GB T 28633-2012 表面化学分析.X射线光电子能谱.强度标的重复性和一致性.pdf
《GB T 28633-2012 表面化学分析.X射线光电子能谱.强度标的重复性和一致性.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GB T 28633-2012 表面化学分析.X射线光电子能谱.强度标的重复性和一致性.pdf(16页珍藏版)》请在麦多课文档分享上搜索。
1、ICS 7 1. 040. 40 G 04 中华人民=iI工./、毒草2和国国家标准GB/T 28633一2012/ISO24237:2005 表面化学分析X射线光电子能谱强度标的重复性和一致性Surface chemical analysis-X-ray photoelectron spectroscopy Repeatability and constancy of intensity scale CISO 24237: 2005 ,IDT) 2012-07-31发布中华人民共和国国家质量监督检验检痊总局中国国家标准化管理委员会2013-02-01实施发布GB/T 28633-2012/I
2、SO 24237 :2005 目次前言.1 引言. II I 范围.2 符号及缩略语.3 方法概述4 评估强度标重复性和一致性的方法4. 1 获取参考样品34.2 安装样品.3 4.3 清洁样品.4.4 选择测定强度稳定性的能谱仪参数设置.4 4.5 操作仪器.4 4.6 初始或后续的评估测量选项.4 4. 7 测量强度和重复性.4 4.8 计算峰面积强度、强度比和不确定度4. 9 强度标一致性的常规评估方法4.10 再次评估.7附录A(资料性附录)非单色MgK.X射线源的商品X射线光电子能谱仪强度重复性测量和计算实例A. 1 符号.A. 2 商品X射线光电子能谱仪强度重复性测量和计算实例.8
3、 参考文献.GB/T 28633-20 12/ISO 24237: 2005 前言本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准采用翻译法等同采用ISO24237 :2005(E)(表面化学分析X射线光电子能谱强度标的重复性和一致性。本标准由全国微束分析标准化技术委员会(SAC/TC38)提出并归口。本标准起草单位:北京师范大学分析测试中心。本标准主要起草人:吴正龙。I GB/T 28633-2012月SO24237: 2005 引X射线光电子能谱(XPS)广泛应用于材料表面分析。从测得的光电子谱中,得到样品表面各元素内能级的结合能,对照元素结合能表鉴别样品中的不同元素(除氢和氮以
4、外)。从测得光电子峰的强度可以得到这些元素的定量信息。应用公式和仪器厂家提供的相对灵敏度因子,就可进行定量计算。灵敏度因子是否适用于仪器是至关重要的,通常在仪器安装后或经合格机构校准仪器的峰强度/能量响应函数后,灵敏度因子才能直接被应用。在本标准中,阐述了影响XPS峰强度测量不确定度的两个重要的仪器因素:(1)峰强度测量的重复性;(2)峰强度随时间的漂移。对于分析类似样品的变化趋势和差异,重复性是重要的。影响测量重复性的有关仪器方面的因素有:X射线源的稳定性、检测器的设置、仪器对样品位置的敏感性、数据采集参数和数据处理方法。仪器强度标的漂移将影响任何定量结果分析的总体准确度。这种漂移是由于受到
5、仪器部件、电子控制单元和检测器的老化等因素的影响。在XPS仪器中,已经发现仪器在使用中,仪器的强度/能量响应函数会随仪器使用年限而变化。本标准描述了一种测定仪器强度标的重复性和一致性的简单方法,以便仪器校准,如改进操作步骤、重新设置仪器参数或重新校准强度/能量响应函数。所以,应定期重复使用这种方法检测仪器,如果仪器厂家或合格机构已经检查过仪器能正常工作,则在此期间内本方法是非常有用的。本方法使用纯铜(Cu)样品,适用于非单色铝(Al)或镜(Mg)X射线源的X射线光电子能谱仪,或单色铝(Al)X射线源的X射线光电子能谱仪。本方法不是阐述仪器所有存在的可能误差,因为这很耗费测试时间,且需要专业知识
6、和设备。而是阐述了XPS仪器强度标的常见基本问题,即重复性和漂移问题。在使用本方法时可同时使用GB/T 22571-2008口校准仪器能量。E 1 范围GB/T 28633-20 12/ISO 24237: 2005 表面化学分析X射线光电子能谱强度标的重复性和一致性本标准规定了常规分析中一种评估X射线光电子能谱仪强度标的重复性和一致性的方法,采用非单色Al/Mg或单色AIX射线源。本标准只适用于装有溅射离子枪的仪器。本标准不做强度/能量响应函数的校准。此校准应由仪器制造厂家或其他合格机构完成。本标准提供的数据用于评估和确认仪器使用期间强度/能量响应函数保持恒定的准确度。本标准提供了一些可能会
7、影响一致性的仪器设置指导意见。2 符号及结略语AAAA-z 1 Pi Pij U95 (P;) XPS S A (P乱)3 方法概述扣除Shirley本底后Cu2p附峰的平均峰面积Az的一个分量值,为在一组测量中第j次测量的值扣除Shirley本底后,Cu3p峰的平均峰面积A3的一个分量值,为在一组测量中第j次测量的值3个参量其中之一Pi的标识符号独立测量的参量之一Pij的下标表示Az,A3和A3/AZ中任一量的平均值参量第j次测量的平均值Pi的参量置信限95%时Pi平均值的不确定度X射线光电子能谱置信限95%(由分析者设定)时A3/AZ的一致性容差值仪器结合能标尺的能量漂移量,等于被测Cu2
8、p3/Z峰最大强度的结合能值减去932.7eV 参量Pi的重复性标准偏差此处为方法概述,以便能理解第4章中的详细步骤。在合适的参数下测量Cu2p3/Z和Cu3p X射线光电子峰强度,获得并准备铜锚参考物质是必要的,以便用该方法评估X射线电子能谱仪的重复性和一致性。选择这些峰是由于它们靠近实际分析中结合能的高端限和低端限。这些峰都已明确选定,并有相应的参考数据。初始步骤标准物质准备和仪器参数设置见4.14.5,其流程图见图1,图中包含有相关的子标题。如果以前没有测定过强度的重复性,用户需要从4.6进入到4.7。在4.7中,按顺序重复7次测量Cu 2p3/Z和Cu3p峰的强度。这些数据给出峰强度重
9、复性标准偏差。重复性源于以下因素:X射线源、能谱仪检测器和电子单元电源的稳定性;峰强度测量对样品位置的敏感性以及谱峰处的统计学噪声。在本方法中,应限定工作条件以保证强度测量统计学噪声相对小。这一点在附录A中进行了讨论。重复性标准偏差的值会取决于样品的定位方法。在4.7.1中,需要运用同一方法定位样品,最终的校准仅对用该方法定位的样品才有效。1 G/T 28633一2012/ISO 24237:2005 在明确的限定条件下两峰绝对强度已知,在原理上可用于确定能谱仪强度/能量响应函数的一部分2J。然而这些响应函数可能与能量有复杂关系,所以只测量两个能量处的强度还不够。因此,本方法仅限于在由测量重复
10、性计算的不确定度范围之内评估这两个能量处强度/能量响应函数的一致性,即位于这两个能量处的峰强度及其比值的一致性。测量按4.7进行,再根据测量结果按4.8计算,流程图见图1。然后,按4.9首次简单地确定强度一致性。4.1 获取参考样品4.2 安装样品4.3 清洁样品,采集全谱4.4 选择能谱仪设置参数4.5 操作仪器4. 7 测量强度和重复性4.8 计算强度和重复性4.10 两个月后再次评定圄1操作方法顺序流程图(引用了正文中的条目序号)实际上,能谱仪的强度/能量响应函数会随仪器的使用发生明显变化。如果发生这种情况,会改变由谱图得到的定量结果。此时应重点考虑以下几点:a) 改善样品的定il.;b
11、) 延长预热时间pc) 重新设置仪器,恢复原来的响应函数;d) 用实验或计算方法重新确定定量分析用的相对灵敏度因子ze) 增大原定分析结果的不确定度。上述方法的选择应取决于测试要求和该方法中所记录的两个强度比值的漂移速率。对于俄歇电子谱仪,工作在固定!:.E/E模式下(也就是所熟知的固定减速比模式),已有测量表明每年漂移率高达2 G/T 28633-2012月SO24237: 2005 40%。主要变化发生在安装新检测器之后叮。对于XPS谱仪,工作在固定t:.E模式下(也就是所熟知的固定分析器能量模式),认为影响较弱。所以,首次执行4.9中的周期性评估后3个月或在能谱仪上作任何实质性改动后,重
12、复步骤4.24. 5。以后每隔3个月重复一次4.9所描述的常规评估。4 评估强度标重复性和一致性的方法4. 1 获取参考样晶应使用纯度至少为99.8%的多晶Cu作为样品。为方便起见,通常采用尺寸为10mmX10 mm,厚度为0.1mm的铜倍。注z如样品需要清洁,可以在1%的硝酸中蘸一下,随后用蒸馆水淋洗。如果样品在空气中保存了几天以上,将样品浸泡在硝酸中清洗,易得到4.3.1中所需的样品。4.2 安装样晶用固定螺丝或其他金属工具将样品安装在样品托上,以保证电接触。不要用双面胶带。注1:隔3个月需要重复测量样品。安装样品保存在真空系统中以便使用。注2:双面胶带可导致污染,荷电、真空度下降,尤其是
13、在本标准所期望的时间段内。4.3 清洁样晶4.3. 1 维持超高真空,用离子溅射清洁样品以减小污染,直至在全谱中01s和C1s峰高均小于最强金属峰高度的2%。记录全谱(宽扫谱)以确保强峰仅来源于Cu,不出现样品托的特征峰。这里必须满足对真空质量的要求,无论是到完成4.7数据记录时,还是到下班时,Ols和C1s峰高均不得超过最强金属峰的3%。注1:适用于清洗样品的惰性气体离子溅射条件为5keV、30A氢离子束溅射1min,样品的溅射面积为1cm20 由此条件得到离子流密度1.8 mC/cm2,根据所安装的设备,也可以设置其他条件2束流、溅射时间和溅射面积,得到此条件下的相同流密度。不同仪器离子流
14、密度和溅射面积会有所不同。注2:隔3个月需要重复一次测量程序。过度的溅射可能会导致发射的绝对强度变化,最终越来越明显。应避免过度溅射,否则样品可能会变得很粗糙,需更换样品。注3:Cu XPS宽扫谱的例子见文献【5J8J,谱峰的详细情况见图20(a) Cu 2p3/2 Y 120 100 80 60 40 20 。90 85 80 75 70 (b) cu 3p vfnununu 电dnUUnu。ontoo500 400 300 200 100 0 940 938 936 934 932 930 928 926 924 X 65 X 说明:X轴一一结合能(eV); Y轴强度/1000计数。图2用
15、非单色AIX射线记录Cu精细谱的例子,(a) Cu 2P3/2和(b)Cu3p,能量间隔为0.1eV (每张谱图中上方曲线为采集的数据,S形曲线为Shirley本底,下方曲线为扣除Shirley本底后的谱峰)GB/T 28633-2012月SO24237: 2005 4.3.2 本标准所要求的测量应在一个工作日内完成。如需一天以上,应在每天工作开始时确认Cu样是否清洁。4.4 选择测定强度稳定性的能谱仪参数设置选择测定强度稳定性的能谱仪工作参数设置。对于评价强度一致性所需的每组X射线源和能谱仪通能、减速比、狭缝、透镜等参数设置,应重复4.44. 9的方法。注1:为了进行定量分析,希望保存所选用
16、的参数设置,以后仅需要评价这些参数设置即可。同样,为了测定化学态,希望参照GB/T22571-2008口选择校正能量所用的参数设置。如果能量校正的设置参数与所选评价参数相同,当用如下所述的Cu2P3/2峰时,则可有效地减少4.7和GB/T22571二2008口中5.7的测量工作量g注2:能谱仪及其电路设计各有不同,因而针对某一透镜组参数、狭缝和通能组合町的强度/能量响应函数对其他透镜组、狭缝和通能未必有效。许多谱学家在一组最佳条件下精确测量强度,仅需评价分析器的这一组设置条件。任何评价只对所用的设置组合有效。注3:强度标的重复性以及绝对强度随所用设置组合而变化。通常当使用大狭缝和较低能量分辨时
17、,重复性最好。4.5 操作仪器按照仪器厂家的说明书操作仪器。仪器在烘烤后应充分冷却。确保操作参数在厂家推荐的范围内,包括X射线功率、计数率、能谱仪扫描速度和厂家指定的其他任何参数。检查倍增器参数是否正确调整。对于多道探测器系统,应确保在使用此方法前,先进行任何必要的参数优化或厂家指明的检查。列出参数表,并记录其数值。注1:许多仪器厂家推荐控制电子单元和高压电子单元通电预热至少4h.以确保足够的稳定性。为了减少漂移和变化,也有必要在测量前使X射线源工作一段时间,如1h. 注2:单色器可能需要一段预热时间,出射的X射线能量可能与环境温度或单色器周围的温度有关。记录这些温度值,有助于诊断所观察到的任
18、何强度漂移问题。注3:高计数率9J或探测器电压不正确9.10J会引起峰的畸变,使峰强测量产生误差。4.6 初始或后摄的评估测量选项为了评估一台仪器强度标的一致性,需要测定峰强重复性。如尚未测定,则按如下步骤进行。如果之前已经应用此步骤测定了该仪器设置参数的重复性,并且仪器未经改装、大修、移动,则可直接执行4.9,如图1所示。4. 7 测量强度和重复性4.7.1 将铜样按通常所用的发射角和方法安装在分析位置上。记录下此发射角。样品定位方法应为通常分析所用的方法,应该遵循厂家建议的规程,确保清晰完整。注:对于某些配有单色X射线源的谱仪,可能需要专门的样品定位方法lIJ。4.7.2 选定4.4和4.
19、5的参数,分别记录结合能924eV940 eV和65eV90 eV的Cu2p拙和Cu 3p谱,如图2(a)和(b)所示,能量扫描步长约0.1eV,每一步停留时间约1s。除结合能区间外,不能改变这两个谱峰的任何采集条件。如果Cu3p峰计数小于100000,则应增加这两个峰的采集时间,以获得更好的结果。应综合考虑数据质量和工作时间,选定最终停留时间。记录这些参数。注1:样品定位方法是获得强度一致性的关键。定位方法必须确保被分析的电子来自Cu样且仅分析Cu样。注2:附录A中讨论了不同计数水平下能获得的最优重复性。4.7.3 将样品从分析位置上取下,然后重新放置,并重复4.7.1。采用规定的样品定位方
20、法。不要简单地将样品放回相同的样品托位置,除非方法要求放回原处。每次测量时重复样品移走和重放操作,直到每个峰记录7张谱为止。4 GB/T 28633-20 12/ISO 24237: 2005 4.8 计算峰面积强度、强度比和不确定度4.8. 1 确认Cu2P3/2峰强度最大值结合能在932.7 eV土0.1eV范围。否则,计算它与仪器结合能标的能量偏移.1,最接近于0.1eV,该偏移等于所测能量减去932.7eV;或者用GB/T22571-2008IJ重新校准仪器结合能标。记录所采用的方法,若测定了.1,应记录.104.8.2 每个峰测量了7张谱,对于每张谱,确定如图2所示的Shirley本
21、底,可以通过曲线拟合所测量的整个谱,或者拟合峰的高、低结合能端区间。通过曲线拟合或从谱中扣除Shirley本底,测定并记录峰面积A2j(对于每张Cu2p3/2谱)和A3j(对于每张Cu3p谱)。对于一台结合能标按GB/T22571-2008IJ 校正过的能谱仪,表1给出了确定Shirl巳y本底的端点设置值。如4.8.1中A值不为零,则将表1中的端点数值加A后用于该仪器。如果在设置的这些端点中,数据系统可在小的能量区间内对本底求平均,则可以选择3点、4点或5点求平均。分别记录Cu2p3/2和Cu3p的面积A2j和A3j,以及在端点取平均值所用的点数。注,:Shirley本底的具体算法见文献口2J
22、。能量校正细节见文献口3J和GB/T22571-2008IJ 0 注2:数据系统给出的强度数据可以是计数或者每秒计数。通过数值求和或将每个数值与通道宽度的乘积求和测定面积。所以,给出的面积可以是计数(counts)、每秒计数(counts/s)、计数电子伏(counts e V)或每秒计数电子伏(counts.eV/s)。按4.7记录数据,若两个峰选择的峰强单位相同,则峰面积表示的差别并不重要。记录测定峰面积所用的单位。注3:附录A讨论求Shirley本底时,计算端点平均强度所用点数的作用。结果表明取平均能明显改善强度的重复性。表1用于Shirley本底扣除IIJ的结合能上、下限值单位为电子伏
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
5000 积分 0人已下载
下载 | 加入VIP,交流精品资源 |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GB 28633 2012 表面 化学分析 射线 光电子 强度 标的 重复性 一致性
