Ajuste de picos de XPS no navegador: correção de carga, fundo Shirley, dubletos e % atômica

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Por que ajustar dados de XPS no navegador?

Os dados de XPS muitas vezes chegam como um arquivo VAMAS ou de texto de uma central multiusuário. Para interpretá-los, você corrige o carregamento, remove o fundo, ajusta os componentes e transforma áreas em composição. Os pacotes completos fazem isso bem, mas nem sempre estão à mão. O visualizador cobre as etapas principais em uma página, para uma primeira olhada, para o ensino ou para conferir um ajuste que alguém lhe enviou.

A ciência em resumo

Energia de ligação. Os raios X arrancam elétrons de níveis de caroço. O espectrômetro mede a energia cinética deles, e EL = hν − EC, com a função trabalho tratada pela calibração. O Al Kα dá hν = 1486,6 eV e o Mg Kα 1253,6 eV. Só os elétrons dos poucos nanômetros superiores escapam, então o XPS enxerga a superfície.

Deslocamento químico. Ligações com átomos mais eletronegativos deslocam um nível de caroço para energias de ligação maiores. No C 1s, C–C/C–H fica mais baixo, depois C–O, C=O e O–C=O.

Correção de carga. Isolantes se carregam e todos os picos se deslocam na mesma quantidade. Uma correção comum é fixar o pico C–C/C–H do carbono adventício em 284,8 eV, o padrão do visualizador. Alguns laboratórios usam 285,0 eV. É uma convenção com limitações conhecidas, então informe o valor usado.

Fundo Shirley. Elétrons que perdem energia ao sair elevam o sinal do lado de maior energia de ligação de cada pico. O fundo Shirley modela esse degrau.

Dubletos spin-órbita. Os níveis p, d e f se dividem em dois picos com razão de áreas fixa: 1:2 para p, 2:3 para d e 3:4 para f. A separação depende do elemento, por exemplo cerca de 13,6 eV para o Fe 2p na tabela do visualizador.

% atômica. Divida a área do pico de cada elemento pelo seu fator de sensibilidade e normalize os resultados para 100%.

Arquivos que você pode abrir

• VAMAS (.vms), o formato de intercâmbio ISO 14976, com varreduras regulares.
• Exportações de texto do CasaXPS com colunas K.E. ou B.E.
• CSV, TXT, DAT ou TSV com uma coluna de energia e uma de intensidade.

Abra um arquivo por vez. Cada região do arquivo ganha um botão próprio acima do gráfico. Para praticar, baixe o .vms de exemplo, que traz um survey, C 1s e O 1s. Todos os exemplos são simulados.

Como ajustar uma região, passo a passo

1. Clique em Abrir arquivo de XPS ou solte um arquivo. Ou clique em um exemplo: C 1s (polímero), Si 2p (Si / SiO2), Dubleto Fe 2p, Espectro survey ou Exemplo .vms.
2. Se os seus dados estiverem em energia cinética, defina Eixo de energia como Energia cinética e escolha a Origem.
3. Clique em Definir pelo C 1s ou digite um Deslocamento de carga (eV). A referência começa em 284,8 eV e pode ser alterada.
4. Escolha uma região, confira o Nível de caroço (por exemplo C 1s) e escolha um Fundo. Amplie e clique em Janela de ajuste = visualização atual, ou use Região inteira.
5. Clique em Picos automáticos, ou escolha Adicionar pico e toque no gráfico, ou clique em Modelo C 1s. Depois clique em Ajustar.
6. Edite rótulo, EL, FWHM, %L ou tipo de dubleto na tabela, trave valores ou arraste picos no modo Mover pico. Clique em Ajustar de novo.
7. Confira o envelope e a linha do resíduo sob o espectro. Depois clique em Exportar PNG ou Exportar CSV.

O que o visualizador faz

Como usar em sala de aula e no laboratório

• Tratamento de superfície de polímeros: ajuste o C 1s antes e depois de um tratamento a plasma. Componentes C–O, C=O e O–C=O maiores indicam oxidação da superfície. O XPS enxerga só os poucos nanômetros superiores. Para o polímero em volume, encontre o ponto de fusão e a cristalinidade no visualizador de TGA e DSC.
• Óxido nativo no silício: o exemplo de Si 2p mostra o Si como um dubleto estreito e o SiO2 como um pico mais largo em energia de ligação maior.
• Superfícies desconhecidas: abra um survey para ver quais elementos estão presentes.
• Composição: ajuste C 1s e O 1s no .vms de exemplo e leia a razão O/C no quadro de % atômica.

Dicas e limitações

• Dê a cada componente uma justificativa química. Picos extras sempre reduzem o resíduo, mas isso não os torna reais.
• Metais muitas vezes precisam de uma forma de linha assimétrica, que o visualizador não modela. Espectros 2p de metais de transição também podem mostrar satélites e desdobramento de multipleto, então um ajuste com dubleto simples é uma aproximação.
• Os fatores de sensibilidade embutidos são valores aproximados para Al Kα relativos a C 1s = 1. Digite os fatores da biblioteca do seu equipamento para obter números reais.
• As energias de ligação da literatura variam alguns décimos de eV. Confira as atribuições sugeridas com uma referência.

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