Мөлдірлер мен беткейлер арасындағы өзара әрекеттесуді бақылау әдісі
Thermal desorption spectroscopy
Температуралық десорбция: молекулалардың беттермен өзара әрекеттесуін зерттеу әдісі. Жұптасқан кристалл үлгілеріндегі адсорбция, десорбция процестері туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Молекулалар мен беттердің өзара әрекеттесуін бақылау әдісі. Температуралық десорбция (ТД) – бет температурасы жоғарылатылғанда беттен десорбцияланатын молекулаларды бақылау әдісі. Егер тәжірибелер үздіксіз вакуум сорғысымен қолданылатын ультра жоғары вакуумдық (UHV) камерада, бір кристалды үлгілердің анықталған беттерін пайдалана отырып жүргізілсе, онда бұл тәжірибелік техника көбінесе термиялық десорбция спектроскопиясы немесе термиялық десорбция спектрометриясы (TDS) деп те аталады.
Method for observing interactions between molecules and surfaces
Temperature programmed desorption (TPD) is the method of observing desorbed molecules from a surface when the surface temperature is increased. When experiments are performed using well defined surfaces of single crystalline samples in a continuously pumped ultra high vacuum (UHV) chamber, then this experimental technique is often also referred to as thermal desorption spectroscopy or thermal desorption spectrometry (TDS).
Десорбция
Молекулалар немесе атомдар бетке тигенде, олар энергиясын азайту үшін бетпен байланыс жасап, оған адсорбцияланады. Байланыс энергиясы адсорбат пен беттің комбинациясына қарай өзгереді. Егер бет қыздырылса, белгілі бір температурада адсорбцияланған бөлшектерге берілген энергия олардың десорбциялануына әкеледі. Осы процестің жүретін температурасы десорбция температурасы деп аталады. Осылайша, температуралық десорбция спектроскопиясы (TPD) байланыс энергиясы туралы мәліметтерді көрсетеді.
When molecules or atoms come in contact with a surface, they adsorb onto it, minimizing their energy by forming a bond with the surface. The binding energy varies with the combination of the adsorbate and surface. If the surface is heated, at one point, the energy transferred to the adsorbed species will cause it to desorb. The temperature at which this happens is known as the desorption temperature. Thus TPD shows information on the binding energy.
Өлшем
TPD дезорбцияланған молекулалардың массасын бақылайтындықтан, бетте қандай молекулалар адсорбцияланғанын көрсетеді. Сонымен қатар, TPD бір молекуланың әртүрлі адсорбция жағдайларын, мысалы, беттегі терассалар мен сатылар сияқты әртүрлі орындардан десорбцияланатын молекулалардың температураларының айырмашылықтары арқылы анықтайды. TPD сондай-ақ TPD спектрінің шыңдарының қарқындылығынан беттегі адсорбцияланған молекулалардың мөлшерін анықтайды, ал адсорбцияланған түрлердің жалпы мөлшері спектрдің интегралымен көрсетіледі. TPD өлшеу үшін, ультра жоғары вакуум (UHV) жағдайында, төрт полюсті массалық спектрометр немесе ұшу уақыты (TOF) массалық спектрометрі сияқты массалық спектрометр қажет. Адсорбцияланған молекулалардың мөлшері температураны әдетте 2 К/с-тан 10 К/с-қа дейін қыздыру жылдамдығымен арттыру арқылы өлшенеді. Массалық спектрометрмен бірнеше масса бір уақытта өлшенуі мүмкін, және әрбір массаның температураға тәуелді қарқындылығы TDS спектрі түрінде алынады. Жылыту процесі көбінесе PID басқару алгоритмімен басқарылады, басқарушы компьютер немесе Eurotherm сияқты арнайы құрал болып табылады. Десорбцияны өлшеудің басқа әдістері – термиялық гравиметриялық талдау (ТГА) немесе инфрақызыл детекторларды, жылу өткізгіштігі детекторларын және т.б. пайдалану.
Since TPD observes the mass of desorbed molecules, it shows what molecules are adsorbed on the surface. Moreover, TPD recognizes the different adsorption conditions of the same molecule from the differences between the desorption temperatures of molecules desorbing different sites at the surface, e. g. terraces vs. steps. TPD also obtains the amounts of adsorbed molecules on the surface from the intensity of the peaks of the TPD spectrum, and the total amount of adsorbed species is shown by the integral of the spectrum. To measure TPD, one needs a mass spectrometer, such as a quadrupole mass spectrometer or a time of flight (TOF) mass spectrometer, under ultrahigh vacuum (UHV) conditions. The amount of adsorbed molecules is measured by increasing the temperature at a heating rate of typically 2 K/s to 10 K/s. Several masses may be simultaneously measured by the mass spectrometer, and the intensity of each mass as a function of temperature is obtained as a TDS spectrum. The heating procedure is often controlled by the PID control algorithm, with the controller being either a computer or specialised equipment such as a Eurotherm. Other methods of measuring desorption are Thermal Gravimetric Analysis (TGA) or using infrared detectors, thermal conductivity detectors etc.
ТДҚ деректерінің сандық интерпретациясы
TDS спектрінің 1 және 2-і TPD өлшемінің әдеттегі мысалдары болып табылады. Екеуі де жоғары вакуумдағы бір кристаллдан NO-ның десорбциялануының мысалы. Кристалл титан жіпшесіне бекітілді және ток арқылы қыздырылды. Десорбцияланатын NO массалық спектрометрмен, 30 атомдық массасын қадағалап өлшенді. 1990 жылға дейін TPD спектрін талдау көбінесе «жеңілдетілген әдіспен» жасалатын, «Redhead» әдісімен, экспоненциалдық коэффициент және десорбция энергиясының беттік жабындыға тәуелсіз деп есептелінетін. 1990 жылдан кейін және компьютерлік алгоритмдерді пайдалану арқылы TDS спектрлері «толық талдау әдісі» немесе «алдыңғы жиек әдісі» арқылы талданады. Бұл әдістер экспоненциалдық коэффициент пен десорбция энергиясының беттік жабындыға тәуелді екенін болжайды. А. М. де Йонг және Ж. В. Ньемантсвердриет жариялаған мақаласында TDS-ті талдаудың бірнеше әдістері сипатталған және салыстырылған. Параметрлерді оңтайландыру/бағалау кезінде интегралды қолдану, дифференциалға қарағанда, жақсырақ мінез-құлық көрсететін объективтік функцияны құруға көмектеседі.
TDS spectrum 1 and 2 are typical examples of a TPD measurement. Both are examples of NO desorbing from a single crystal in high vacuum. The crystal was mounted on a titanium filament and heated with current. The desorbing NO was measured using a mass spectrometer monitoring the atomic mass of 30. Before 1990 analysis of a TPD spectrum was usually done using a so called simplified method; the "Redhead" method, assuming the exponential prefactor and the desorption energy to be independent of the surface coverage. After 1990 and with use of computer algorithms TDS spectra were analyzed using the "complete analysis method" or the "leading edge method". These methods assume the exponential prefactor and the desorption energy to be dependent of the surface coverage. Several available methods of analyzing TDS are described and compared in an article by A. M. de JONG and J. W. NIEMANTSVERDRIET. During parameter optimization/estimation, using the integral has been found to create a more well behaved objective function than the differential.