昇温脱離を考える。
昇温脱離（Temperature Programmed Desorption、TPD）とは、物質の表面に吸着した分子や原子を、温度を徐々に上昇させることで脱離させ、その脱離する温度や脱離量を測定する分析手法です。
基本原理
物質の表面に分子や原子が吸着すると、それらは表面と特定の結合エネルギーで結びつきます。
温度を上昇させると、吸着種は熱エネルギーを得て、表面との結合を断ち切り、気相中に脱離します。
脱離する温度は、吸着種の表面との結合エネルギーや吸着状態に依存します。
脱離量を測定することで、表面に吸着していた分子の量や種類の情報を得ることができます。
用途
触媒の活性サイトの評価
表面反応機構の解明
吸着剤の特性評価
薄膜の成長過程の観察
測定方法
試料を真空容器内に設置し、目的の分子を吸着させます。
試料温度を一定速度で上昇させながら、脱離した分子を質量分析計などで検出します。
得られた脱離スペクトルから、脱離温度や脱離量を解析します。
昇温脱離の利点
表面の状態を敏感に反映
吸着種の結合状態に関する情報が得られる
広い温度範囲で測定可能
昇温脱離の注意点
真空環境が必要
脱離過程が複雑な場合、解析が難しい場合がある
昇温脱離は、表面科学の分野で広く利用されている分析手法であり、物質の表面における吸着現象や反応機構の解明に役立っています。
昇温脱離 (TPD) の詳細
測定原理と解析
TPDでは、試料表面に吸着した分子が温度上昇に伴い脱離する様子を観察します。脱離した分子は、質量分析計や赤外線分光計など、適切な検出器で検出されます。得られた信号（脱離スペクトル）は、脱離速度と温度の関係を示します。
この脱離スペクトルから、以下の情報を得ることができます。
脱離温度: 脱離ピークの温度は、吸着種の表面との結合エネルギーや吸着状態を反映します。結合エネルギーが高いほど、脱離温度は高くなります。
脱離量: 脱離ピークの面積は、表面に吸着していた分子の量を表します。
脱離次数: 脱離スペクトルの形状から、脱離過程が一次反応（吸着種が単独で脱離）か、二次反応（吸着種同士が反応して脱離）かを推定できます。
装置構成
TPD測定には、以下の装置が必要です。
真空容器: 試料表面への不純物吸着を防ぐため、高真空環境が必要です。
試料加熱装置: 試料温度を精密に制御し、一定速度で上昇させる必要があります。
検出器: 脱離した分子を検出します。質量分析計が広く用いられますが、赤外線分光計やガスセンサーなども利用可能です。
データ収集・解析システム: 検出器からの信号を収集し、脱離スペクトルを作成・解析します。
応用例
TPDは、様々な分野で応用されています。
触媒: 触媒表面の活性サイトの評価や、反応機構の解明に利用されます。
半導体: 表面処理や薄膜成長過程の観察に利用されます。
吸着剤: 吸着剤の特性評価や、吸着メカニズムの解明に利用されます。
環境: 大気中や水中の汚染物質の吸着・脱離挙動の解析に利用されます。
解析の注意点
TPDスペクトルの解析には、いくつかの注意点があります。
脱離過程の複雑性: 吸着種によっては、複数の吸着状態が存在したり、脱離過程で分解反応が起こる場合があります。このような場合、スペクトルの解釈が難しくなります。
リードアウト効果: 温度上昇速度が速すぎると、脱離ピークがブロードになり、正確な脱離温度が得られにくくなります。
再吸着: 脱離した分子が試料表面や装置内壁に再吸着する可能性があります。再吸着の影響を考慮する必要があります。
まとめ
TPDは、物質表面の吸着現象を調べる強力な分析手法です。得られた情報から、吸着種の結合状態、吸着量、反応メカニズムなどを解明することができます。様々な分野で応用されており、今後も重要な役割を果たしていくと考えられます。
Temperature Programmed Desorption (TPD) is an analytical technique in which molecules or atoms adsorbed on the surface of a material are desorbed by gradually increasing the temperature, and the desorption temperature and amount of desorption are measured.
Basic principle
When molecules or atoms are adsorbed on the surface of a material, they are bound to the surface with a specific bond energy.
When the temperature is increased, the adsorbed species obtains thermal energy, breaks the bond with the surface, and desorbs into the gas phase.
The desorption temperature depends on the bond energy of the adsorbed species with the surface and the adsorption state.
By measuring the amount of desorption, information on the amount and type of molecules adsorbed on the surface can be obtained.
Applications
Evaluation of active sites of catalysts
Elucidation of surface reaction mechanisms
Evaluation of adsorbent characteristics
Observation of the growth process of thin films
Measurement method
The sample is placed in a vacuum chamber and the target molecules are adsorbed.
The sample temperature is increased at a constant rate, and the desorbed molecules are detected using a mass spectrometer or other device.
The desorption temperature and amount of desorption are analyzed from the obtained desorption spectrum.
Advantages of temperature-programmed desorption
Sensitively reflects the surface state
Information on the bonding state of adsorbed species can be obtained
Measurement can be performed over a wide temperature range
Points to note about temperature-programmed desorption
Vacuum environment is required
When the desorption process is complex, analysis can be difficult
Temperature-programmed desorption is an analytical technique widely used in the field of surface science, and is useful for elucidating adsorption phenomena and reaction mechanisms on the surface of materials.
Details of temperature-programmed desorption (TPD)
Measurement principle and analysis
TPD observes how molecules adsorbed on the sample surface desorb with increasing temperature. The desorbed molecules are detected by an appropriate detector, such as a mass spectrometer or infrared spectrometer. The obtained signal (desorption spectrum) shows the relationship between the desorption rate and temperature.
The following information can be obtained from this desorption spectrum.
Desorption temperature: The temperature of the desorption peak reflects the binding energy and adsorption state of the adsorbed species with the surface. The higher the binding energy, the higher the desorption temperature.
Desorption amount: The area of the desorption peak represents the amount of molecules adsorbed on the surface.
Desorption order: From the shape of the desorption spectrum, it can be estimated whether the desorption process is a primary reaction (the adsorbed species desorbs alone) or a secondary reaction (the adsorbed species react with each other to desorb).
Apparatus configuration
The following equipment is required for TPD measurement.
Vacuum chamber: A high vacuum environment is required to prevent impurities from adsorbing on the sample surface.
Sample heating device: The sample temperature must be precisely controlled and raised at a constant rate.
Detector: Detects the desorbed molecules. Mass spectrometers are widely used, but infrared spectrometers and gas sensors can also be used.
Data collection and analysis system: Collects signals from the detector and creates and analyzes desorption spectra.
Applications
TPD is used in a variety of fields.
Catalysts: Used to evaluate active sites on catalyst surfaces and to clarify reaction mechanisms.
Semiconductors: Used to observe surface treatment and thin film growth processes.
Adsorbents: Used to evaluate the characteristics of adsorbents and to clarify the adsorption mechanism.
Environment: Used to analyze the adsorption and desorption behavior of pollutants in the air and water.
Points to note when analyzing TPD spectra
There are several points to note when analyzing TPD spectra.
Complexity of the desorption process: Depending on the adsorbed species, multiple adsorption states may exist or decomposition reactions may occur during the desorption process. In such cases, it becomes difficult to interpret the spectrum.
Readout effect: If the temperature increase rate is too fast, the desorption peak will become broad and it will be difficult to obtain the accurate desorption temperature.
Re-adsorption: Desorbed molecules may re-adsorb on the sample surface or the inner wall of the instrument. The effect of re-adsorption must be taken into consideration.
Summary
TPD is a powerful analytical method for investigating the adsorption phenomenon on the surface of materials. The information obtained can elucidate the bonding state of adsorbed species, the amount of adsorption, and the reaction mechanism. It is used in a variety of fields and is expected to continue to play an important role in the future.
승온 탈리(Temperature Programmed Desorption, TPD)란, 물질의 표면에 흡착한 분자나 원자를 온도를 서서히 상승시킴으로써 탈리시켜, 그 탈리하는 온도나 탈리량을 측정하는 분석 기법입니다.
기본 원리
물질의 표면에 분자와 원자가 흡착되면, 그들은 표면과 특정 결합 에너지로 연결됩니다.
온도가 상승하면 흡착종은 열에너지를 얻고 표면과의 결합을 차단하고 기상에서 탈착합니다.
탈착하는 온도는 흡착종의 표면과의 결합 에너지나 흡착 상태에 의존한다.
탈리량을 측정함으로써 표면에 흡착하고 있던 분자의 양이나 종류의 정보를 얻을 수 있습니다.
용도
촉매 활성 사이트 평가
표면 반응 메커니즘의 해명
흡착제의 특성 평가
박막의 성장 과정 관찰
측정방법
샘플을 진공 용기에 넣고 원하는 분자를 흡착시킵니다.
시료 온도를 일정 속도로 상승시키면서 탈리한 분자를 질량 분석계 등으로 검출합니다.
얻어진 탈리 스펙트럼으로부터 탈리 온도나 탈리량을 해석합니다.
승온 이탈의 이점
표면 상태를 민감하게 반영
흡착 종의 결합 상태에 관한 정보를 얻는다.
넓은 온도 범위에서 측정 가능
승온 탈리의 주의점
진공 환경 필요
탈착 과정이 복잡하면 분석이 어려울 수 있음
승온 탈리는 표면 과학 분야에서 널리 이용되는 분석 방법이며, 물질의 표면에서의 흡착 현상과 반응 메커니즘의 해명에 도움이 되고 있습니다.
승온 탈착 (TPD)에 대해 자세히 알아보기
측정 원리와 분석
TPD에서는 시료 표면에 흡착한 분자가 온도 상승에 따라 탈리하는 모습을 관찰합니다. 분리된 분자는 질량 분광계 및 적외선 분광계와 같은 적절한 검출기로 검출됩니다. 얻어진 신호(탈출 스펙트럼)는 탈착 속도와 온도의 관계를 나타낸다.
이 이탈 스펙트럼에서 다음 정보를 얻을 수 있습니다.
탈착 온도: 탈리 피크의 온도는 흡착 종 표면과의 결합 에너지 및 흡착 상태를 반영합니다. 결합 에너지가 높을수록 이탈 온도가 높아집니다.
이탈량: 이탈 피크의 면적은 표면에 흡착된 분자의 양을 나타냅니다.
탈착 차수: 탈리 스펙트럼의 형상으로부터 탈리 과정이 1차 반응(흡착종이 단독으로 탈리)인지 2차 반응(흡착종끼리 반응하여 탈리)인지를 추정할 수 있습니다.
장비 구성
TPD 측정에는 다음 장치가 필요합니다.
진공 용기: 시료 표면에 불순물 흡착을 방지하려면 고진공 환경이 필요합니다.
시료 가열 장치: 시료 온도를 정밀하게 제어하고 일정 속도로 상승시켜야 합니다.
검출기: 탈착된 분자를 검출합니다. 질량 분석계가 널리 사용되지만 적외선 분광계와 가스 센서 등도 이용 가능합니다.
데이터 수집 및 분석 시스템 : 검출기에서 신호를 수집하여 이탈 스펙트럼을 생성하고 분석합니다.
응용 예
TPD는 다양한 분야에서 응용되고 있습니다.
촉매 : 촉매 표면의 활성 사이트 평가 및 반응 메커니즘의 해명에 이용됩니다.
반도체: 표면 처리 및 박막 성장 과정을 관찰하는 데 사용됩니다.
흡착제: 흡착제의 특성 평가 및 흡착 메커니즘의 해명에 이용됩니다.
환경: 대기중이나 수중의 오염물질의 흡착·탈리 거동의 해석에 이용됩니다.
해석의 주의점
TPD 스펙트럼의 분석에는 몇 가지주의 사항이 있습니다.
탈착 과정의 복잡성: 흡착종에 따라 여러 흡착 상태가 존재하거나 탈착 과정에서 분해 반응이 일어날 수 있습니다. 이 경우 스펙트럼 해석이 어려워집니다.
리드아웃 효과: 온도 상승 속도가 너무 빠르면 이탈 피크가 브로드되어 정확한 이탈 온도를 얻기 어려워집니다.
재흡착: 탈착된 분자가 시료 표면이나 장치 내벽에 재흡착될 수 있습니다. 재흡착의 영향을 고려해야 합니다.
요약
TPD는 물질 표면의 흡착 현상을 조사하는 강력한 분석 기법입니다. 얻어진 정보로부터, 흡착종의 결합 상태, 흡착량, 반응 메카니즘 등을 해명할 수 있습니다. 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 앞으로도 중요한 역할을 할 것이라고 생각됩니다.
程序升温脱附（TPD）是通过逐渐升高温度使吸附在物质表面的分子和原子脱附，并测量脱附温度和脱附量的一种分析方法。
基本原理
当分子或原子吸附到材料表面时，它们以特定的键能与表面结合。
通过升高温度，吸附的物质获得热能，破坏其与表面的键，并解吸到气相中。
解吸温度取决于吸附物质与表面的结合能和吸附状态。
通过测量解吸量，可以获得表面吸附分子的数量和类型的信息。
目的
催化剂活性位点的评价
表面反应机理的阐明
吸附剂表征
薄膜生长过程的观察
测量方法
将样品放置在真空容器中并吸附感兴趣的分子。
在以恒定速率升高样品温度的同时，使用质谱仪检测解吸的分子。
由得到的脱附光谱分析脱附温度和脱附量。
程序升温解吸的优点
灵敏地反映表面状况
可以获得有关吸附物质的结合状态的信息
可在较宽的温度范围内进行测量
程序升温解吸注意事项
需要真空环境
如果解吸过程复杂，分析可能会很困难。
程序升温脱附是表面科学领域广泛应用的一种分析方法，有助于阐明材料表面的吸附现象和反应机制。
了解有关程序升温解吸 (TPD) 的更多信息
测量原理及分析
在 TPD 中，观察到吸附在样品表面的分子随着温度升高而解吸。解吸的分子用合适的检测器检测，例如质谱仪或红外光谱仪。所得信号（解吸光谱）显示解吸速率与温度之间的关系。
从该解吸光谱中可以获得以下信息。
解吸温度：解吸峰的温度反映了吸附物质与表面的结合能和吸附状态。结合能越高，解吸温度越高。
解吸量：解吸峰的面积代表吸附在表面的分子数量。
解吸级数：从解吸谱的形状可以估计解吸过程是一级反应（吸附物质单独解吸）还是二级反应（吸附物质反应并解吸）。
设备配置
TPD 测量需要以下设备。
真空容器：需要高真空环境，防止杂质吸附到样品表面。
样品加热装置：样品温度必须精确控制并以恒定速率升高。
检测器：检测解吸的分子。质谱仪被广泛使用，但也可以使用红外光谱仪和气体传感器。
数据采集和分析系统：收集来自检测器的信号并创建和分析解吸光谱。
应用实例
TPD应用于各个领域。
催化剂：用于评估催化剂表面的活性位点并阐明反应机制。
半导体：用于表面处理和薄膜生长过程的观察。
吸附剂：用于表征吸附剂并阐明吸附机制。
环境：用于分析空气和水中污染物的吸附/解吸行为。
分析说明
分析 TPD 光谱时需要牢记以下几点。
解吸过程的复杂性：根据吸附物种的不同，解吸过程中可能存在多种吸附状态或可能发生分解反应。在这种情况下，频谱变得难以解释。
读数效果：升温速率过快，解吸峰变宽，难以获得准确的解吸温度。
再吸附：解吸的分子可能会重新吸附到样品表面或装置内壁上。必须考虑再吸收的影响。
概括
TPD 是研究材料表面吸附现象的强大分析方法。根据获得的信息，可以阐明吸附物质的结合状态、吸附量、反应机理等。它已被应用于各个领域，并有望在未来继续发挥重要作用。
तापमान क्रमादेशित विशोषण (टीपीडी) एक विश्लेषण है जिसमें किसी पदार्थ की सतह पर अधिशोषित अणुओं और परमाणुओं को धीरे-धीरे तापमान बढ़ाकर विघटित किया जाता है, और विशोषण तापमान और विशोषण की मात्रा को मापा जाता है।
बुनियादी सिद्धांत
जब अणु या परमाणु किसी सामग्री की सतह पर सोख लेते हैं, तो वे एक विशिष्ट बंधन ऊर्जा के साथ सतह से जुड़ जाते हैं।
तापमान बढ़ाने से, अधिशोषित प्रजातियाँ तापीय ऊर्जा प्राप्त करती हैं, सतह के साथ अपने बंधन तोड़ देती हैं, और गैस चरण में विघटित हो जाती हैं।
विशोषण तापमान सतह के साथ अधिशोषित प्रजातियों की बंधन ऊर्जा और अधिशोषण की स्थिति पर निर्भर करता है।
विशोषण की मात्रा को मापकर सतह पर अधिशोषित अणुओं की मात्रा और प्रकार की जानकारी प्राप्त की जा सकती है।
उद्देश्य
उत्प्रेरक सक्रिय साइटों का मूल्यांकन
सतह प्रतिक्रिया तंत्र का स्पष्टीकरण
अधिशोषक लक्षण वर्णन
पतली फिल्म विकास प्रक्रिया का अवलोकन
मापन विधि
नमूना को एक वैक्यूम कंटेनर में रखा जाता है और रुचि के अणुओं को सोख लिया जाता है।
नमूना तापमान को स्थिर दर से बढ़ाते समय, मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके अवशोषित अणुओं का पता लगाया जाता है।
प्राप्त विशोषण स्पेक्ट्रम से विशोषण तापमान और विशोषण की मात्रा का विश्लेषण किया जाता है।
तापमान क्रमादेशित विशोषण के लाभ
सतह की स्थितियों को संवेदनशील रूप से दर्शाता है
अधिशोषित प्रजातियों की बंधन अवस्था के बारे में जानकारी प्राप्त की जा सकती है
विस्तृत तापमान रेंज में मापा जा सकता है
तापमान क्रमादेशित विशोषण के संबंध में ध्यान देने योग्य बातें
निर्वात वातावरण की आवश्यकता है
यदि विशोषण प्रक्रिया जटिल है, तो विश्लेषण कठिन हो सकता है।
तापमान-क्रमादेशित विशोषण एक विश्लेषणात्मक विधि है जिसका व्यापक रूप से सतह विज्ञान के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, और यह सामग्री की सतहों पर अधिशोषण घटना और प्रतिक्रिया तंत्र को स्पष्ट करने के लिए उपयोगी है।
तापमान क्रमादेशित विशोषण (टीपीडी) के बारे में और जानें
माप सिद्धांत और विश्लेषण
टीपीडी में, नमूना सतह पर अधिशोषित अणुओं को तापमान बढ़ने पर विघटित होते देखा जाता है। अवशोषित अणुओं का पता एक उपयुक्त डिटेक्टर से लगाया जाता है, जैसे मास स्पेक्ट्रोमीटर या इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर। परिणामी संकेत (विशोषण स्पेक्ट्रम) विशोषण दर और तापमान के बीच संबंध को दर्शाता है।
इस विशोषण स्पेक्ट्रम से निम्नलिखित जानकारी प्राप्त की जा सकती है।
विशोषण तापमान: विशोषण शिखर का तापमान सतह के साथ अधिशोषित प्रजातियों की बंधन ऊर्जा और अधिशोषण स्थिति को दर्शाता है। बंधन ऊर्जा जितनी अधिक होगी, विशोषण तापमान उतना ही अधिक होगा।
विशोषण मात्रा: विशोषण शिखर का क्षेत्र सतह पर अधिशोषित अणुओं की मात्रा को दर्शाता है।
विशोषण क्रम: विशोषण स्पेक्ट्रम के आकार से, यह अनुमान लगाया जा सकता है कि क्या विशोषण प्रक्रिया पहले क्रम की प्रतिक्रिया है (अकेले अधिशोषित प्रजातियाँ विघटित होती हैं) या दूसरे क्रम की प्रतिक्रिया (अवशोषित प्रजातियाँ प्रतिक्रिया करती हैं और विघटित होती हैं)।
उपकरण का प्रारूप
टीपीडी माप के लिए निम्नलिखित उपकरण की आवश्यकता है।
वैक्यूम कंटेनर: नमूना सतह पर अशुद्धियों के सोखने को रोकने के लिए एक उच्च वैक्यूम वातावरण की आवश्यकता होती है।
नमूना हीटिंग डिवाइस: नमूना तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित किया जाना चाहिए और स्थिर दर पर बढ़ाया जाना चाहिए।
डिटेक्टर: अवशोषित अणुओं का पता लगाता है। मास स्पेक्ट्रोमीटर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर और गैस सेंसर भी उपलब्ध हैं।
डेटा अधिग्रहण और विश्लेषण प्रणाली: डिटेक्टर से सिग्नल एकत्र करती है और डिसोर्शन स्पेक्ट्रा बनाती है और उसका विश्लेषण करती है।
आवेदन उदाहरण
टीपीडी का प्रयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है।
उत्प्रेरक: उत्प्रेरक सतहों पर सक्रिय साइटों का मूल्यांकन करने और प्रतिक्रिया तंत्र को स्पष्ट करने के लिए उपयोग किया जाता है।
सेमीकंडक्टर: सतह के उपचार और पतली फिल्म विकास प्रक्रियाओं के अवलोकन के लिए उपयोग किया जाता है।
अधिशोषक: अधिशोषक को चिह्नित करने और अधिशोषण तंत्र को स्पष्ट करने के लिए उपयोग किया जाता है।
पर्यावरण: हवा और पानी में प्रदूषकों के सोखने/सोखने के व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किया जाता है।
विश्लेषण पर नोट्स
टीपीडी स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करते समय ध्यान में रखने योग्य कई बातें हैं।
विशोषण प्रक्रिया की जटिलता: अधिशोषित प्रजातियों के आधार पर, कई अधिशोषण अवस्थाएँ मौजूद हो सकती हैं या विशोषण प्रक्रिया के दौरान अपघटन प्रतिक्रियाएँ हो सकती हैं। ऐसे मामलों में, स्पेक्ट्रम की व्याख्या करना मुश्किल हो जाता है।
रीडआउट प्रभाव: यदि तापमान वृद्धि दर बहुत तेज़ है, तो विशोषण शिखर व्यापक हो जाएगा और सटीक विशोषण तापमान प्राप्त करना मुश्किल होगा।
पुन: सोखना: विघटित अणु नमूना सतह या उपकरण की आंतरिक दीवार पर फिर से सोख सकते हैं। पुनर्शोषण के प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए।
सारांश
टीपीडी भौतिक सतहों पर सोखना घटना की जांच करने के लिए एक शक्तिशाली विश्लेषणात्मक विधि है। प्राप्त जानकारी से अधिशोषित प्रजातियों की बंधन स्थिति, अधिशोषण की मात्रा, प्रतिक्रिया तंत्र आदि को स्पष्ट करना संभव है। इसे विभिन्न क्षेत्रों में लागू किया गया है और उम्मीद है कि भविष्य में भी यह महत्वपूर्ण भूमिका निभाता रहेगा।
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