Способ измерения поверхностной концентрации кислорода в оксидах /его варианты/

 

1. Способ измерения поверхностной концентрации кислорода в оксидах методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, чувствительности и экспрессности анализа нестехиометрических диэлектрических оксидов, производят измерение сдвига спектральных линий любого элемента образца при зарядке его поверхности вследствие фотоэлектронной эмиссии и определяют величину дефицита по кислороду относительно стехиометрическойконцентрации по формуле ( I/C-MOIKC о) где XT - дефицит по кислороду} максимальный дефицит, MOIICC L положение спектральной линии на незаряженной поверхности ь измеренное положение спектральной линии на заряженной поверхности; положение спектральной /Mf-C. линии, соответствующее максимальному сдвигу. 2. Способ измерения поверхностной концентрации кислорода в оксидах методом рентгеновской фотоi электронной спектроскопии, отли чающийся тем, что, с целью повьшения точности, чувствительности и экспрессности анализа нестехиометрических диэлектрических оксидов, производят измерение сдвигов спектральных линий любого элемента образца и эталона известного состава при зарядке их поверхности 00 вследствие фотоэлектронной эмиссии to и определяют величину дефицита по со кислороду в образце относительно Од стехиометрической концентрации по формуле Х. х ( эт о) КС оБ Qg) 4s эт ( osT -olt -MaKC эт л т) где X и X - дефициты по кислороо5 аг ду для образца и эталона-. f, - положение спектральной линии на незаряженной поверхности;

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДУПЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3662307/24-25

"(22) 15.11.83 (46) 30.09.85. Бюл. Ф 36 (72) О.В.Петрова, И.Я.Колотыркин и Ю.Я.Томашпольский (53) 543.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

V- 366765, кл. С 01 N 23/222, 1973.

Миркин А.Е., Томашпольский Ю.Я., Рентгеноспектральное определение дефицита кислорода в сложных окислах. — Заводская лаборатория, т. 44, 1978, N - 8, с. 962-963.

Нефедов В.И., Сергушин Н.П., Жаворонков Н.M. Рентгеноэлектронный количественный анализ. — ЖАХ, т. ХХ1Х, вып. 2, с. 231-235. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ

КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В ОКСИДАХ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Способ измерения поверхностной концентрации кислорода в оксидах методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и экспрессности анализа нестехиометрических диэлектрических оксидов, производят измерение сдвига спектральных линий любого элемента образца при зарядке его поверхности вследствие фотоэлектронной эмиссии и определяют величину дефицита по кислороду отноСительно стехиометрической концентрации по формуле макс("M5Kc i)/(NolKc 0) >

„„Я0„„1182361 где Х; — дефицит по кислороду

X 0>„- максимальный дефицит;

1 — положение спектральной линии на незаряженной поверхности; — измеренное положение спектральной линии на заряженной поверхности; положение спектральной линии, соответствующее максимальному сдвигу.

2. Способ измерения поверхностной концентрации кислорода в оксидах методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и экспрессности анализа нестехиометрических диэлектрических оксидов, производят измерение сдвигов спектральных линий любого элемента образца и эталона известного состава.при зарядке их поверхности вследствие фотоэлектронной эмиссии .и определяют величину дефицита по кислороду в образце относительно стехиометрической концентрации по формуле

Х -"Х, > з ("макс оО О)(макс зт 1вт) где х и X ° — дефициты по кислоро o5 ат ду для образца и эталона; — положение спектральной линии на незаряженной поверхности;

1182361 ln x х р6

25 и . — измеренные положе эт ния линии,на заряженных поверхностях образца и эталона,, 1

Изобретение относится к анализу химического состава поверхности вещества и предназначено для измерения концентрации кислорода в нестехиометрических по кислороду диэлектрических оксидах с помощью физических методов.

Целью изобретения является повышение точности, чувствительности и экспрессности анализа нестехиометрических диэлектрических оксидов. 10

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что поверхность образца (или образца и эталона во втором варианте) облучают потоком рентгеновских лучей в фотоэлектрон- 15 ном спектрометре, вызывая эмиссию фотоэлектронов с поверхности оксида.

В результате этого происходит заряд-, ка диэлектрической поверхности, что выражается в одновременном сдвиге 20 всех линий фотоэлектронного спектра

3 изучаемого объекта по сравнению с незаряженной поверхностью. При наличии кислородного дефицита степень зарядки, а следовательно и сдвиг спектральных линий уменьшаются за счет увеличения проводимости. Зная максимальную степень кислородного дефицита х „„ и махсимальный сдвиг линий любого элемента,ю, „ —, где ЗΠ— положение линий для незаряжено ной поверхности, можно определить величину дефицита кислорода Х; исследуемого вещества по формуле

4ХJK 1 35

Х ВМХ 1ОО gee motx " о где д1.. — сдвиг линий спектра для

% исследуемого оксида (д4,-- ш„ф

В случае измерений на образце и эталоне известного состава дефицит кислорода в образце определяют по формуле и 1, — положения спектральmaxэт ных линий, соответствующие максимальному сдвигу в образце и эталоне.

4. в®< > о)(о6 Li об) of эт (Lzgx o6 Lo)(Lm„x 4 >>) Определим чувствительность предлагаемого метода по степени кислородного дефицита и общему содержанию кислорода на примере дефицитного по . кислрроду кристалла ВаТ О „ . При этом х „=0,03 моль, максимальное смещение линий спектра „- 4, — 13 эВ. Для фотоэлектройного спектрометра с разрешением д 1 эВ чувствительность предлагаемого метода или наименьшая величина определяемого дефицита

" с 0 03 моль-1 эВ

=O,0023 моль .

Чувствительность по отношению к общему содержанию кислорода в

О 0023 моль

ВаТ О равна - 1007. =

3 моль

=0,07Х, что превосходит чувствительность (0,1-1Ж) метода количественного анализа с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Рассчитаем абсолютную ошибку определения величины дефицита для

ВаТтО „ в случае, когда состав близок к предельной величине дефицита, т.е. zL,. 13 эВ.

Максимальная ошибка определения у, „методом измерения оптической

moI x плотности равна 10Х ошибка измерения dL,„, „„„„- L oðàBíà 0,1 эВ.

t х

Если дефицит кислорода,. „д1, NC(Х

max Ь то абсолютная ошибка измерения дефицита кислорода предлагаемым способом равна

3 1182361 4

С а„„а ; о«„а1 ф«с„-L«j÷ 1 ««„-L,) х „«а1.1 (mcsx о) 169

Составитель К. Кононов

Редактор А.Лежнина Техред1С.Мигунова Корректор В,Гирняк

Заказ 6096/40 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб«э д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 (0,003 13+0, 03 О, 1) . 13+0, 1 -0,03 13

=.0,0035.

Таким образом, относительная точность определения кислородного дефицита с1х; 0,0035 100X= 03 100 =. 10

"1

Э

Точность в определении общей концентрации кислорода в ВаТ 10э < составля0,0035 ет ° 100X = 0,1 оэ в то время, как точность количественного анализа способом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии 3-10Х.

Пример 1. Берут образец

ВаТ109 э имеющий состав: 1 моль Ва, 1 моль Тэ, (3-х) моль О, например, в виде монокристалла, промывают в растворителе, например в изопропиловом спирте, эфире или ацетоне для удаления органических загрязнений, и помещают в камеру фотоэлектронного спектрометра с вакуумом 10 -10 Па.

Облучают поверхность образца рентгеновским излучением М К при напряжении на рентгеновской трубке 5-10 кэВ .и записывают фотоэлектронный спектр (линии 01S, Ti2p, Ba3d). Определяют сдвиг любой спектральной линии д,;„g4 „„-L,„(=10 эВ. Из справочной литературы находят 1, и х а„ =0,03 моль.

Определяют (L„ä„- L,)=13 эВ.

Рассчитывают я; по формуле

10 эВ

Х,.=К .,— =0,03 моль =0,023 моль.

\ iПщ "оl

13 эВ

Отсюда содержание кислорода 2,977

15 и фоРмУла кРисталла ВаТ О

21977

Пример 2. Берут образец

РЬТэОЗ, имеющий состав: 1 моль РЬ, 1 моль Ti (3-х) моль О, для которого х „ не известен, и эталон в виде монокристалла РЬТ102 9 9(х„= .

=0,065 моль). Над образцом и этало;ном производят те же действия, что и в примере 1, записывают фотоэлектронные спектры (линии 015 Т1 2р

29

Э Э

РЬ301) . Определяют для -эталона (I„ вах

a)=8 эВ, дl„„ 5,2 эВ и для образца (, — 1. )=S эВ, Й Ь;=7э3 эВ.

Рассчитывают х;=0,065 моль

8 эВ

5,2 эВ,19 В

=0,091 моль. Содериаиие кислорода 2,909 моль, формула кристалла

РЬТ102 909