材料现代分析方法（拉曼、XPS、DSC）

这是一篇关于材料现代分析方法（拉曼XPSDSC）的思维导图，主要内容包括：差示扫描热量法（DSC），X射线光电子能谱（XPS），拉曼。

材料现代分析方法（拉曼/XPS/DSC）

• 拉曼
  • 拉曼散射：光波被散射后射发频率发生变化的现象
  • 瑞利散射：光波被散射后与入射光具有相同的波长（颜色）
  • 拉曼光谱特点:
    • 水的拉曼光谱弱→水溶液体系适合检测，灵敏度高；激发光源一般要求单色性很好的光源→拉曼效应增强
    • 以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称分布在瑞利散射线两侧（得或失去一个振动量子的能量）
    • 斯托克斯线比反斯托克斯线强度大
    • 通常以拉曼位移为横坐标，拉曼光强为纵坐标
  • 拉曼光谱图信息：
    • 谱峰强度：浓度
    • 谱峰位置：官能团、结构、化学计量分析
    • 谱峰位移：应力/应变，变形
    • 谱峰比值：相对浓度
    • 偏振：晶体取向
  • 样品要求：对样品的状态、透明度没有特殊要求
  • 拉曼分析缺点：易受干扰、物质引入易带来误差
• X射线光电子能谱（XPS）
  • 基本原理：
    • 当一束光子辐照到样品表面时，光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子所吸收，使得该电子脱离原子核的束缚，以一定的动能从原子内部发射出来，变成自由的光电子，而原子本身则变成一个激发态的离子。
  • 必须真空环境测试
    • XPS是一种表面分析技术，若真空度差，样品表面易被残余气体分子覆盖→难获得样品表面的真正信息
    • 光电子能量弱，若真空度差→光电子易于残余气体分子碰撞而损失能量
  • 应用
    • 元素及化学状态分析
      • 元素特征峰（化学位移）→确定样品固态表面中存在的元素（及该元素存在于哪些化合物中）
        • 在整个光电子能量范围进行全扫描→确定样品中存在元素
        • 对所选择的光谱进行窄扫描→确定化学状态
    • 定量分析
    • 化学结构分析
  • 优点
    • 无损分析法（样品不被X射线分解）
    • 超微量分析技术（所需样品量少）
    • 痕量分析方法（绝对灵敏度高）[但相对灵敏度高，只能检测出样品中含量0.1%以上的组分]
• 差示扫描热量法（DSC）
  • 差热分析法测温度差（无法建立温度与焓变之间的关系），差示扫描热量法测能量差
  • 原理：
    • DSC 是指按照一定程序控制样品和参比物的温度变化，并将输入给两物质的热流差作为温度的关系进行测量的技术。
    • 样品及参比物的支架部分经由热阻及均热块（热溜），与加热炉相结合的形式构成 DSC 装置。与加热（或冷却）速度相应的，将一定的热量从样品容器的底部通过热传导输给放在炉内的样品和参比物。这时，流入样品的热流与均热块和支架的温差成正比。
    • 与样品相比，均热块具有很大的热容量，因此，当样品发生热变化时，可吸收（补偿）因该热变化引起的降温或升温，从而使样品与参比物之间的温差保持稳定。因此，单位时间输给样品与参比物的热量差与两个支架的温差成正比，用已知热量的物质，预先校正温差与热量之间的关系，就可以测出未知样品的热量。
  • 功率补偿型DSC
    • 测定的是维持样品和参比物处于相同温度所需的能量差→反应样品焓变
    • 优：
      • 精确的温度控制和测量
      • 更快的响应时间和冷却速度
      • 分辨率高
    • 缺;
      • 内加热方式，用久了基线飘的很厉害。两个炉子，一边是样品，一边是空白,两个炉子不对称。
  • 热流型DSC（定量的DTA）
    • 在给予样品和参比品相同的功率下，测定样品和参比品两端的温差
    • 优：
      • 基线稳定
      • 高灵敏度
  • DSC曲线（以样品吸热或放热的速率（dH/dt 或 Φ）为纵坐标，以温度（T）或时间（t）为横坐标）
    • 向上（正值）为样品的吸热峰[熔融、分解、解吸附]
    • 向下（负值）为放热峰[结晶、氧化、固化]
    • 曲线中峰或谷包围的面积代表热量的变化
  • 应用
    • 样品焓变的测定
    • 样品比热容的测定