PHUONG PH

1
PHUONG PHÁP PHÂN TÍCH TIA X
GV TS. Lê Vu Tu?n Hùng
Nhóm Truong Hoàng L?c 0413189 T? Khánh
Long 0413187 Nguy?n Mai B?o Thy 0413236 Ðoàn
Th? Thanh Thúy 0413206 Tr?n Th? Khánh Chi
0413263 Nguy?n Th? Thu Huong 0413299
2
Luu l?i thông tin c?n thi?t
Ð?a ch? b?n dã t?i http//mientayvn.com/Cao20hoc
20quang20dien20tu/Semina20tren20lop/seminar.h
tml
Noi b?n có th? th?o lu?n http//myyagy.com/mienta
y/
D?ch tài li?u tr?c tuy?n mi?n phí http//mientayv
n.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html
D? án d?ch h?c li?u m? http//mientayvn.com/OCW/M
IT/Co.html
Liên h? v?i ngu?i qu?n lí trang web Yahoo
thanhlam1910_2006_at_yahoo.com Gmail
frbwrthes_at_gmail.com
3
(No Transcript)
4
N?i dung
I. Nhi?u x? tia X
II. Hu?nh quang tia X
III. Ph? k? quang di?n t? tia X
5
Nam 1895, Wilhelm Roentgen khám phá ra tia X
Tia X
B?c x? di?n t?
Hãm d?t ng?t di?n t? nang lu?ng cao hay d?ch
chuy?n di?n t? t? qu? d?o cao xu?ng qu? d?o th?p
trong nguyên t?.
?ng d?ng nhi?u trong y h?c và phân tích c?u trúc
tinh th?
6
Phân tích tia X
Nhi?u x? tia X
Hu?nh quang tia X
Phân tích c?u trúc r?n, v?t li?u
Xác d?nh hàm lu?ng nguyên t? có trong m?u
7
Nhi?u x? tia X
Tia X v?i nguyên t? tuong tác v?i nhau
Chùm tia X nhi?u x? trên các m?t tinh th? c?a
ch?t r?n do tính tu?n hoàn c?a c?u trúc tinh th?
t?o nên các c?c d?i và c?c ti?u nhi?u x?.
Hi?u quang l? gi?a các tia tán x? trên các m?t
?L 2.d.sin?
8
Ð? có c?c d?i nhi?u x? thì góc t?i ph?i th?a mãn
di?u ki?n
?L 2.d.sin? n.?
? dây, n là s? nguyên nh?n các giá tr? 1,
2,... Ðây là d?nh lu?t Vulf-Bragg mô t? hi?n
tu?ng nhi?u x? tia X trên các m?t tinh th?.
Phuong pháp Laue
3 phuong pháp ch?p tinh th? tia X
Phuong pháp don tinh th? quay
Phuong pháp nhi?u x? b?t
9
Phuong pháp Laue
Gi? nguyên góc t?i c?a tia X d?n tinh th? và thay
d?i bu?c sóng c?a chùm tia X
Chùm tia X h?p và không don s?c du?c d?i lên m?u
don tinh th? c? d?nh
?nh nhi?u x? g?m m?t lo?t các v?t d?c trung cho
tính d?i x?ng c?a tinh th?
10
Phuong pháp Laue
Uu
Nhu?c
Xác d?nh hu?ng c?a các tr?c tinh th? và tính d?i
x?ng c?a các don tinh th?.
Do kho?ng bu?c sóng r?ng nên v?i m?t h? m?t công
th?c Bragg du?c th?a mãn v?i nh?ng bu?c sóng khác
nhau ? các b?c khác nhau
1 v?t trong ?nh nhi?u x? Laue có th? là s? ch?ng
ch?p c?a các tia nhi?u x? ? các b?c khác nhau gây
tr? ng?i cho vi?c phân tích d?a trên d? den c?a
v?t.
11
Phuong pháp don tinh th? quay

• Gi? nguyên bu?c sóng và thay d?i góc t?i.

- Phim du?c d?t vào m?t trong c?a bu?ng hình tr?
c? d?nh.
- M?u don tinh th? du?c g?n trên thanh quay d?ng
tr?c v?i bu?ng
12
Phuong pháp don tinh th? quay
K?t qu?
- Chùm tia X don s?c t?i s? b? nhi?u x? trên 1 h?
m?t nguyên t? c?a tinh th? v?i kho?ng cách gi?a
các m?t là d khi trong quá trình quay xu?t hi?n
nh?ng giá tr? th?a mãn di?u ki?n Bragg
- T?t c? các m?t nguyên t? song song v?i tr?c
quay s? t?o nên các v?t nhi?u x? trong m?t ph?ng
n?m ngang.
Thu?ng thì không quay tinh th? 3600 mà ch? dao
d?ng trong 1 gi?i h?n góc nào dó, nh? v?y mà s?
v?t nhi?u x? có th? ch?p vào nhau s? gi?m di
nhi?u.
K?t lu?n
13
Phuong pháp nhi?u x? b?t
- S? d?ng v?i các m?u là da tinh th?
- S? d?ng m?t chùm tia X song song h?p, don s?c,
chi?u vào m?u
- Quay m?u và quay d?u thu chùm nhi?u x? trên
du?ng tròn d?ng tâm
Ph? nhi?u x? s? là s? ph? thu?c c?a cu?ng d?
nhi?u x? vào 2 l?n góc nhi?u x? (2?).
14
- Ð?i v?i các m?u màng m?ng, cách th?c th?c hi?n
có m?t chút khác, ngu?i ta chi?u tia X t?i du?i
góc r?t h?p (d? tang chi?u dài tia X tuong tác
v?i màng m?ng, gi? c? d?nh m?u và ch? quay d?u
thu.
Phuong pháp nhi?u x? b?t cho phép xác d?nh thành
ph?n pha, t? ph?n pha, c?u trúc tinh th? (các
tham s? m?ng tinh th?) và r?t d? th?c hi?n...
15
Phân tích hu?ng quang tia X
Lu?c s? phát tri?n
Co s? cho phân tích hu?nh quang
Moseley dã thi?t l?p m?i liên h? gi?a c?u trúc
nguyên t? và s? b?c x? tia X.
1913
1948
Friedman và Birks là ngu?i d?u tiên ch? t?o h?
ph? k? hu?nh quang tia X
Cu?i th?p k? 20
Detecter bán d?n ra d?i, h? ph? k? hu?nh quang
tia X ngày càng phát tri?n
Ðáp ?ng nhu c?u phân tích d?nh lu?ng hàm lu?ng
các nguyên t? trong nhi?u m?u khác nhau ? nhi?u
lãnh v?c nghiên c?u nhu công nghi?p, môi tru?ng,
d?a ch?t, d?u khí
16
Phân tích hu?ng quang tia X
Phân tích hu?nh quang tia X
Chú ý d?n các b?c x? d?c trung
Là b?c x? d?oc t?o thành do s? d?ch chuy?n di?n
t? t? qu? d?o cao xu?ng qu? d?o th?p
Ð? nguyên t? phát ra b?c x? hu?nh quang tia X d?c
trung
Dùng 1 ngu?n kích
Ngu?n d?ng vi phát gamma, tia X
Máy phát tia X
Máy gia t?c
17
Phân tích hu?ng quang tia X
1. Chu?n b? ngu?n kích thích
Máy phát tia X s? d?ng trong phuong pháp phân
tích hu?nh quang tia X
18
Phân tích hu?ng quang tia X
1. Chu?n b? ngu?n kích thích
Ngu?n d?ng v? phóng x? s? d?ng trong phân tích
hu?nh quang tia X
Tên ngu?n Chu kì bán rã (nam) Nang lu?ng (keV) Nguyên t? nh?y cao Cu?ng d?
3H/Zr 12.3 Ph? liên t?c 3-10 keV Ca(K), C(K), Mn(K), Fe(K) 4.5
55Fe 2.7 Mn(K) 5.9 và 6.4 Ca(K), V(K), Ti(K), K(K) 0.05
57Co 0.74 Fe(K) 6.4 và 7.05 Ti(K), V(K), W(K) 0.02
109Cd 1.3 Ag(K) 22.162 Fe(K), Cu(K), W(K), Mo(K) 0.03
19
Phân tích hu?ng quang tia X
2. Chu?n b? m?u
- Ð? d?ng d?u c?a m?u
Cu?ng d? v?ch ph?
- Ð? nh?n c?a b? m?t
- Dang h?t và kích thu?c h?t
N?u b? m?t m?u không nh?n, s? gây nên s? thay d?i
các góc t?i và góc ló, s? g? gh? c?a b? m?t này
nhi?u d?n d?n tia tán x? sinh ra nhi?u nên làm
sai l?ch k?t qu? phân tích.
M?u ph?i du?c làm nh?n tru?c khi do
20
Phân tích hu?ng quang tia X
2. Chu?n b? m?u
Chu?n b? m?u b?t
M?u b?t ? d?ng thô nhu d?t, quang, khoáng
M?u b?t d?ng viên
(Ti?n hành)
(Ti?n hành)

• Rãi d?u 1 l?p b?t m?u th?t m?ng lên khuôn
• Ð? kho?ng 5g axit oxalic ho?c bôt than vào
• Dùng máy nén thành viên

• S?y khô
• Nh?t h?t r? cây, dá, s?i
• Nghi?n và rây thành b?t (v?i d? m?n xác d?nh)

21
Phân tích hu?ng quang tia X
2. Chu?n b? m?u
Chu?n b? m?u r?n
M?u r?n là v?t li?u d?ng kh?i du?c làm b?ng máy
d? t?o hình d?ng kích thu?c thích h?p, b? m?t
ph?i du?c làm nh?n bóng.
Chu?n b? m?u dung dich
M?u dung d?ch là d? chu?n b? nh?t b?i vì nó luôn
d?ng nh?t. N?u có lý do nào dó gây nên s? phân
tán trong ch?t l?ng thì d? dàng kh? nó b?ng cách
khu?y d?o
22
Phân tích hu?ng quang tia X
3. Detector (d?u dò ghi b?c x?)
- Có nang lu?ng t? 1keV 100keV
- Có th? là lo?i ch? khí, nh?p nháy, bán d?n.
- Có d? phân gi?i t? 120eV 200eV
23
Phân tích hu?ng quang tia X
4. Ti?n hành phân tích
B? khuy?ch d?i
Ph? k?
Detector và bu?ng làm l?nh (nito l?ng)
Ngu?n cao th?
Máy tính
So d? kh?i c?a h? phân tích hu?nh quang tia X
24
Phân tích hu?ng quang tia X
?ng d?ng
Uu

• - Không phá m?u.
• Có th? phân tích nhanh v?i d? chính xác cao.
• Có th? phân tích cùng lúc nhi?u nguyên t?.
• Sai s? phân tích d?t c?c nh?.
• Ð?i tu?ng phân tích da d?ng

• Trong luy?n kim xác d?nh thành ph?n nguyên t?
  trong h?p kim.
• Phân tích nguyên li?u g?m s?, xi mang, thu?
  tinh.
• Xác d?nh tu?i kim lo?i quý nhu Au, Ag, Pt
• Xác d?nh b? dày l?p m?.

25
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
(X-ray Photoelectron Spectroscopy)
1. Gi?i thi?u
Là ki thu?t phân tích tính ch?t trên b? m?t v?t
li?u thông qua ph?. Nó thu?ng du?c dùng d? xác
d?nh thành ph?n co b?n, tr?ng thái hóa h?c, trang
thái di?n t? c?a các nguyên t? trên b? m?t c?a
v?t li?u.
26
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
Phát x? di?n t? trong XPS
27
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
2. Lu?c s? phát tri?n XPS

• 1887, Heinrich Rudolf Hertz
• 1907, P.D.Innes th?c hi?n thí nghi?m v?i 1 ?ng
  Rontgen, cu?n Helmholtz, 1 bán c?u t? tru?ng và
  các t?m kính ?nh. Ông.
• Sau th? chi?n th? II, Kai Siegbahn.

Hi?u ?ng quang di?n.
Ghi nh?n du?c 1 dãi ?ng c?a các di?n t? phát x?
Ti?p t?c nghiên c?u và phát tri?n
28
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
2. Lu?c s? phát tri?n XPS

• 1969, Hewlett- Packard

Ch? t?o ra thi?t b? XPS don s?c thuong m?i d?u
tiên.
Ghi nh?n du?c ph? phân gi?i ?nh nang lu?ng cao
d?u tiên c?a NaCl

• 1954, nhóm nghiên c?u c?a Siegbahn

• 1981, Siegbahn.

Nh?n gi?i Nobel
29
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
2. Co s? lý thuy?t c?a XPS
- Nang lu?ng liên k?t c?a m?i di?n t? phát x?
Eliên k?t Ephoton - Ed?ng nang F
- Ph? XPS bi?u di?n s? ph? thu?c c?a s? di?n t?
phát ra vào nang luong liên k?t. (Hình)
30
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
- Detector d?m s? di?n t? phát ra thì XPS ph?i
du?c d?t trong chân không
31
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
4. Thành ph?n c?a 1 h? XPS
32
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
XPS du?c dùng d? xác d?nh
- Ð? dày c?a 1 hay nhi?u l?p m?ng c?a nh?ng v?t
li?u khác nhau.
- T?p ch?t gì có trên b? m?t ho?c bên trong kh?i
m?u.
- Nang lu?ng kiên k?t c?a tr?ng thái di?n t?
- Tr?ng thái hóa h?c c?a nguyên t? trong m?u
- M?t d? trang thái di?n t?.
- Nh?ng nguyên t? nào và hàm lu?ng c?a nh?ng
nguyên t? dó trong b? m?t m?u có kích thu?c 10nm
33
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
Nh?ng v?t li?u du?c phân tích v?i XPS
- Các h?p ch?t vô co, h?p kim, ch?t bán d?n,
polime, ch?t xúc tác, th?y tinh, ceramic, son,
gi?y, m?c, g?, rang, xuong, d?u nh?t, ch?t keo
- V?t li?u h?u co không du?c phân tích v?i XPS
- Nh?ng phân tích g?n dây v? amino axit cho th?y
XPS ph?i du?c dùng d? do nhi?u axit tru?c khi
gi?m 1 cách dáng k?.
34
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
Gi?i h?n c?a XPS
XPS ghi nh?n du?c t?t c? các nguyên t? v?i Z t? 3
-gt 103. Gi?i h?n này có nghia là XPS không th?c
hi?n du?c v?i H và He vì 2 nguyên t? này không có
các obitan lõi mà ch? có các obitan hóa tr?.
Ð? chính xác c?a phép d?nh lu?ng
Ph? thu?c vào 1 vài tham s? ch?ng h?n nhu cu?ng
d? d?nh, d? chính xác c?a các h? s? nh?y c?m,
tính d?ng nh?t trong th? tích b? m?t
35
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
Ph? có d? phân gi?i cao cho tín hi?u Si(2p)
36
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
Th?i gian phân tích
- 1-10 phút cho 1 l?n quét t?ng quát d? xác d?nh
t?t c? các nguyên t?
- 1-10 phút cho vi?c quét phân gi?i nang lu?ng
cao d? phát hi?n nh?ng tr?ng thái hóa h?c khác
nhau
- 1-4 gi? cho ch?p m?t nghiêng theo chi?u sâu d?
do 4-5 nguyên t? nhu 1 hàm c?a chi?u sâu an mòn.
Gi?i h?n thi?t di?n phân tích
Thi?t di?n phân tích ph? thu?c vào thi?t k? d?ng
c?. Phân tích nh? nh?t là trong kho?ng 10-200µm.
Kích thu?c r?ng nh?t cho chùm tia X don s?c là
1-5mm. Chùm không don s?c là 10-50mm.
37
Ph? k? quang di?n t? tia X - XPS
Gi?i h?n kích thu?c m?u
Các d?ng c? cu ch?p nh?n nh?ng m?u 1x1 d?n 3x3
cm. Các h? th?ng g?n dây có th? ch?p nh?n nh?ng
wafer 300mm và nh?ng m?u có kích thu?c 30x30.