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利用GC-ICP-MS/MS以亞 ppb級的檢測限分析氫化物氣體污染物
閱讀：982 發(fā)布時(shí)間：2020-7-29前言 ：磷化氫和砷化氫等氫化物氣體是石化和半導(dǎo)體行業(yè)中使用的工藝化學(xué) 品中的重要污染物。例如，聚合物級乙烯或丙烯中磷化氫、砷化氫、 硫化氫和羰基硫的存在對于聚丙烯塑料生產(chǎn)過程中所用的催化劑具有 不利影響。這些痕量污染物的準(zhǔn)確濃度數(shù)據(jù)有助于預(yù)測催化劑壽命， 大程度縮短生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間。 在半導(dǎo)體行業(yè)中，磷化氫可用作 III-V 族化合物半導(dǎo)體沉積的前體以 及二極管和晶體管等半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過程中的摻雜劑。對于 III-V 族 化合物材料，例如磷化銦 (InP)，不含其他氫化物雜質(zhì)（例如硅烷、 鍺烷、水分或硫化氫）至關(guān)重要，因?yàn)檫@些雜質(zhì)可能會對終器件產(chǎn) 品產(chǎn)生重大影響。由硫化氫和羰基硫摻入的硫尤其有可能影響器件的電氣性能，例如載流子濃度和電子遷移率。砷化氫 用于生產(chǎn)高電子遷移率晶體管 (HEMT) 和場效應(yīng)晶 體管 (FET)，鍺烷會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生不利影響。
迄今為止，檢測 ppb 級濃度的這些污染物已經(jīng)可 以滿足要求，但隨著行業(yè)內(nèi)競爭日益激烈和性能 標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，指標(biāo)要求越來越低。此外，高純 氣體制造商往往需要分析檢測限僅為報(bào)告指標(biāo)的 1/10–1/5。上一代四極桿 ICP-MS (ICP-QMS) 檢 測器可以檢測 10 ppb 濃度水平的硫和硅類物質(zhì)。 近，Agilent 7900 ICP-MS 對這些物質(zhì)的測量水 平達(dá)到了 1–2 ppb。隨著行業(yè)對更低檢測限的需求 不斷增加，針對這類應(yīng)用開發(fā)出一種全新的高靈敏 度 GC-ICP-MS 方法，采用的儀器為 Agilent 8800 串聯(lián)四極桿 ICP-MS (ICP-MS/MS)。
實(shí)驗(yàn)部分：儀器 通過安捷倫 GC-ICP-MS 接口實(shí)現(xiàn) Agilent 7890 氣相色譜儀與 Agilent 8800 ICP-MS/MS 的聯(lián)用。 表 1 中列出的氣相色譜操作參數(shù)也用于通過 Agilent 7900 ICP-MS 進(jìn)行的 GC-ICP-MS 平行研究。8800 ICP-MS/MS *兩個(gè)四極桿質(zhì)量過濾器 （Q1 和 Q2），位于八極桿反應(yīng)池系統(tǒng) (ORS3 ) 碰撞/ 反應(yīng)池 (CRC) 的兩側(cè)。在 MS/MS 模式下，Q1 作 為質(zhì)量過濾器運(yùn)行，僅允許目標(biāo)分析物質(zhì)量數(shù)進(jìn)入 池中，而排除所有其他質(zhì)量數(shù)。由于 Q1 排除了等離子體、基質(zhì)和非目標(biāo)分析物離子，ORS3 內(nèi)的反 應(yīng)過程可以得到控制，并可保持一致性。因 此，即使對復(fù)雜的高基質(zhì)樣品也可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測 量，同時(shí)顯著提高靈敏度。ORS3 池可以使用碰撞 氣體加壓，通過動能歧視 (KED) 或碰撞誘導(dǎo)解離 (CID) 除去多原子離子，也可以使用反應(yīng)氣體與干 擾離子或者目標(biāo)離子選擇性反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)無干擾測 定，或者還可以將二者結(jié)合使用。
在本研究中，8800 ICP-MS/MS 在 MS/MS 質(zhì)量轉(zhuǎn) 移模式下運(yùn)行，使用氧氣作為反應(yīng)氣體測定 Ge、 As、P 和 S。氫氣池氣體模式用于在 m/z 28 處對 Si 的主要同位素進(jìn)行原位質(zhì)量測定。兩種模式下的 調(diào)諧條件幾乎*相同，不同之處僅為 KED 電壓 和反應(yīng)池氣體流速。
結(jié)論：Agilent 8800 ICP-MS/MS 具有極低的背景和更高的 靈敏度，因此 GC-ICP-MS/MS 方法在測定高純氣 體中的各種污染物時(shí)具有明顯的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)行 業(yè)所要求的低檢測限。與采用傳統(tǒng)四極桿 ICP-MS 的 GC-ICP-MS 相比，GC-ICP-MS/MS 對硅烷、磷 化氫、硫化氫和羰基硫的檢測限低 5–10 倍，其中 硅烷的檢測限為 200 ppt 左右，而磷化氫檢測限為 15 ppt 左右。