示差折射率检测器

毛细管电泳(CE)常用的检测技术只能检测具有特定特性的分析物。例如，荧光检测器只能检测发出荧光的分析物，紫外线检测器只能检测吸收紫外线的分析物，而安培检测器只能检测在电极上可被氧化或还原的分析物。即使是通常被认为是通用检测技术的质谱仪，也只能检测可以通过电喷雾电离有效地转化为离子的分析物。　　回音圆廊的折射原理　　可以与毛细管电泳一起使用并且真正通用的一种检测技术是折射率(RI)检测。在这种检测技术中，当光穿过毛细管电泳缓冲区中的分析物时会产生折射，通过对所引起的弯曲或折射程度的变化来检测分析物。问题在于，折射率检测并不是特别敏感，尤其是在小规模的毛细管电泳中。伦敦圣保罗大教堂的圆顶天坛回音壁　　但是，有一种方法可以利用所谓的“回音圆廊”效果来增强折射率检测的灵敏度。就像声波可以在圆形空间中反弹一样，例如伦敦圣保罗大教堂的圆顶以及北京天坛的回音壁，由于声音的折射，可以在空间的一侧清晰地听到另一侧的对话。特定波长的光可以围绕圆形结构反弹，最终被俘获。被俘获的特定波长取决于周围介质的折射率。　　散射光的监测　　通过将激光照射在与毛细管电泳缓冲液接触的圆形结构上，可以通过监测散射光来检测由分析物引起的缓冲液折射率的任何变化。为此，散射光将丢失在圆形结构中被俘获的波长的光，该波长的光将随着折射率的变化而变化。几个研究小组表明，这种方法行之有效，他们已经使用了专门定制的设备(例如用于俘获光线的小玻璃球)来实现了这一目的。　　现在，来自美国安阿伯市密歇根大学的John Orlet和Ryan Bailey使用市售设备进行了同样的操作，从而提供了一种更简单，更方便的方法来进行毛细管电泳敏感的折射率检测。该设备是美国一家名为Genalyte的公司生产的硅光子微环谐振器阵列。它由两个由四个圆形硅环的16个簇组成的通道组成，每个环可以俘获入射的激光。　　Genalyte将这些阵列用于医学诊断，因为当诸如生物标记的分子结合到环上时，被环俘获的光的波长也会改变。但是Orlet和Bailey意识到，这种阵列有可能成为与毛细管电泳一起使用的理想折射率检测器。为了将阵列变成这样的检测器，两名研究人员将其容纳在连接到两个毛细管的流通池中。被毛细管电泳分离的分析物通过第一个毛细管迁移到流通池中，然后离开毛细管并通过阵列的两个通道进行检测，然后再通过第二个毛细管流出流通池。　　糖和咖啡因的成分检测　　Orlet和Bailey首先在山梨糖上测试了这种设置，发现该阵列可以检测到浓度低至15毫摩尔的分析物，并且阵列响应的大小随浓度而变化。接下来，他们尝试了两种简单的混合物，一种包含甘露糖、乳糖和果糖，另一种包含小分子乙酰胆碱、咖啡因和荧光素。在这两种情况下，混合物均通过毛细管电泳分离，并通过阵列检测其单个成分。但是，因为每个簇都可以检测到分析物，所以该阵列还可以监控它们沿通道的通过，从而记录其迁移速度，从而提供有关分析物的其他信息。　　最终，Orlet和Bailey表明，该阵列可以检测通过毛细管电泳分离的三种蛋白质——肌红蛋白、血红蛋白和β-乳球蛋白，证明它也可以与生物分子一起使用。他们现在正在研究各种方法来进一步提高其新型折射率检测器的灵敏度，包括通过改善毛细管装配到流通池中的方式以及将特定生物分子的俘获剂附着到阵列中的环上。符斌供稿

化学机械研磨/抛光 (CMP) 将化学反应和机械研磨结合在一起，是一项成本高昂且具有挑战性的重要纳米抛光工艺。这一工艺是集成电路制造中关键的使能步骤，对产量和工作效率都会产生影响。CMP 简介抛光工艺使用含氧化剂的浆料完成，氧化剂通常为过氧化氢 (H2O2)。在制造过程中，将晶圆和抛光垫紧密地压在一起，同时使二者各自以略微不同的速度逆时针旋转。将浆料铺在抛光垫的中央，然后结合运用机械操作和化学操作，逐步除去晶圆表面的材料，使晶圆表面局部和整体都顺滑平坦。 使用 CMP 浆料前，先在工厂对其进行混合或稀释。氧化物抛光浆料在购买时通常为浓缩状态，使用前在现场加水稀释，以减少运输和人工成本。一些多组分抛光浆料只能随用随混，因为这些浆料在混合后有效期很短。确保正确地混合至关重要，因为混合效果直接关系到化学反应速率和晶圆抛光速率；混合过程中的任何缺陷都会对可制造性和可靠性产生负面影响。尽管制造点 (POM) 的浆料控制很严格，但后续过程（包括运输、处理和过滤）会影响化学特性，因此需要对浆料进行连续监测，直到抵达使用点 (POU) 为止，以确保实现高产量。这样就需要有效、快速、可靠、准确且经济高效的计量工具和方法，因此许多制造厂选择使用折光仪。如何借助折射率测量技术来提高生产质量折射率 (RI) 测量技术是一种不消耗浆料的连续在线测量方法，可帮助制造厂在传递工艺相关的实时信息时迅速识别出浆料成分错误，从而减少存在风险的晶圆数量。CMP 浆料携带纳米颗粒，其固体含量为 1 - 30%（取决于浆料类型），因此对其中的过氧化氢浓度进行分析极具挑战性。但通过对特定浆料的折射率及温度特性进行标定，RI 测量法可以不惧这些困难条件，成功测量出钨浆料中的过氧化氢浓度并将误差控制在 ±0.03%（重量）以内。此外，与电导率探头测试不同，RI 测量可以监测 H2O2 浆料浓度，该指标可以反映浆料随时间的沉降和降解情况。因此，RI 不仅用于检验产品的质量，也用于监测进厂原始浆料各批次之间的变化，并验证混合 - 添加步骤。部分浆料输送系统拥有一项引人注目的功能，那就是日用槽自动化学品加料功能。维萨拉半导体行业用折光仪的优点维萨拉半导体行业用折光仪为半导体制造环境设计。该仪器尺寸小且不含金属，因此适合在不影响工艺的情况下测量化学物质。维萨拉半导体行业用折光仪适合 CMP 操作，因为：测量数字化，并且不会产生偏差集成了温度测量组件，可确保高精度的 RI 测量可进行直接密度测量设计坚固可靠，可承受过程中的振动，减少测量误差通过内置诊断程序，可即时了解工艺条件拥有流通池（旨在减少甚至消除结垢现象）参考文献多年来， DFS公司一直在 CMP 操作中使用维萨拉半导体行业用折光仪，长期的成功运作证明该设备可靠且准确。“随着工艺节点越来越多地采用 CMP 步骤，我们必须确保输送到抛光工具的浆料的化学特性以及机械特性保持稳定一致，”DFS公司化学技术研发总监Karl Urquhart 解释道，“在线 RI 监测可以评估进料的化学成分，检验混合添加步骤的质量，并且可以通过一次不消耗浆料的实时测量来验证 CMP 浆料是否混合均匀。”针对 CMP 浆料的 H2O2 测量装置于 2013 年在一家大型半导体制造厂中完成安装，用于取代自动滴定法。安装后，该测量设备稳定运行，并且除了正常的冲洗混浆池外，无需进行仪器维护。通常，在安装维萨拉半导体行业用折光仪后，制造厂的晶圆产量可提升约 20%。此外，CMP 浆料受到严格控制，能够提高研磨过程的均匀性。❖ 维萨拉半导体行业用折光仪 PR-33-S适用于半导体液态化学品测量该折光仪外形紧凑，流通池采用改良超纯 PTFE 制成，适用于半导体液态化学品测量。可通过 ¼ 至 1 英寸的皮拉 Pillar 或扩口 Flare 连接。维萨拉半导体行业用折光仪 PR-33-S 用于晶圆洁净室里的化学品浓度监测，通常被安装在混合、清洗、蚀刻和 (CMP) 等机台上。PR-33-S 包含一个超纯改性 PTFE 流通池主体和一根以太网线，不同标准的以太网供电 (PoE) 开关均可通过以太网线向传感器供电，并将数据传输给计算机。PR-33-S 实时监测化学品浓度，当化学品浓度超出规定范围时，立即通过以太网反馈报警。例如，可通过配置低浓度和高浓度警报来控制和延长溶液使用寿命。这里的浓度通过对溶液折射率 nD 和温度测量来确定。PR-33-S 直接通过喇叭形或pillar配件进行安装。PR-33-S 结构紧凑，不含金属，体积小。关键要素：• N.I.S.T. 标准下的可追溯校准及验证，采用标准折射率液体和验证程序进行验证。• 光学核心设计。 • 通过以太网进行数据记录和远程界面操作。• 标准 UDP/IP 通信。• 过程温度范围：-20°C – 85°C (-4°F – 185°F)。• 内置 Pt1000 快速温度测量及自动温度补偿 。

液相色谱检测器种类较多，如何选择合适的检测器？以及为什么这样选择？之前的推文中我们陆续盘点了UV、DAD、ELSD等检测器，今天再跟大家聊一聊示差检测器。盘点那些年我们用过的液相检测器（一）一、RI 示差折光检测器原理简介关注我们RID是一种偏转式或者斯涅尔式折射率检测器。斯涅尔定律指出，平行光束沿着一个大于零的入射角通过一个将两种具有不同折射率的介质分开的电介质界面时，其折射率将与两种介质的折射率差幅成函数关系。二、示差检测器结构关注我们示差折光检测器结构示意图1、钨灯 2、聚光透镜 3、狭缝 4、准直镜 5、狭缝 6、检测池 7、反光镜 8、零位玻璃 9、光敏接收元件低功率、长寿命的钨灯发射出的光线经过准直透镜和狭缝后，通过参比池（参照池）和样品池（样本池），经平面镜反射回来后，再次通过光学单元，最后通过透镜聚焦到一对光传感二极管上（光传感器）。在测试期间，参比池和样品池中充满流动相。参比池随后与流路隔开，流动相仅流过样品池。如果两个池中介质的折射率没有差异，光线在通过它们时将不会发生折射。1 光束2 样本池3 参照池4 光轴（NsNr）5 光轴（Ns=Nr）6（4）和（5）在光传感器处的间距7 光传感器Ns：样本池中流动相的折射率Nr：参照池中流动相的折射率光线照射到一对光电二极管上，其中每个光电二极管都将给出一个电信号。随后这些信号会被放大，从而测得两个信号之间的差异。如果是零折射，这些信号之间的差异应该为零伏。借助一个电控机械联动装置，用户可以通过光路中的折射透镜来优化光电二极管的零偏转输出。还可以通过额外电路轻松地将信号输出校正为电子零点。1 光传感器A2 光传感器B3 光束当流动相的折射率发生变化时，通过样品池和参比池之间界面的光将被折射，从而使一个光电二极管上的光强增大，另一个电二极管上的光强减小。这种差异产生具有振幅和极性的信号，此信号被放大后，可以驱动图表记录仪。三、应用举例关注我们示差折光检测器是一种通用型检测器，只要被测组分与洗脱液的折光指数有差别就可使用。生命科学中常遇到各类糖类化合物，没有紫外吸收，一般常用示差折光检测器，她的通用性比UVD广，但灵敏度要低，对温度变化敏感，并与梯度洗脱不相容，因而限制了它的使用。应用一：麦芽糖、果糖、葡萄糖、异麦芽糖、麦芽三糖色谱条件色谱柱：月旭Xtimate® NH2（4.6×300，5μm）。流动相：乙腈:水=75：25；检测器：RID；柱温：30℃；流速：1.0mL/min；进样量：50μL。色谱图应用二：磷酸果糖二钠、蔗糖、葡萄糖、果糖色谱条件色谱柱：月旭Xtimate® sugar-Ca（7.8×300mm，8μm）。流动相：纯水；检测器：RID；温度：柱温75℃，检测器40℃；流速：0.2mL/min；进样量：10μL。色谱图四、示差检测器维护关注我们要想获得良好的实验结果，使用RID的三大法宝：第一、脱气；第二、平衡好流动相；第三、保持恒温恒压。在实际工作中我们会遇到很多典型的问题，接下来我们一起来分析一下这些问题如何破。五、使用注意事项关注我们1、正确放置溶剂瓶和废液瓶。要把溶剂瓶放在比示差监测器和溶剂泵还要高的位置，检测器出口留足够长的废液管通到下方的废液瓶，这样可以使样品池有一定背压，有利于检测信号的稳定。2、循环使用流动相。建议循环使用流动相。在没有进行分析时，打开循环阀，让流动相进行循环，这样泵就可以连续运行不必停止，一直到进行下一个分析。这样操作不仅可以节省流动相，而且检测器可以连续稳定的运行，随时进行样品分析。3、示差折光检测器不能用做梯度洗脱。由于介质的改变和压力的波动都会影响基线的稳定性，所以使用示差折光检测器时不能进行梯度洗脱。4、保证检测器的温度恒定。光学系统和流动相的温度对基线的稳定性影响很大。示差折光检测器可在比室温高5℃到55℃的范围内控温。建议将温度设为比室温高5℃，并确保柱温箱的温度与检测器保持一致。温度不宜过高，因为介质的折光指数随温度升高而降低，温度过高会使灵敏度降低。5、不可让流通池承受过大的压力。示差折光检测器流通池的反压约为1000psi，如果还要在系统里连接其他检测器。即示差折光检测器在流路系统里必须放在最后，以防压力增大时损坏流通池。6、某些溶剂随长时间存放而改变会造成基线的漂移。例如乙腈/水的混合物中乙腈的含量会降低，四氢呋喃会变成过氧化物，在吸湿性有机溶剂中的水量会增加，而保存在参比流通池中的溶剂如四氢呋喃会产生气体。因此，流动相最好做到临用现配或在有效期内使用。对于含有有机溶剂的流动相一般有效期3天，对于不含有机溶剂的流动相如纯盐或者纯水则根据室温情况，可临用现配或是配置好4℃冷藏，取用前先放置至室温。7、避免流动相和特定的色谱柱反应。某些流动相和特定的色谱柱反应，会产生长时间的噪声，例如乙腈/水流动相和氨丙基键合固定相在一起会出现这一现象。要判断长时间的噪声是否是由流动相/色谱柱的反应而产生，应该使用限流毛细管代替色谱柱，考查示差折光检测器的性能。