Fitting dei picchi XPS nel browser: correzione di carica, fondo di Shirley, doppietti e % atomica
Risposta breve: apri un file VAMAS (.vms), di testo CasaXPS o CSV nel visualizzatore XPS MolDraw gratuito, oppure premi C 1s (polimero). Premi Imposta da C 1s per correggere la carica, mantieni il fondo di Shirley, poi premi Picchi automatici o Modello C 1s e Fit. Leggi la % atomica ed esporta un PNG o un CSV con la tabella del fitting. I tuoi file restano sul tuo dispositivo.
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Perché eseguire il fitting dei dati XPS nel browser?
I dati XPS arrivano spesso come file VAMAS o di testo da un servizio condiviso. Per leggerli correggi la carica, rimuovi il fondo, esegui il fitting delle componenti e trasformi le aree in composizione. I pacchetti completi lo fanno bene, ma non sempre sono a portata di mano. Il visualizzatore copre i passaggi principali in una sola pagina, per un primo esame, per la didattica o per verificare un fitting che qualcuno ti ha inviato.
La scienza in breve
Energia di legame. I raggi X espellono elettroni dai livelli di core. Lo spettrometro ne misura l'energia cinetica e BE = hν − KE, con la funzione lavoro gestita dalla calibrazione. Al Kα dà hν = 1486,6 eV e Mg Kα 1253,6 eV. Escono solo gli elettroni dei primi nanometri, quindi l'XPS vede la superficie.
Spostamento chimico. I legami con atomi più elettronegativi spostano un livello di core verso energie di legame più alte. Nel C 1s, C–C/C–H sta più in basso, poi C–O, C=O e O–C=O.
Correzione di carica. Gli isolanti si caricano e ogni picco si sposta della stessa quantità. Una soluzione comune è porre il picco C–C/C–H del carbonio avventizio a 284,8 eV, il valore predefinito del visualizzatore. Alcuni laboratori usano 285,0 eV. È una convenzione con limiti noti, quindi indica il valore che hai usato.
Fondo di Shirley. Gli elettroni che perdono energia uscendo alzano il segnale sul lato ad alta energia di legame di ogni picco. Il fondo di Shirley modella questo gradino.
Doppietti spin-orbita. I livelli p, d e f si separano in due picchi con un rapporto di aree fisso: 1:2 per p, 2:3 per d e 3:4 per f. La separazione dipende dall'elemento, per esempio circa 13,6 eV per Fe 2p nella tabella del visualizzatore.
% atomica. Dividi l'area dei picchi di ogni elemento per il suo fattore di sensibilità, poi normalizza i risultati al 100%.
File che puoi aprire
- VAMAS (.vms), il formato di scambio ISO 14976, con scansioni regolari.
- Esportazioni di testo CasaXPS con colonne K.E. o B.E.
- CSV, TXT, DAT o TSV con una colonna di energia e una di intensità.
Apri un file alla volta. Ogni regione di un file ha il proprio pulsante sopra il grafico. Per esercitarti, scarica il file .vms di esempio, che contiene un survey, C 1s e O 1s. Tutti gli esempi sono simulati.
Come eseguire il fitting di una regione, passo per passo
- Premi Apri file XPS o trascina un file. Oppure premi un esempio: C 1s (polimero), Si 2p (Si / SiO2), Doppietto Fe 2p, Spettro survey o File .vms di esempio.
- Se i tuoi dati sono in energia cinetica, imposta Asse dell'energia su energia cinetica e scegli la Fonte.
- Premi Imposta da C 1s, oppure scrivi uno Spostamento di carica (eV). Il riferimento parte da 284,8 eV e si può cambiare.
- Scegli una regione, controlla il Livello di core (per esempio C 1s) e scegli uno Sfondo. Ingrandisci e premi Finestra di fit = vista corrente, oppure usa Intera regione.
- Premi Picchi automatici, oppure scegli Aggiungi picco e tocca il grafico, oppure premi Modello C 1s. Poi premi Fit.
- Modifica nella tabella etichetta, BE, FWHM, %L o tipo di doppietto, blocca i valori oppure trascina i picchi in modalità Sposta picco. Premi di nuovo Fit.
- Controlla l'inviluppo e la linea dei residui sotto lo spettro. Poi premi Esporta PNG o Esporta CSV.
Che cosa fa il visualizzatore
| Sfondo | Shirley, lineare o nessuno, su una finestra di fitting a tua scelta. |
|---|---|
| Forma dei picchi | Prodotto gaussiano–lorentziano, GL(m). |
| Fitting | Picchi automatici o manuali, un modello C 1s, blocchi, Stessa FWHM per tutti i picchi e Interpola anche %L. Riporta il residuo RMS e, quando possibile, un χ² ridotto. |
| Doppietti | Doppietti p, d o f con una separazione presa da una tabella integrata che puoi modificare. |
| Assegnazioni | Uno stato chimico suggerito per ogni picco. |
| % atomica | Da due o più regioni con fitting, con fattori di sensibilità modificabili. |
| Survey | Elenco degli elementi con righe, affidabilità e una % atomica approssimativa. Le regioni Auger sono ombreggiate. |
| Esporta | PNG del grafico. CSV con dati, fondo, componenti, inviluppo, tabella del fitting e % atomica. |
Come usarlo in classe e in laboratorio
- Trattamento superficiale dei polimeri: esegui il fitting del C 1s prima e dopo un trattamento al plasma. Componenti C–O, C=O e O–C=O più grandi indicano un'ossidazione superficiale. L'XPS vede solo i primi nanometri. Per il polimero nel suo insieme, trova punto di fusione e cristallinità nel visualizzatore TGA e DSC.
- Ossido nativo sul silicio: l'esempio Si 2p mostra Si come doppietto stretto e SiO2 come picco più largo a energia di legame più alta.
- Superfici sconosciute: apri un survey per vedere quali elementi sono presenti.
- Composizione: esegui il fitting di C 1s e O 1s nel file .vms di esempio e leggi il rapporto O/C dal riquadro della % atomica.
Consigli e limiti
- Dai a ogni componente una giustificazione chimica. I picchi in più abbassano sempre il residuo, ma questo non li rende reali.
- I metalli richiedono spesso una forma di riga asimmetrica, che il visualizzatore non modella. Gli spettri 2p dei metalli di transizione possono mostrare anche satelliti e separazioni di multipletto, quindi un semplice fitting a doppietto è un'approssimazione.
- I fattori di sensibilità integrati sono valori approssimativi per Al Kα relativi a C 1s = 1. Inserisci i fattori della libreria del tuo strumento per numeri reali.
- Le energie di legame in letteratura variano di qualche decimo di eV. Verifica le assegnazioni suggerite con un riferimento.
Domande e risposte
Perché tutti i miei picchi sono circa 1 eV più alti del previsto?
Un campione isolante si carica man mano che gli elettroni lo lasciano, e ogni picco si sposta della stessa quantità verso energie di legame più alte. Premi Imposta da C 1s per portare il picco C-C / C-H all'energia di riferimento, oppure scrivi tu lo spostamento.
Quante componenti devo usare nel fitting di un picco C 1s?
Solo quante ne giustifica la chimica. Parti dai legami che ti aspetti nel campione, mantieni larghezze simili e aggiungi un picco solo quando il residuo mostra una forma chiara e ripetibile spiegata da uno stato chimico noto.
Perché usare un fondo di Shirley invece di uno lineare?
Gli elettroni che perdono energia uscendo alzano il segnale sul lato ad alta energia di legame di un picco. Un fondo di Shirley segue questo gradino. Una retta può funzionare per picchi piccoli su un fondo piatto.
Posso ottenere la % atomica da un solo spettro survey?
Solo in modo approssimativo. Il visualizzatore fornisce una % atomica approssimativa nella tabella del survey. Per numeri migliori, esegui il fitting di scansioni ad alta risoluzione di ogni elemento e usa i fattori di sensibilità del tuo strumento.