Bài Tập Nhóm Phương Pháp Phân Tích Tia X

Giữ nguyên góc tới của tia X đến tinh thể và thay đổi bước sóng của chùm tia XChùm tia X hẹp và không đơn sắc được dọi lên mẫu đơn tinh thể cố định Ảnh nhiễu xạ gồm một loạt các vết đặc

Trang 1

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TIA X

GV: TS Lê Vũ Tuấn Hùng

Nhóm: Trương Hoàng Lộc 0413189

Từ Khánh Long 0413187 Nguyễn Mai Bảo Thy 0413236 Đoàn Thị Thanh Thúy 0413206 Trần Thị Khánh Chi 0413263 Nguyễn Thị Thu Hương 0413299

Trang 4

I Nhiễu xạ tia X

II Huỳnh quang tia X

III Phổ kế quang điện tử tia X

Nội dung

Trang 5

Hãm đột ngột điện tử năng lượng cao hay dịch chuyển điện

tử từ quỹ đạo cao xuống quỹ đạo thấp trong nguyên tử.

Tia X

Năm 1895, Wilhelm Roentgen khám phá ra tia X

Ứng dụng nhiều trong y học và phân tích cấu trúc

tinh thể

Trang 6

Nhiễu xạ tia X Huỳnh quang tia X

Phân tích cấu trúc

nguyên tố có trong mẫuPhân tích tia X

Trang 7

Chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại

và cực tiểu nhiễu xạ

Tia X với nguyên tử tương tác với nhau

Hiệu quang lộ giữa các tia tán

xạ trên các mặt

ΔL = 2.d.sinθ

Nhiễu xạ tia X

Trang 8

Để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

ΔL = 2.d.sinθ = n.λ

Ở đây, n là số nguyên nhận các giá trị 1, 2,

Đây là định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tượng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể.

3 phương pháp

chụp tinh thể tia X

Phương pháp Laue

Phương pháp nhiễu xạ bột Phương pháp đơn tinh thể quay

Trang 9

Giữ nguyên góc tới của tia X đến tinh thể và thay đổi bước sóng của chùm tia X

Chùm tia X hẹp và không đơn sắc được dọi lên mẫu đơn tinh thể cố định

Ảnh nhiễu xạ gồm một loạt các vết đặc trưng cho tính đối xứng của tinh thể

Phương pháp Laue

Trang 10

nhau ở các bậc khác nhau

1 vết trong ảnh nhiễu xạ Laue có thể là sự chồng chập của các tia nhiễu xạ ở các bậc khác nhau gây trở ngại cho việc phân tích

dựa trên độ đen của vết.

Phương pháp Laue

Trang 11

Phương pháp đơn tinh thể quay

 Giữ nguyên bước sóng và thay đổi góc tới.

- Phim được đặt vào

mặt trong của buồng

hình trụ cố định

- Mẫu đơn tinh thể

được gắn trên thanh

quay đồng trục với

buồng

Trang 12

- Chùm tia X đơn sắc tới sẽ bị nhiễu xạ trên 1 họ mặt nguyên tử của tinh thể với khoảng cách giữa các mặt

là d khi trong quá trình quay xuất hiện những giá trị thỏa mãn điều kiện Bragg

Thường thì không quay tinh thể 3600 mà chỉ dao động trong 1 giới hạn góc nào đó, nhờ vậy mà số vết nhiễu xạ có thể chập vào nhau

sẽ giảm đi nhiều

- Tất cả các mặt nguyên tử song song với trục quay sẽ tạo nên các vết nhiễu xạ trong mặt phẳng nằm ngang

Kết quả

Phương pháp đơn tinh thể quay

Kết luận:

Trang 13

chiếu vào mẫu

- Quay mẫu và quay đầu thu chùm

nhiễu xạ trên đường tròn đồng tâm

Phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của cường

độ nhiễu xạ vào 2 lần góc nhiễu xạ (2θ)

Trang 14

- Đối với các mẫu màng mỏng, cách thức thực hiện có một chút khác, người ta chiếu tia X tới dưới góc rất hẹp (để tăng chiều dài tia X tương tác với

màng mỏng, giữ cố định mẫu và chỉ quay đầu thu

Phương pháp nhiễu xạ bột cho phép xác định thành phần pha, tỷ phần pha, cấu trúc tinh thể (các tham số mạng tinh thể) và rất dễ thực hiện

Trang 15

Phân tích huỳng quang tia X

1913 Moseley đã thiết lập mối liên hệ giữa

cấu trúc nguyên tử và sự bức xạ tia X.

Cơ sở cho phân tích huỳnh quang

1948 Friedman và Birks là người đầu tiên chế tạo hệ phổ kế huỳnh quang

tia X

Cuối thập kỉ 20 Detecter bán dẫn ra đời, hệ phổ kế huỳnh quang tia X

ngày càng phát triển

Đáp ứng nhu cầu phân tích định lượng hàm lượng các

nguyên tố trong nhiều mẫu khác nhau ở nhiều lãnh vực

nghiên cứu như công nghiệp, môi trường, địa chất, dầu khí…

Lược sử phát triển

Trang 16

Để nguyên tố phát ra bức xạ huỳnh quang tia X đặc trưng

Dùng 1 nguồn kích

phát gamma, tia X

Trang 17

Mẫu phân tích

e Cathode

Trang 18

Nguồn đồng vị phóng xạ sử dụng trong phân tích huỳnh quang tia X

Tên

nguồn Chu kì bán rã

(năm)

Năng lượng (keV) Nguyên tố nhạy cao Cường độ

Trang 19

Mẫu phải được làm nhẵn trước khi đo

Trang 20

Trang 21

2 Chuẩn bị mẫu

Chuẩn bị mẫu rắn

Mẫu rắn là vật liệu dạng khối được làm bằng máy để tạo hình dạng kích thước thích hợp, bề mặt phải được làm nhẵn bóng

Chuẩn bị mẫu dung dich

Mẫu dung dịch là dễ chuẩn bị nhất bởi vì nó luôn đồng nhất Nếu có lý do nào đó gây nên sự phân tán trong chất

lỏng thì dễ dàng khử nó bằng cách khuấy đảo

Trang 22

3 Detector: (đầu dò ghi bức xạ)

- Có năng lượng từ 1keV – 100keV

- Có thể là loại chứ khí, nhấp nháy, bán dẫn

- Có độ phân giải từ 120eV – 200eV

Trang 23

Máy tínhNguồn cao thế

Trang 24

- Phân tích nguyên liệu gốm

sứ, xi măng, thuỷ tinh

- Xác định tuổi kim loại quý như Au, Ag, Pt…

- Xác định bề dày lớp mạ

…

Trang 25

(X-ray Photoelectron Spectroscopy)

Phổ kế quang điện tử tia X - XPS

1 Giới thiệu

Là kĩ thuật phân tích tính chất trên

bề mặt vật liệu thông qua phổ Nó thường được dùng để xác định thành phần cơ bản, trạng thái hóa học, trang thái điện tử của các nguyên tố trên bề mặt của vật liệu

Trang 26

Phát xạ điện tử trong XPS

Trang 27

Tiếp tục nghiên cứu và phát triển

Trang 28

- 1969, Hewlett- Packard

Ghi nhận được phổ phân giải ảnh năng lượng cao đầu tiên của NaCl

-1954, nhóm nghiên cứu

của Siegbahn

Chế tạo ra thiết bị XPS đơn sắc thương mại đầu tiên

2 Lược sử phát triển XPS:

Trang 29

2 Cơ sở lý thuyết của XPS:

- Năng lượng liên kết của mỗi điện tử phát xạ:

- Phổ XPS biểu diễn sự phụ thuộc của số điện tử phát

ra vào năng lương liên kết (Hình)

Trang 30

- Detector đếm số điện tử phát ra thì XPS phải được đặt trong chân không

Trang 31

4 Thành phần của 1 hệ XPS:

Trang 32

XPS được dùng để xác định:

- Những nguyên tố nào và hàm lượng của những nguyên

tố đó trong bề mặt mẫu có kích thước ~10nm

- Tạp chất gì có trên bề mặt hoặc bên trong khối mẫu

- Mật độ trang thái điện tử

- Độ dày của 1 hay nhiều lớp mỏng của những

vật liệu khác nhau

- Trạng thái hóa học của nguyên tố trong mẫu

- Năng lượng kiên kết của trạng thái điện tử

Trang 33

Những vật liệu được phân tích với XPS:

- Các hợp chất vô cơ, hợp kim, chất bán dẫn, polime, chất xúc tác, thủy tinh, ceramic, sơn, giấy, mực, gỗ, răng, xương, dầu nhớt, chất keo

- Vật liệu hữu cơ không được phân tích với XPS

- Những phân tích gần đây về amino axit cho

thấy XPS phải được dùng để đo nhiều axit

trước khi giảm 1 cách đáng kể

Trang 34

Giới hạn của XPS:

XPS ghi nhận được tất cả các nguyên tố với Z từ 3 ->

103 Giới hạn này có nghĩa là XPS không thực hiện được với H và He vì 2 nguyên tố này không có các

obitan lõi mà chỉ có các obitan hóa trị

Độ chính xác của phép định lượng:

Phụ thuộc vào 1 vài tham số chẳng hạn như: cường độ đỉnh, độ chính xác của các hệ số nhạy cảm, tính đồng nhất trong thể tích bề mặt…

Trang 35

Phổ có

độ phân giải cao cho tín hiệu Si(2p)

Trang 36

- 1-10 phút cho 1 lần quét tổng quát để xác định tất cả các nguyên tố

- 1-10 phút cho việc quét phân giải năng lượng cao

để phát hiện những trạng thái hóa học khác nhau

- 1-4 giờ cho chụp mặt nghiêng theo chiều sâu để đo 4-5 nguyên tố như 1 hàm của chiều sâu ăn mòn

Thời gian phân tích

Giới hạn thiết diện phân tích:

Thiết diện phân tích phụ thuộc vào thiết kế dụng cụ Phân tích nhỏ nhất là trong khoảng 10-200µm Kích thước rộng nhất cho chùm tia X đơn sắc là 1-5mm Chùm không đơn sắc là 10-50mm

Trang 37

Giới hạn kích thước mẫu:

Các dụng cụ cũ chấp nhận những mẫu :1x1 đến 3x3 cm Các hệ thống gần đây có thể chấp nhận những wafer

300mm và những mẫu có kích thước 30x30

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	2,26 MB