อุปกรณ์สนับสนุน (Supporting Instruments)

In-situ Heating Cell for Transmission mode     ใช้วัดสเปกตรัมของตัวอย่างที่ต้องการศึกษาการเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่างๆ ซึ่งเหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้ในการศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมี ของตัวเร่งปฏิกิริยา สารกึ่งตัวนำ โพลิเมอร์หรือสารแม่เหล็ก ตลอดจนใช้ติดตามการเปลี่ยนแปลงในขณะการเกิดปฏิกิริยาเคมีหรืออันตรกิริยาต่างๆ ของสารตั้งต้นที่สนใจ โดยเตาสามารถทำความร้อนสูงถึง 1000 องศาเซลเซียส สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ 2 แบบ คือ ให้ความร้อนขึ้นต่อเนื่อง กับ ให้ความร้อนแบบขั้นบันได ภายใต้บรรยากาศของก๊าซพิเศษที่สนใจศึกษา เช่น H2, O2, N2, He, Ar และ แก๊สอื่นๆ  ณ อุณหภูมิห้องไปจนถึงอุณหภูมิจริงของการเกิดปฏิกิริยา มีระบบควบคุม flow rate ได้ละเอียดถึง 1-100 mL/min

 

รูปที่ 1 แสดงเตาและตัวอย่างชิ้นงานที่ถูกเตรียมด้วยวิธีอัดเม็ด

ส่วนประกอบ

1. เตา : ใช้สำหรับเผาตัวอย่าง (รูป ก. และ ข.)
2. Sample Holder : ใช้สำหรับติดตัวอย่างในการวัด (รูป ค.)
3. Controller : ใช้สำหรับควบคุมการทำงาน (รูป ง.)

รูปที่ 2 แสดงองค์ประกอบภายในเตา

ตัวอย่างการปรับค่าอุณหภูมิหลายช่วง

      การวัดตัวอย่างที่อุณหภูมิ 250, 500, 750, 1000 ^oC เริ่มจากอุณหภูมิห้อง 25 ^oC ใช้เวลาในการให้ความร้อน 20 นาที โดยใช้ Rate 11 ^oC/min เผาแช่เป็นเวลา 2 ชั่วโมง เมื่อสิ้นสุดที่อุณหภูมิ 1000 ^oC จากนั้นอุณหภูมิลดลงสู่อุณหภูมิห้อง 

รูปที่ 3 แสดงเงื่อนไขของอุณหภูมิที่ใช้ในการเผาสารตัวอย่าง

ตัวอย่าง Spectrum

รูปที่ 4 แสดงผลการเผาสารตัวอย่าง Fe₂O₃

      แสดงผลการเผาสารตัวอย่าง Fe₂O₃ (ปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction)) เนื่องจากปฏิกิริยาดังกล่าวจำเป็นต้องมีแก๊สไฮโดรเจนเป็นสารตั้งต้น ดังนั้นจึงมีการเติมแก๊สไฮโดรเจนผสมแก๊สไนโตรเจนในปริมาณที่เหมาะสมเข้าไปภายในเตา จากรูปจะเห็นว่าเมื่อเผาที่อุณภูมิสูงจะทำให้ เลขออกซิเดชั่นของ Fe มีค่าลดจาก 3+ เป็น 2+ (ที่ T = 600 ºC)

 

การวัดสัญญาณอิเล็กตรอน (Total electron yield หรือ TEY) 

รูปที่ 5 แสดงเครื่องมือวัดสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์จากค่ากระแสอิเล็กตรอน (TEY-XAS) 

      การวัดสัญญาณอิเล็กตรอน (Total electron yield หรือ TEY) เป็นเครื่องมือวัดสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์จากค่ากระแสอิเล็กตรอน (TEY-XAS) หนึ่งในเทคนิควัดการดูดกลืนแสงของธาตุเบาที่มีเลขอะตอมต่ำ ๆ เช่น อะลูมิเนียมและแมกนีเซียม หรือแม้กระทั่งสารที่จำเป็นจะต้องวิเคราะห์โครงสร้างเฉพาะบริเวณพื้นผิวเท่านั้น ซึ่งจะมีความเข้มข้นที่ต่ำมากๆ 

หลักการของการวัดอิเล็กตรอน  

รูปที่ 6 แสดงหลักการการดูดกลืนรังสีเอกซ์จากค่ากระแสอิเล็กตรอน (TEY-XAS) 

     ยิงรังสีเอกซ์ตกกระทบที่พื้นผิวของสารตัวอย่างเพื่อกระตุ้นการเกิดอิเล็กตรอน จากนั้นอิเล็กตรอนในสารตัวอย่างเกิดการย้ายพลังงานไปอยู่ในชั้นพลังงานที่สูงขึ้นกว่าเดิมหรือบางกรณีอาจหลุดออกจากอะตอมไปเลย ทำให้เกิดสถานะที่ว่างในชั้นพลังงานที่สูงกว่า (core hole) ส่งผลให้อิเล็กตรอนในชั้นอื่นที่อยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่า ต้องคายพลังงานพร้อมกับย้ายมาอยู่ในสถานะที่ว่างนี้ แต่เนื่องจากผลต่างของระดับชั้นพลังงานของอิเล็กตรอนมีค่าต่างกัน ทำให้จำเป็นต้องการคายพลังงานส่วนเกินออกมา ซึ่งพลังงานส่วนเกินที่คายออกมานี้จะเรียกว่า ออเจอิเล็กตรอน (Auger electron) โดยสามารถวัดเป็นค่ากระแสสัญญาณได้ และค่าพลังงานที่ปล่อยออกมานี้จะเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของแต่ละธาตุ ทำให้มีความแม่นยำในการวิเคราะห์ผล

อุปกรณ์วัดสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์

     จากค่ากระแสอิเล็กตรอนที่ปลดปล่อยจากวัสดุที่ฉายด้วยแสงซินโครตรอน ลักษณะของเครื่องมือแบ่งตามหน้าที่ของอุปกรณ์ได้ 3 ส่วนใหญ่ ๆ คือ   

                                        รูปที่ 7 ลักษณะและหน้าที่ของเครื่องมือใน TEY-XAS                             

      1. กล่องความดันสุญญากาศสร้างจากวัสดุอะลูมิเนียมเพื่อลดน้ำหนักมีตัวโครงสร้างเป็นทรงสี่เหลี่ยมเป็นโพรงโล่งด้านในขนาด 180x180x300 มม. 

      2. เตาเผาตัวอย่าง เป็นอุปกรณ์เสริมสำหรับเพิ่มอุณหภูมิให้ตัวอย่างเพื่อการทดลองที่ต้องการควบคุมอุณหภูมิ  เตามีลักษณะทรงกระบอกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 67 มม. สูง 55 มม. ทำอุณหภูมิสูงสุดได้ 450 องศาเซลเซียส ควบคุมอุณหภูมิด้วย PID คอนโทรเลอร์ และมีอุปกรณ์วัดอุณหภูมิบริเวณที่ติดตัวอย่าง

      3. ชุดเก็บอิเล็กตรอนและยึดตัวอย่าง ดังรูปด้านบน แผ่นทองคำบริสุทธิ์สำหรับเก็บอิเล็กตรอนที่หลุดจากตัวอย่างต่อกับเครื่องอ่านค่ากระแสระดับต่ำ และฐานยึดตัวอย่างยึดติดกับตัวเตาด้านบนที่ทำด้วยโลหะสแตนเลส 304 ต่อสายจ่ายแรงดันไฟฟ้า 0 -200 โวลต์

สเปกตรัมของ TEY

เปรียบเทียบ  TM,  FL และ TEY modes

                                            รูปที่ 8 แสดงสเปคตรัมของสารมาตรฐาน NiO ในโหมดต่างๆ

          จากการทดลองวัดธาตุ Ni  ในรูปสารประกอบออกไซด์ พบว่าลักษณะของสเปกตรัมที่วัดด้วย TEY มีสัญญาณรบกวนน้อยกว่าสเปกตรัมที่วัดด้วยโหมด FL และสเปกตรัมมีความถูกต้องแม่นยำใกล้เคียงกัน