XPSで腐食防止剤/金属界面の化学組成を決定する：最小化後のイマージョン酸化

この実験手順の全体的な目的は、抑制剤を含む酸性溶液からX線光電子分光計（XPS）へ試料を移送する際に、金属基材の酸化を防ぐことです。本手順を用いることで、酸性溶液中における腐食抑制剤物質の界面の化学的性質をより確実に決定することができ、これはメカニズムの理解と性能予測における重要な要素となります。このアプローチの特筆すべき利点は、比較的容易に適用できる点にあります。

したがって、同様の測定を行う他の研究者にも採用することが可能です。プロトコルは比較的単純ですが、本手法において最も精緻な操作が求められるグローブボックス内での試料操作については、十分に練習しておく必要があります。腐食抑制だけでなく、流体環境下で形成された空気敏感な界面からXPS測定を行う他の領域においても、このアプローチを検討すべきです。

以前の研究では、空気への露出によって抑制界面の酸化が起こり、結果に影響を与えた可能性があると考えたため、まずこの手法を試みることにしました。この手順を開始するには、テキストプロトコルに従って、炭素鋼基材とCIを添加した塩酸溶液を準備します。次に、準備したHClおよびCI溶液25 millilitersを小型ガラスビーカーに注ぎます。

耐酸ピンセットを使用して、ディスク状の炭素鋼試料を取り出し、HClおよびCI溶液の中に入れます。試料の円筒面が垂直面になるように向きを調整してください。まず、グローブボックスを窒素またはアルゴンなどの不活性ガスの供給源に接続します。

次に、少量の正方形の導電性両面カーボンテープをXPSサンプルバーに貼り付けます。サンプルをXPS装置に転送するために必要なすべてのハードウェアを、開放ポートからグローブボックス内に挿入します。その後、基板を浸漬させたガラスビーカーをグローブボックス内に配置します。

すべてのポートを密閉します。次に、不活性ガスでグローブボックス内をパージします。目的の浸漬時間まで、サンプルを浸漬させたままにします。

グローブボックス内の相対湿度値を監視します。相対湿度が8%を下回ったところで、グローブボックスの手袋に手を入れます。その後、その上にニトリル手袋を装着します。

ピンセットを使用して、炭素鋼試料を溶液から取り出します。直ちに空の洗浄ボトルを用いて試料を吹き付け乾燥させます。次に、HClおよびCI溶液が入ったビーカーをプラスチック製のパラフィンフィルムで覆います。

乾燥させたサンプルを、XPSサンプルバー上の小さな正方形のテープに貼り付けます。その後、XPSロードロックチャンバーを不活性ガスでベントします。ロードロックフランジを開き、サンプルバーをロードロックチャンバー内に移動させ、サンプル保持用プロングにスライドさせて固定します。

次に、フランジを閉じます。ターボ分子ポンプとロータリーポンプの組み合わせを起動し、チャンバー内を排気します。圧力が約5 × 10⁻⁷ mbarに達したら、トランスファーアームを使用してサンプルを中間チャンバーへ手動で移送します。

キーパッドを使用して、試料を目的の光電子放出角に調整します。次に、XPSデータ収集ソフトウェアを開き、装置の手動制御ウィンドウに移動します。

アノード放出およびアノードHTパラメータの値として、それぞれ10 milliampsと15 killivoltsを入力します。次に、Xray gunセクションのOnボタンをクリックして、単色化アルミニウムKαX線源を起動させます。その後、NeutralizerセクションのOnボタンをクリックして、電荷中和装置をオンにします。

Analyzerセクションで、モードおよびレンズのドロップダウンメニューからスペクトルHybrid測定モードを選択します。次に、 acquisitions scan controlセクションに目的のパラメータを入力します。キーパッドを使用して試料位置を最適化し、選択したコアレベルからの信号を最大化してください。

その後、テキストプロトコルに記載されている手順に従ってXPSデータを取得します。本研究では、腐食抑制剤を含む酸性溶液への浸漬後における酸化を最小限に抑えるため、超高真空XPS装置に試料を導入する代替アプローチを用いています。研磨済み試料のXPSデータには、3つの顕著な特徴が見られます。鉄2p信号は、試料を構成する炭素鋼に由来します。

酸素1s信号は表面の酸化皮膜と吸着物の両方に由来し、炭素1s信号は外来性炭素によるものです。抑制剤を含む1 molar HCL溶液のいずれかに浸漬させると、対応する概観スペクトルに顕著な変化が生じます。抑制剤の表面吸着により窒素信号が出現し、一方で酸素信号はほぼ消失します。

酸素1sおよび鉄2pの高分解能スペクトルプロファイルは、研磨済み試料の表面酸化が起こり、鉄酸化物および水酸化物が生成したことを示しています。これらの種は浸漬試料には存在せず、表面酸化物または水酸化物がほとんど、あるいは全く残っていないことを示唆しています。抑制された界面に対する実験室内の雰囲気の影響は、試料を部分的にパージされたグローブボックス内に移送することで決定されます。

より高濃度の酸素にさらされたこのサンプルには、表面酸化の兆候が見られます。したがって、表面酸化を最小限に抑えるには、パージ済みのグローブボックス内でサンプル移動を行う必要があります。このビデオを視聴することで、XPS測定前に腐食抑制剤の物質界面の酸化を回避する方法について、十分に理解できるはずです。

この手順は比較的単純であり、習得して適切に実施すれば、サンプル転送ステップは30分未満で完了できます。ただし、手順の実行中は、サンプルの浸漬または転送のいかなる段階においても、XPSで分析する表面に触れないようにすることが重要です。最後に、酸を取り扱う際は危険が伴うため、適切な注意を払うことを忘れないでください。