XAFS粉末样品制备全攻略——压片流程(附带视频)

 

 
 
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说明:本次内容详细讲解在XAFS测试过程中粉末样品的制备,尤其是压片的具体操作,如何计算XAFS实验样品厚度/重量?如何保存压片?想学更多XAFS知识请看历史内容!!

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一、压片的作用

1. 提高样品均匀性:压片处理能够确保样品颗粒之间紧密结合,形成均匀的薄片结构。这种均匀性有助于消除固体颗粒间的散射信号,从而减少对XAFS谱质量的干扰,使谱图更加清晰、准确。

2. 优化吸收强度:结合计算调整样品的厚度,使其达到理想的XAFS谱吸收强度,从而提高信噪比,获得更高质量的谱图。

3. 降低实验干扰:胶带中的杂质可能会引入额外的吸收峰,干扰对样品中特定元素的检测,而压片后的样品在实验中不需要额外使用胶带固定或调整,避免了胶带可能引入的杂质信号或散射干扰。

4. 提高实验效率:样品的快速准备和稳定固定能够减少实验时间,提高实验的流畅性,压片后的样品在实验过程中不用再通过折胶带去调整跳高,效率更高。

二、压片前的准备工作

1. 压片前通过ICP测试确定样品中元素的准确含量,特别是待测元素。除金属元素外,轻元素如C、N、O如果无法获得准确含量,可以进行估算。(XPS、EDS等不能得到准确的元素含量)

2. 根据实验需求,计算稀释剂(如LiF、BN等轻元素试剂)与样品的质量比例。如果待测元素的含量较高,可以适当增加稀释剂的比例,以降低样品的吸收强度,避免信号过强导致的饱和现象。

3. 充分研磨样品与稀释剂,要多次研磨,时长不小于10 min,且样品颗粒要细,可通过400目筛网。

三、适用的样品

 

1. 透射模式样品(>5wt.%)

2. 荧光模式样品(<5wt.%)

实验过程中需要结合实际情况分析,5wt.%、1wt.%的数值并不是标准。

四、如何计算样品的厚度/重量

 

下面以C6CoFeK2N6为例对界面进行介绍。

1. 双击打开SAMPLEM4M软件

2. 顶部“Maximum Number of Elements”填元素数,如C6CoFeK2N6有五种元素,如果在这里的元素数少于5,下面元素是填不上的。

3. 在左侧填入元素及元素摩尔比,右边的蓝色按钮是要计算的元素,如果要计算N,可以将按钮选到N处。

4. 在右侧选中进行实验的吸收边,Fe是计算K边。

5. 在右侧选中样品类型未知密度、需求称重压片选powder,适用于通常的压片实验;已知密度、需求合适厚度选soluton,适用于液体或薄膜样品

XAFS粉末样品制备全攻略——压片流程(附带视频)
XAFS粉末样品制备全攻略——压片流程(附带视频)

 

6. 以上图 powder为例,填入压片选用模具的直径10 mm,也可以在optional中填入预期或已知的数量powder为质量,solution为mm,设定值反应在左侧下方 results下的最后两行中)。

7. 点击“calculate”按钮,结果将在“Result”部分显示。特别关注第三行的分析,我们固定跳高(Delta muT,即前后吸收系数的差值)为1。在XAFS实验的透射模式下,理想的跳高范围是0.6到1.2,这样可以确保实验效果最佳。以当前样品为例,当样品质量设定为25 mg和40 mg时,计算得出的跳高值分别为1.84和2.95,这远远超出了推荐的范围。因此,需要重新调整跳高值。当将样品质量调整至可选的10 mg和15 mg时,对应的跳高值分别为0.73和1.01,均在推荐范围内,其中13.25 mg为最佳样品质量。

XAFS粉末样品制备全攻略——压片流程(附带视频)
五、压片制备过程

1. 称取适量样品与稀释剂,充分研磨样品,使试剂混合均匀并至400目以下,研磨10 min以上。

XAFS粉末样品制备全攻略——压片流程(附带视频)

 

2. 组装模具,将研磨好的样品装入模具,压片。

XAFS粉末样品制备全攻略——压片流程(附带视频)3. 将压好的样品用胶带取出,固定在样品框上。

详细操作下方视频

六、压片的保存

 

  • 在完成同步辐射粉末压片后,需要用正确的保存压片,以确保样品的稳定性和实验数据的可靠性。

  • 推荐使用 Kapton(黄色)胶带将压成的片密封好,这种胶带具有优良的耐高温性能、化学稳定性和绝缘性能,能够在长时间内有效保护样品,防止其受到外界环境的影响,如氧化、受潮等,从而实现长期保存。

  • 注意,不要使用 3M 白色胶带进行密封。3M 白色胶带的粘度相对较低,容易导致样品暴露在空气中,同时3M 白色胶带可能会含有 Ti 等杂质元素,这些因素均会对同步辐射实验产生干扰。

  • 除了选择合适的胶带进行密封,还应注意将密封好的样品存放在干燥、阴凉、避光的环境中,避免阳光直射和高温环境,以保证样品的稳定性。

 

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