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In situ study of the interactions between metal surfaces and cationic surfactant corrosion inhibitors by surface-enhanced Raman spectroscopy coupled with visible spectroscopy
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-26 , DOI: 10.1039/d4an00861h Felix Frank 1 , Daniela Tomasetig 1 , Peter Nahringbauer 1 , Wolfgang Ipsmiller 2 , Gerd Mauschitz 2 , Karin Wieland 3 , Bernhard Lendl 1
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-26 , DOI: 10.1039/d4an00861h Felix Frank 1 , Daniela Tomasetig 1 , Peter Nahringbauer 1 , Wolfgang Ipsmiller 2 , Gerd Mauschitz 2 , Karin Wieland 3 , Bernhard Lendl 1
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Cationic surfactants are widely used as corrosion inhibitors for industrial tubings and pipelines. They protect the surface of steel pipes through a film-forming mechanism, providing both anodic and cathodic inhibition. To improve the efficiency of the corrosion protection, it is essential to understand the interactions between the surfactants and metal surfaces. To achieve this, surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) can serve as a powerful tool due to its surface sensitivity and potential to detect trace amounts of analytes in complex media. In this contribution, we have investigated the behaviour of in situ prepared AgNPs in the presence of benzalkonium chloride as a model corrosion inhibitor using SERS coupled to visible spectroscopy and combined with light scattering methods. By combining these experimental methods, we were able to correlate the aggregation of silver particles with the concentration of added surfactant in the resulting mixture. Using this insight, we also established a SERS method for the detection of benzalkonium chloride traces in water. For this, we utilised the quenching of the SERS response of methylene blue by competitive adsorption of methylene blue and the surfactant on SERS active AgNPs. We believe that our approach can serve a variety of applications to improve the industrial water treatment. For example, the modelling of the interaction of different surfactants with SERS can be used for process intensification, and ultimately, to move towards the digital twinning of corrosion processes for more efficient corrosion inhibition. Furthermore, the ability to adapt our sensing protocol for on-line corrosion inhibitor monitoring allows a fast response to process changes, hence, enabling resource-efficient, continuous process control.
中文翻译：
通过表面增强拉曼光谱结合可见光谱原位研究金属表面与阳离子表面活性剂缓蚀剂之间的相互作用
阳离子表面活性剂广泛用作工业管材和管道的缓蚀剂。它们通过成膜机制保护钢管表面，提供阳极和阴极抑制。为了提高防腐效率，必须了解表面活性剂和金属表面之间的相互作用。为了实现这一目标，表面增强拉曼光谱 （SERS） 可以作为一个强大的工具，因为它具有表面敏感性和检测复杂介质中痕量分析物的潜力。在这项研究中，我们使用 SERS 耦合到可见光谱并结合光散射方法研究了原位制备的 AgNPs 在苯扎氯铵作为模型缓蚀剂存在下的行为。通过结合这些实验方法，我们能够将银颗粒的聚集与所得混合物中添加的表面活性剂的浓度相关联。利用这一见解，我们还建立了一种检测水中苯扎氯铵痕量的 SERS 方法。为此，我们利用了亚甲蓝和表面活性剂在 SERS 活性 AgNPs 上的竞争性吸附来淬灭亚甲蓝的 SERS 响应。我们相信，我们的方法可以服务于各种应用，以改善工业水处理。例如，不同表面活性剂与 SERS 相互作用的建模可用于工艺强化，并最终转向腐蚀过程的数字孪生，以实现更有效的腐蚀抑制。 此外，我们的传感协议能够用于在线缓蚀剂监测，从而能够快速响应过程变化，从而实现资源高效、连续的过程控制。
更新日期：2024-08-26
中文翻译：
通过表面增强拉曼光谱结合可见光谱原位研究金属表面与阳离子表面活性剂缓蚀剂之间的相互作用
阳离子表面活性剂广泛用作工业管材和管道的缓蚀剂。它们通过成膜机制保护钢管表面，提供阳极和阴极抑制。为了提高防腐效率，必须了解表面活性剂和金属表面之间的相互作用。为了实现这一目标，表面增强拉曼光谱 （SERS） 可以作为一个强大的工具，因为它具有表面敏感性和检测复杂介质中痕量分析物的潜力。在这项研究中，我们使用 SERS 耦合到可见光谱并结合光散射方法研究了原位制备的 AgNPs 在苯扎氯铵作为模型缓蚀剂存在下的行为。通过结合这些实验方法，我们能够将银颗粒的聚集与所得混合物中添加的表面活性剂的浓度相关联。利用这一见解，我们还建立了一种检测水中苯扎氯铵痕量的 SERS 方法。为此，我们利用了亚甲蓝和表面活性剂在 SERS 活性 AgNPs 上的竞争性吸附来淬灭亚甲蓝的 SERS 响应。我们相信，我们的方法可以服务于各种应用，以改善工业水处理。例如，不同表面活性剂与 SERS 相互作用的建模可用于工艺强化，并最终转向腐蚀过程的数字孪生，以实现更有效的腐蚀抑制。 此外，我们的传感协议能够用于在线缓蚀剂监测，从而能够快速响应过程变化，从而实现资源高效、连续的过程控制。
京公网安备 11010802027423号