粉末样品制备——压片技巧
时间:2016-04-26 点击数:9553

· 压片的必要性——(1)消除固体颗粒间的散射信号,这也是干扰XAFS谱质量的重要因素;(2)根据计算使样品直接成为理想的XAFS谱吸收强度。

· 压片与涂胶带的优劣——(1)压片的样品更均匀、且固体颗粒间的散射干扰降至最小;(2)压片的样品在实验中不需要再折胶带去调整跳高,效率更高;(3)但不是每个样品都能进行压片操作的,某些太粘或太轻的只能涂胶带。

(¨ 若能压片,则不要涂胶带!)

· 压片前的准备——(1)确定样品中各元素的绝对原子含量,不仅是金属原子间的比例,而且还包括有机小分子轻元素。例如,PtPdRh/C需要知道Pt0.1Pd0.4Rh0.5C78、而非Pt0.1Pd0.4Rh0.5。因此,最好用ICP,因为XPS或TEM/EDAX对于绝对含量不易确定;(2)计算稀释剂(LiF、BN等轻元素试剂)与样品的比例;(3)将粉末样品与稀释剂充分研磨(要求多次研磨,总时间不少于10分钟)。

(¨ 准备工作是压片成败的关键!)

· 压片计算公式适用的样品——(1)对于透射样品(>5wt.%)适用;(2)对于荧光样品(<5wt.%)也适用,因为若待测元素过多,会造成荧光信号的自吸收。

(¨ 实验中不能教条的用5wt.%1wt.%去判断XAFS采集方式——透射、荧光Lytle、荧光32元,总体原则是能透射不荧光、能Lytle32元!

· 对压片计算结果进行修正——(1)为什么需要修正:一般情况下所加的样品无法恰好形成一个完整的片,要么压片后有粉末剩余(实际样品量降低)、要么压成的片是残缺的(实际样品量增加);(2)如何修正:例如1cm直径的模具,将所需样品的质量(M0)+LiF稀释剂质量的总和(M1)控制在50mg左右,先压一个片,然后对压成的片(去掉未成片的粉末)称重,再估算整片(有可能压成的片是残缺的)的质量(M2)。修正后所需样品的质量(M0’)= M0 ´ (M1/M2)。

(¨ 同一系列的多个样品一般修正一次即可!)

· 压片的大小——(1)对于聚焦模式,不易太大,一则浪费样品、二则可能压成的片不均匀;(2)对于非聚焦模式,X射线光斑的大小不能超过所压的片直径,必要时需要卡狭缝。

(¨ 1cm直径的片比较合适!)

· 压片的保存——用Kapton(黄色)胶带将所压成的片密封好后可长期保存。

(¨ 不要用3M白色胶带!一则粘度不够、二则白色胶带会有Ti等杂质元素。

· 如何进行压片计算——请参考以下图示说明,以Fe0.15Ce0.85O2为例。

(1)   打开“Hephaestus”软件,“Formulas”菜单;

(2)   Formula: Fe0.15Ce0.85O2不能只写Fe0.15Ce0.85,特别是对于低能元素的测试);

(3)   Density: 4 gram/cm^3(理论上任意数值均可,不影响最终需加样品质量的计算。为什么?样品对X射线的吸收只与光路上的长度相关、与片的横截面无关);

(4)   Energy: 5800 eV(待测元素吸收边后50eV左右,因为这个能量点才是完全跳高出现);

(5)   点击“Compute”;

(6)   结果分析:


主要看最后两列,哪些元素在计算能量处是主要吸收元素?哪些元素的吸收可以忽略?

最重要的结果!“总吸收为单位长度时样品的厚度”(t1)对于XAFS实验很关键,单位长度时ln(I0/It)=1。若是2个单位长度,则I0/It近似为8,已经到达电离室精确度的限定。因此,一般不要超过2个单位长度;“待测元素信号为单位跳高时样品的厚度”(t2)对于XAFS谱图很关键,总吸收是一回事,但真正有多少用于待测元素上?这个厚度下,XAFS谱的跳高为理想的1;“总吸收为单位长度时样品的填充量”(Mtotal)是根据“总吸收为单位长度时样品的厚度”计算所得,但要注意:(1)这个质量数往往不是最终所加样品量(M0);(2)此时的面积是1cm2,不是直径为1cm的圆面积。

M0的确定方法:(1)若t2/t1<2,则M0=Mtotal ´ (t2/t1);(2)若t2/t1>2,则M0=Mtotal ´ 2;(3)需要进行面积校正(压成片的圆面积)。Fe0.15Ce0.85O2: 2.460´10.0/6.1´0.7854= 3.2mg

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