS)。亚博网站下载
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