王路

(北京化學(xué)試劑研究所有限責(zé)任公司,北京 100084)

近年來,由于軍事和民用領(lǐng)域?qū)ξ㈦娮赢a(chǎn)品的明顯需求,微電子組裝技術(shù)得到了發(fā)展:多芯片、高密度、小型化、3D堆疊、高集成度、低成本、高性能等。近年來,微電子組裝技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。因此,微電子組裝技術(shù)的不斷發(fā)展需要不斷研究和開發(fā)新的技術(shù)和材料。微波芯片元件的純度對產(chǎn)品性能和可靠性起著重要作用。

有機(jī)化合物主要由碳和氫元素組成,是含碳化合物,但不包括碳的氧化物和硫化物、羧酸、碳酸鹽、氰酸鹽、氰化物、硫氰化物、氰化物、碳化物、碳硼烷、金屬碳酸鹽、金屬碳酰、沒有M-C鍵的配體的金屬絡(luò)合物、一些有機(jī)金屬化合物(M-C鍵)和其他碳化合物,這些主要是在無機(jī)化學(xué)中研究。

不明物質(zhì)的成分剖析,是通過運(yùn)用相應(yīng)的化學(xué)分析手段,對不明物質(zhì)的外觀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等一系列化學(xué)分析。在成分剖析中,因?yàn)樗杵饰龅臉悠返亩鄻訌?fù)雜性,所用剖析的方法的復(fù)雜性,其成為分析學(xué)科復(fù)雜困難的一個(gè)方面。

在針對未知有機(jī)混合清洗劑的剖析,通常需要結(jié)合實(shí)際情況綜合運(yùn)用幾種分析方法。由于此種有機(jī)混合清洗劑具有揮發(fā)性的特點(diǎn),所以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀適合用于本有機(jī)混合清洗劑的分析。主要利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(CG-MS),結(jié)合傅里葉變換紅外光譜儀(IR),水分測定儀(SFY),電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(ICP),微波消解儀(MDS)等對一種無色透明粘稠液體狀的有機(jī)混合清洗劑進(jìn)行化學(xué)成分的剖析,通過對測試結(jié)果的綜合分析,確定出該產(chǎn)品的組成。實(shí)驗(yàn)可為同類產(chǎn)品的剖析提供思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)通過對有機(jī)混合清洗劑外觀進(jìn)行觀察,判斷其在常溫下的氣味、狀態(tài)和顏色。

(2)通過使用傅里葉變換紅外光譜儀定性分析有機(jī)混合清洗劑的主體成分:傅立葉變換紅外光譜儀基本上由紅外光源、干涉儀、樣品池、檢測器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等組成。它與漫反射紅外光譜儀不同的是,它沒有單色儀或狹縫,而是使用邁克爾遜干涉儀來獲得入射光的干涉圖,然后通過時(shí)域特征的傅里葉變換將其轉(zhuǎn)換成頻域特征場(傳統(tǒng)紅外光譜儀)。掃描速度非常高。一個(gè)高質(zhì)量的紅外光譜可以在大約一秒鐘內(nèi)掃描完畢,在多次掃描中具有良好的可重復(fù)性,非常高的分辨率,通過與干涉測繪技術(shù)的復(fù)用,可以提高分辨率。高靈敏度和高信噪比。沒有分離器或棱鏡的傅立葉變換紅外光譜儀最大限度地減少了光損失,并通過干擾放大了光信號(hào),以高光強(qiáng)度到達(dá)檢測器,實(shí)現(xiàn)高信噪比。位文數(shù)的準(zhǔn)確性非常高。在FTIR光譜儀中,移動(dòng)鏡的位置是用氦氖激光器精確測量的,因此可以高精度地測量光場差,在計(jì)算發(fā)射的光波數(shù)量時(shí),精確度為0.01 cm-1?？梢詼y量廣泛的光譜。通過簡單地改變分光器和光源,可以分析從10 000 cm-1到10 cm-1的整個(gè)紅外光譜。傅立葉變換紅外光譜儀的其他優(yōu)點(diǎn)是輸出能量高,在整個(gè)波長范圍內(nèi)分辨率穩(wěn)定,重復(fù)性好,雜散光少,容易與氣相色譜和液相色譜結(jié)合。

(3)通過使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測有機(jī)混合清洗劑的主要成分和含量:7890A氣相色譜,使用30 m IntuvoDB-5ms超高慣性色譜柱,與帶有EI惰性離子源的Agilent 5977BMSD連接。DB-5msUI 30 m×0.25 mm,0.5 μm,流速2 mL/min,連續(xù)流動(dòng)。柱子的溫度保持在60 ℃ 2 min,然后以20 ℃/min的速度升至260 ℃,以6 ℃/min的速度升至330 ℃,并保持1 333 min(標(biāo)準(zhǔn)樣品)或10 333 min(研磨提取物)。輸入溫度為300 ℃,傳輸線溫度為330 ℃,離子源溫度為330 ℃,四極溫度為200 ℃。直到0.5 min,在壓力為431.685 kPa的情況下,采用無分離的脈沖注射模式,0.5 min的放電速率為0 mL/min,之后放電分離器將速率變?yōu)? mL/min。注射量為1 mL。

(4)通過使用固體|水分測定儀檢測有機(jī)混合清洗劑的固體含量:使用MA100固體|水分測定儀測定未知有機(jī)混合清洗劑的固體含量,將儀器溫度設(shè)置為130 ℃,將儀器的終止條件設(shè)置為0.1 mg·min-1,使用1 mL的塑料吸管吸取0.7 g的樣品滴入儀器的鋁合金托盤上,并啟動(dòng)機(jī)器。

(5)通過使用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀測試參數(shù)檢測有機(jī)混合清洗劑的部分金屬元素。

鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%～38%)分析純;硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%～68%)分析純;去離子水(電阻率≮15 MΩ·cm);砷、鐵、銅、鎳、鉛、鈷、鋁、錫儲(chǔ)備液均為100 μg/mL(表2)。

表2 實(shí)驗(yàn)原料與試劑

美國珀金埃爾默股份有限公司(PerkinElmer)生產(chǎn)的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)具有專有的MSF功能(多元素光譜擬合技術(shù)),可有效消除基體和共存元素干擾,經(jīng)系統(tǒng)性的綜合比較,本研究選定其為主檢測設(shè)備。本研究在方法開發(fā)、試驗(yàn)及應(yīng)用等過程中,經(jīng)充分地多樣品、多條件的系統(tǒng)試驗(yàn)和驗(yàn)證,充分的驗(yàn)證了該方法無論是在精密度、可靠性和穩(wěn)定性上,還是在靈活性、分析速度上,抑或是在使用的簡便性等多方面,都獲得了令人滿意的結(jié)果。

目前,原子吸收分光光度法用于測定固體樣品中經(jīng)過干法、微波和濕法消化后的微量元素含量,原子熒光光度法、X射線熒光光度法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。電感耦合等離子光譜發(fā)生儀可用于樣品中多種元素的同步定性、定量和半定量分析,具有許多優(yōu)點(diǎn),包括準(zhǔn)確可靠的結(jié)果、低檢測限、低基體效應(yīng)和寬動(dòng)態(tài)范圍。因此,采用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀的方法,利用不同元素濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,制定并分析了樣品中微量元素殘留的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

100 mg/L的Zn、Pb、Ni、Fe、Hg、Mn、Au、Mg、Cu、Na和K混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備:準(zhǔn)備100 mL容量瓶,使用移液管分別移取1 000 mg/L的Zn、Pb、Ni、Fe、Hg、Mn、Au、Mg、Cu、Na和K的標(biāo)準(zhǔn)溶液各10 mL置于容量瓶中,其次將配制好的1%硝酸溶液定容到容量瓶的刻度,混勻備用,用以制備質(zhì)量濃度分別為1,5,10,20 mg/L的混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液。

設(shè)置儀器后,應(yīng)根據(jù)各被測元素的光譜特性、不同元素之間的干擾以及儀器對該元素的靈敏度,選擇凈發(fā)射率高、與其他元素干擾小、背景強(qiáng)度低、重疊強(qiáng)度低的光譜線作為被測元素的光譜線。應(yīng)選擇凈發(fā)射率高、信噪比高、同時(shí)出現(xiàn)的特征干擾少、背景強(qiáng)度低、重疊度低的光譜線作為被測元素的分析光譜線。通過優(yōu)化中所列的電感耦合等離子光譜發(fā)生儀的功率參數(shù),確定了最佳的電感耦合等離子光譜發(fā)生儀的功率參數(shù)(表3)。

表3 儀器最佳工作參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 外觀及性狀

通過觀察可以得知,有機(jī)混合清洗劑為無色透明液體,且具有有機(jī)物的氣味,無明顯特殊刺激性氣味,無機(jī)械雜質(zhì)、沉淀物以及懸浮物。

2.2 傅里葉變換紅外光譜

將適當(dāng)有機(jī)混合清洗劑涂抹到氯化鈉玻片上,置于傅里葉變換紅外光譜儀檢測其主要成分,得到的紅外圖譜如圖1所示。

圖1 樣品的紅外光譜圖

由圖1可以得知,3 370,3 258,1 327,1 201,1 088 cm-1處的吸收說明主要含有碳氧鍵的環(huán)狀物存在,且上述紅外光譜與1,3-二氧戊環(huán)相似,綜合紅外光譜數(shù)據(jù)可以推測出有機(jī)混合清洗劑樣品的主要化合物組成為1,3-二氧戊環(huán)。

2.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測試

通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測試得出的質(zhì)譜圖由圖2所示。

圖2 樣品的GC-MS質(zhì)譜圖

由圖2可以得知,有機(jī)混合清洗劑的主要成分為1,3-二氧戊環(huán)和丙二醇甲醚,并含有微量乙二醇單甲酸酯和二甲氧醛丙烷等2種有機(jī)溶劑雜質(zhì),GC外標(biāo)法測定1,3-二氧戊環(huán)質(zhì)量含量約為66.3%,丙二醇甲醚的質(zhì)量含量約為33.1%,乙二醇單甲酸酯的質(zhì)量含量約為0.13%,二甲氧醛丙烷的質(zhì)量含量約為0.07%,水的質(zhì)量含量約為0.07%。

2.4 固體|水分測定儀測試

使用MA100固體|水分測定儀測定未知有機(jī)混合清洗劑的固體含量,將儀器溫度設(shè)置為130 ℃,將儀器的終止條件設(shè)置為0.1 mg·min-1,使用1 mL的塑料吸管吸取0.7 g的樣品滴入儀器的鋁合金托盤上,并啟動(dòng)機(jī)器。測定的樣品的固體質(zhì)量含量為22.31%。

2.5 電感耦合等離子光譜發(fā)生儀測試

使用電子天平稱取5 g左右的有機(jī)混合清洗劑,精確到0.0001 g,將稱取好的樣品置于微波消解儀的消解管中,使用移液管量取6 mL硝酸于消解管中,并將消解管密封處理。將密封好的消解管置于微波消解儀的轉(zhuǎn)子中,啟動(dòng)微波消解儀,設(shè)置程序,20 min升溫到150 ℃,并保持溫度10 min,10 min升溫到180 ℃,保持溫度10 min,然后開始降溫至常溫,目的為消解樣品中的有機(jī)物。將處理過后的消解管打開,置于恒溫消解儀上進(jìn)行趕酸處理,待到消解管中的溶液蒸至約1 mL后,取出消解管并冷卻至室溫,冷卻后使用高純水反復(fù)沖洗消解管,并將洗滌液中加入1 mL的鹽酸,將洗滌液轉(zhuǎn)移至50 mL的容量瓶中,使用高純水稀釋至刻度,搖勻待測;用相同方法處理空白溶液及其他樣品。將其通過電感耦合等離子光譜發(fā)生儀測試其內(nèi)的陽離子成分,如下表4所示。

表4 樣品金屬陽離子成分及含量

通過表4可以得知,樣品中含有微量的陽離子金屬元素Zn、Fe、Mg、Na和K。

3 結(jié)論

通過多種現(xiàn)代分析儀器數(shù)據(jù)的綜合解析,確定出未知有機(jī)混合清洗劑主要成分1,3-二氧戊環(huán)和丙二醇甲醚,并含有微量乙二醇單甲酸酯和二甲氧醛丙烷等2種有機(jī)溶劑雜質(zhì),其1,3-二氧戊環(huán)含量約為66.3%,丙二醇甲醚的含量約為33.1%,乙二醇單甲酸酯的含量約為0.13%,二甲氧醛丙烷的含量約為0.07%,水的含量約為0.07%,測定的樣品的固體含量為22.31%,并存在微量的陽離子金屬元素鋅、鐵、鎂、鈉和鉀。