工业用氩气中Mo、Nb、W等23种元素含量检测方案(ICP-MS)

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SSL-CA14-936 Excellence in ScienceICPMS-090 ICP-MS测定电子工业用氩气中多种元素含量 ICPMS-090 摘要：参考《GB/T34972-2017电子工业用气体中金属含量的测定电感耦合等离子体质谱法》，使用5%HNO作为吸收液对电子工业用氩气进行样品前处理，并使用岛津ICPMS-2030测试气体中的多元素。分析结果表明，方法检出限0.0002~1.0702 ug/L，准确度好，加标回收率89.5%~108.5%，可满足电子工业用气中金属元素的检测要求。 关键词：ICP-MS电子工业用气元素 电子工业用气体统称为电子气体，指在半导体及其他电子产品生产过程中所用到的高纯度气体，是微纳电子制造国家战略安全产业的关键支撑材料其广泛应用与大规模集成电路、液晶显示器、多晶硅和薄膜太阳能电池等电子行业。 近年来，随着微纳电子制造业向大尺寸、窄线宽、高度集成高均匀性、和高完整性发展，对电子气体的纯度和一致性要求越来越高，对电子气体中的H，O和气体杂质及金属杂质的指标越来越严格。 实验部分 1.1仪器 岛津ICPMS-2030电感耦合等离子体质谱仪。 电子气体的纯度对于半导体器件的质量和成品率影响很大，尤其是气体中的金属杂质，是使半导体产生漏电、晶格缺陷和短线的主要原因。 电子工业用气中重金属元素含量低，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)具有灵敏度高、线性范围广等特点，本文参考《GB/T 34972-2017电子工业用气体中金属含量的测定电感耦合等离子体质谱法》使用溶液吸收法对工业用氩气进行样品前处理，并使用岛津ICPMS-2030测试气体中的多种元素含量。 1.2仪器分析条件 ICP-MS仪器分析条件见表1。 表 1ICP-MS分析条件 参数 参数设定 参数 参数设定 高频功率 1.20 kW 等离子体 气流速 8.0 L/min 辅助气流速 1.10 L/min 载气流速 0.70 L/min 炬管类型 Mini 炬管 雾化器 同心雾化器 雾化室 旋流 雾化室温度 5°C 采样深度 5.0mm 高频频率 27.12 MHz 碰撞气体 He 碰撞气流速 6mL/min 池电压 -21V 能量过滤器 电压 7.0V |样品前处理 以5%HNO水溶液作为吸收液，打开气瓶气阀，调节气体流速为 0.6 L/min， 将气体管口通入吸收液中，通气100 min 后关闭气瓶气阀。吸收完毕后将气体吸收液直接进样检测各元素浓度，根据吸收液中各元素浓度，计算气体中的元素含量。 l结果与讨论 3.1标准曲线和检出限 用1% HNO将多元素溶液稀释为0、1.0、2.0、5.0、10.0 ug/L的标准序列。标准曲线见图1。连续测量空白溶液计算仪器检出限(IDL)和方法检出限(MDL)。IDL和MDL结果见表2， 其中各元素方法检出限为0.0002~1.0702ug/L。 图1部分元素标准曲线 表2仪器检出限和方法检出限 元素 IDL MDL 元素 IDL MDL 元素 IDL MDL (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) (ug/L) Ce 0.0006 0.001 Tb 0.0007 0.0012 Ga 0.0081 0.0135 Dy 0.0014 0.002 Th 0.0018 0.0030 Ir 0.0036 0.0060 Er 0.0002 0.0003 Tm 0.0002 0.0003 Li* 0.0041 0.0068 Eu 0.0003 0.0005 W 0.0108 0.0180 Mn 0.0135 0.0225 Gd 0.0003 0.0005 Yb 0.0001 0.0002 Ni 0.0224 0.0373 Hf 0.0031 0.0052 Zr 0.0057 0.0095 Pb 0.0083 0.0138 Ho 0.0002 0.0003 Al 0.6421 1.0702 Pt 0.0030 0.0050 La 0.0015 0.0025 Be* 0.0087 0.0145 Ru 0.0043 0.0072 Lu 0.0007 0.0012 Bi 0.0035 0.0058 Sn 0.0189 0.0315 Mo 0.0295 0.0492 Cd 0.0078 0.0130 Sr 0.0733 0.1221 Nb 0.0010 0.0017 Co 0.0054 0.0090 Ti 0.1378 0.2297 Nd 0.0023 0.0038 Cr 0.0071 0.0118 TI 0.0034 0.0056 Pr 0.0003 0.0005 Fe 0.0345 0.0575 V 0.0102 0.0170 Sm 0.0010 0.0017 Ta 0.0003 0.0005 Zn 0.0890 0.1483 注：*为使用 No Gas 模式，其余为 He气碰撞模式 3.2样品测试与加标回收 取工业用高纯氩气，按照前处理程序处理后ICP-MS测定，测定结果见表3，样品加标回收率为89.5%~108.5%。 表3工业用高纯纯气中多元素测定结果(ug/L) 元素 质量数 内标 样品空白 (ug/L) 测定值 (ug/L) 加标量 (ug/L) 加标测定值 (ug/L) 回收率 (%) 含量 (ug/L) Ce 140 1151n ND ND 2 1.99 99.5 ND Dy 161 209Bi ND ND 2 1.99 99.5 ND Er 167 209Bi ND ND 2 1.99 99.5 ND Eu 153 115n ND ND 2 1.97 98.5 ND Gd 157 151n ND ND 2 2.00 100 ND Hf 179 209Bi 0.124 0.129 2 2.02 94.55 0.008 Ho 165 209Bi ND ND 2 2.04 102 ND La 139 209Bi ND ND 2 1.96 98 ND Lu 175 209Bi ND ND 2 1.99 99.5 ND Mo 95 103Rh ND ND 2 2.00 96.94 ND Nb 93 103Rh ND ND 2 1.97 95.6 ND Nd 143 115In 0.024 0.026 2 2.01 99.19 0.003 Pr 141 1151n ND ND 2 1.98 99 ND Sm 147 In ND ND 2 1.96 98 ND Ta 181 209Bi ND ND 2 2.09 104.5 ND Tb 159 1151n ND ND 2 2.02 101 ND 元素 质量数 内标 样品空白 (ug/L) 测定值 (ug/L) 加标量 (ug/L) 加标测定值 (ug/L) 回收率 (%) 含量 (ug/L) Th 232 209Bi ND ND 2 2.06 103 ND Tm 169 209Bi ND ND 2 2.02 101 ND W 183 209 Bi 0.063 0.083 2 2.08 99.86 0.032 Yb 173 209Bi ND ND 2 1.96 98 ND Zr 90 115In ND ND 2 1.87 93.5 ND Al 27 45Sc ND 3.33 2 5.5 108.5 5.55 Be* 9 45Sc ND ND 2 1.79 89.5 ND Bi 209 165Ho ND ND 2 1.92 96 ND Cd 111 115In ND ND 2 1.82 91 ND Co 59 45Sc ND ND 2 1.94 97 ND Cr 52 45Sc ND 0.558 2 2.50 97.1 0.930 Fe 56 45Sc ND 1.44 2 3.56 106 2.40 Ga 71 2Ge ND ND 2 1.93 96.5 ND lr 193 165Ho ND ND 2 1.93 96.5 ND Li* 7 4Sc ND ND 2 1.98 98.59 ND Mn 55 45Sc ND 0.070 2 2.07 99.97 0.117 Ni 60 165Ho ND 1.19 2 3.06 93.5 1.98 Pb 208 165Ho ND 0.124 2 2.15 101.3 0.207 Pt 194 165Ho ND ND 2 1.84 92 ND Ru 101 103Rh ND ND 2 1.94 97 ND Sn 118 15In ND 0.2 2 2.08 94 0.333 Sr 86 89y ND ND 2 1.91 95.5 ND Ti 47 45Sc ND ND 2 2.08 104 ND Tl 205 165Ho ND ND 2 1.95 97.5 ND V 51 45Sc ND ND 2 1.97 98.5 ND Zn 68 2Ge ND 2.81 2 4.76 97.5 4.68 注：*为使用 No Gas 模式，其余为 He气碰撞模式 结论 参考 《GB/T 34972-2017 电子工业用气体中金属含量的测定电感耦合等离子体质谱法》，使用岛津ICPMS-2030型电感耦合等离子体质谱仪测定了电子工业用氩气体中多元素含量。实验结果表明，分析结果表明，该方法检出限0.0002~1.0702 ug/L。准确度好，加标回收率89.5%~108.5%，可满足电子工业用气体中金属含量的测定要求。 岛津企业管理(中国)有限公司分析中心 Shimadzu(China)CO.，LTD. Analytical Applications Center ( 上海市徐汇区宜州路180号华鑫天地二期C801栋 咨询电话：021-34193996 http：//www.shimadzu.com.cn Bui l di n g C 80 1， N o. 1 80 Yi zh ou R o ad ， S h a ngha i Hot l in e ：021 - 34193 9 96 ) 参考《GB/T 34972-2017电子工业用气体中金属含量的测定  电感耦合等离子体质谱法》，使用5%HNO3作为吸收液对电子工业用氩气进行样品前处理，操作简便。使用岛津ICPMS-2030测试Ar气体中42种元素含量，灵敏度高，检出限低，准确度好。