Khớp pic XPS trên trình duyệt: hiệu chỉnh điện tích, nền Shirley, doublet và % nguyên tử
Trả lời ngắn: Mở file VAMAS (.vms), file văn bản CasaXPS hoặc CSV trong trình xem XPS MolDraw miễn phí, hoặc nhấn C 1s (polymer). Nhấn Đặt theo C 1s để hiệu chỉnh điện tích, giữ nền Shirley, rồi nhấn Tự động thêm pic hoặc Mẫu C 1s và Khớp. Đọc % nguyên tử và xuất PNG hoặc CSV kèm bảng khớp. File của bạn vẫn ở trên thiết bị của bạn.
Dùng thử trình xem XPS tại đây
Vì sao khớp dữ liệu XPS trên trình duyệt?
Dữ liệu XPS thường đến dưới dạng file VAMAS hoặc văn bản từ một phòng thí nghiệm dùng chung. Để đọc, bạn hiệu chỉnh tích điện, loại bỏ nền, khớp các thành phần và chuyển diện tích thành thành phần nguyên tố. Các phần mềm đầy đủ làm tốt việc này, nhưng không phải lúc nào cũng có sẵn. Trình xem thực hiện các bước cốt lõi trên một trang, để xem nhanh, để giảng dạy hoặc để kiểm tra một kết quả khớp ai đó gửi cho bạn.
Tóm tắt khoa học
Năng lượng liên kết. Tia X bứt electron khỏi các mức lõi. Máy phổ đo động năng của chúng, và BE = hν − KE, với công thoát được xử lý qua hiệu chuẩn. Al Kα cho hν = 1486,6 eV và Mg Kα 1253,6 eV. Chỉ electron từ vài nanomet trên cùng thoát ra được, nên XPS nhìn thấy bề mặt.
Độ dịch chuyển hóa học. Liên kết với nguyên tử có độ âm điện lớn hơn đẩy mức lõi lên năng lượng liên kết cao hơn. Trong C 1s, C–C/C–H nằm thấp nhất, rồi đến C–O, C=O và O–C=O.
Hiệu chỉnh điện tích. Chất cách điện bị tích điện và mọi pic dịch cùng một lượng. Cách khắc phục thông dụng là đặt pic C–C/C–H của carbon nhiễm bẩn ngẫu nhiên ở 284,8 eV, giá trị mặc định của trình xem. Một số phòng thí nghiệm dùng 285,0 eV. Đây là quy ước có những giới hạn đã biết, nên hãy nêu giá trị bạn đã dùng.
Nền Shirley. Các electron mất năng lượng trên đường thoát ra làm tăng tín hiệu ở phía năng lượng liên kết cao của mỗi pic. Nền Shirley mô hình hóa bậc này.
Doublet spin–orbit. Các mức p, d và f tách thành hai pic với tỉ lệ diện tích cố định: 1:2 cho p, 2:3 cho d và 3:4 cho f. Khoảng tách phụ thuộc nguyên tố, ví dụ khoảng 13,6 eV cho Fe 2p trong bảng của trình xem.
% nguyên tử. Chia diện tích pic của mỗi nguyên tố cho hệ số độ nhạy của nó, rồi chuẩn hóa kết quả về 100%.
Các file có thể mở
- VAMAS (.vms), định dạng trao đổi ISO 14976, với các phổ quét thông thường.
- File văn bản xuất từ CasaXPS có cột K.E. hoặc B.E.
- CSV, TXT, DAT hoặc TSV với một cột năng lượng và một cột cường độ.
Mở từng file một. Mỗi vùng trong file có nút riêng phía trên đồ thị. Để luyện tập, hãy tải file .vms mẫu, chứa một phổ tổng quát, C 1s và O 1s. Mọi ví dụ đều là mô phỏng.
Cách khớp một vùng từng bước
- Nhấn Mở file XPS hoặc thả file vào. Hoặc nhấn một ví dụ: C 1s (polymer), Si 2p (Si / SiO2), Doublet Fe 2p, Phổ quét tổng quát hoặc File .vms mẫu.
- Nếu dữ liệu theo động năng, đặt Trục năng lượng là Động năng và chọn Nguồn.
- Nhấn Đặt theo C 1s, hoặc nhập Độ dịch điện tích (eV). Giá trị tham chiếu bắt đầu ở 284,8 eV và có thể thay đổi.
- Chọn một vùng, kiểm tra Mức lõi (ví dụ C 1s) và chọn Nền. Phóng to và nhấn Cửa sổ khớp = vùng đang xem, hoặc dùng Toàn bộ vùng.
- Nhấn Tự động thêm pic, hoặc chọn Thêm pic và chạm vào đồ thị, hoặc nhấn Mẫu C 1s. Sau đó nhấn Khớp.
- Sửa nhãn, BE, FWHM, %L hoặc loại doublet trong bảng, khóa giá trị, hoặc kéo pic ở chế độ Di chuyển pic. Nhấn Khớp lần nữa.
- Kiểm tra đường bao và đường phần dư bên dưới phổ. Sau đó nhấn Xuất PNG hoặc Xuất CSV.
Trình xem làm được gì
| Nền | Shirley, tuyến tính hoặc không có, trên cửa sổ khớp do bạn chọn. |
|---|---|
| Hình dạng pic | Tích Gauss–Lorentz, GL(m). |
| Khớp | Pic tự động hoặc thủ công, mẫu C 1s, khóa giá trị, Cùng FWHM cho mọi pic và Khớp cả %L. Báo cáo phần dư RMS và, khi có thể, χ² rút gọn. |
| Doublet | Doublet p, d hoặc f với khoảng tách lấy từ bảng có sẵn mà bạn có thể chỉnh sửa. |
| Quy kết | Trạng thái hóa học gợi ý cho mỗi pic. |
| % nguyên tử | Từ hai vùng đã khớp trở lên, với hệ số độ nhạy có thể chỉnh sửa. |
| Phổ tổng quát | Danh sách nguyên tố kèm vạch, độ tin cậy và % nguyên tử sơ bộ. Các vùng Auger được tô. |
| Xuất file | PNG của đồ thị. CSV chứa dữ liệu, nền, các thành phần, đường bao, bảng khớp và % nguyên tử. |
Cách dùng trên lớp và trong phòng thí nghiệm
- Xử lý bề mặt polymer: khớp C 1s trước và sau xử lý plasma. Các thành phần C–O, C=O và O–C=O lớn hơn cho thấy bề mặt bị oxi hóa. XPS chỉ nhìn thấy vài nanomet trên cùng. Với polymer ở dạng khối, hãy tìm nhiệt độ nóng chảy và độ kết tinh trong trình xem TGA và DSC.
- Lớp oxide tự nhiên trên silicon: ví dụ Si 2p cho thấy Si là một doublet hẹp và SiO2 là một pic rộng hơn ở năng lượng liên kết cao hơn.
- Bề mặt chưa biết: mở một phổ tổng quát để xem có những nguyên tố nào.
- Thành phần: khớp C 1s và O 1s trong file .vms mẫu và đọc tỉ lệ O/C từ ô % nguyên tử.
Mẹo và giới hạn
- Hãy đưa ra lý do hóa học cho mọi thành phần. Thêm pic luôn làm giảm phần dư, nhưng điều đó không có nghĩa chúng là thật.
- Kim loại thường cần hình dạng vạch bất đối xứng, điều trình xem không mô hình hóa. Phổ 2p của kim loại chuyển tiếp còn có thể có pic vệ tinh và tách đa tuyến, nên khớp doublet đơn giản chỉ là gần đúng.
- Hệ số độ nhạy có sẵn là giá trị Al Kα gần đúng so với C 1s = 1. Hãy nhập hệ số từ thư viện của máy đo để có số liệu thật.
- Năng lượng liên kết trong tài liệu dao động vài phần mười eV. Hãy đối chiếu các quy kết gợi ý với tài liệu tham khảo.
Hỏi và đáp
Vì sao mọi pic của tôi cao hơn dự kiến khoảng 1 eV?
Mẫu cách điện bị tích điện khi electron rời đi, và mọi pic dịch lên năng lượng liên kết cao hơn cùng một lượng. Nhấn Đặt theo C 1s để đưa pic C-C / C-H về năng lượng tham chiếu, hoặc tự nhập độ dịch.
Nên khớp bao nhiêu thành phần cho pic C 1s?
Chỉ bao nhiêu mà hóa học cho phép. Bắt đầu từ các liên kết bạn dự kiến có trong mẫu, giữ độ rộng tương tự nhau, và chỉ thêm pic khi phần dư cho thấy một hình dạng rõ ràng, lặp lại được mà một trạng thái hóa học đã biết giải thích được.
Vì sao dùng nền Shirley thay vì nền tuyến tính?
Các electron mất năng lượng trên đường thoát ra làm tăng tín hiệu ở phía năng lượng liên kết cao của pic. Nền Shirley bám theo bậc đó. Đường thẳng có thể dùng được cho pic nhỏ trên nền phẳng.
Có tính được % nguyên tử chỉ từ phổ quét tổng quát không?
Chỉ gần đúng. Trình xem cho % nguyên tử sơ bộ trong bảng phổ tổng quát. Để có số liệu tốt hơn, hãy khớp phổ quét hẹp của từng nguyên tố và dùng hệ số độ nhạy từ chính máy đo của bạn.