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ICP-MS用不同聚合物材料作為超純水容器時超純水中痕量金屬的含量
閱讀：1000 發布時間：2020-7-25摘要 ：本研究的目的是找到一種經濟有效的超純水 (UPW) 儲存方法。目標是找到一種低成本材料，該材料不含 在儲存期間可能會滲入 UPW 的污染金屬。本文展示 了在短期和長期儲存的 UPW 中分析特定金屬時獲得 的結果。將低密度聚乙烯 (LDPE) 和高密度聚乙烯 (HDPE) 與 PTFE 全氟烷氧基聚合物樹脂 (PFA) 和 PTFE 氟化乙丙烯 (FEP) 進行了比較。
前言：儲存容器對樣品或高純度試劑的陽離子污染是分析實 驗室采用電感耦合等離子體質譜 (ICP-MS) 進行超痕 量金屬分析時的關鍵考慮因素和主要挑戰。通常，較 高的儀器空白和后續較高的檢測限 (LOD) 和背景當量 濃度 (BEC) 值都可以追溯到試劑/溶液雜質。 Seastar Chemicals Inc.（加拿大）作為實驗室市場的 高純度酸和氨生產商，擁有 30 多年的豐富經驗，專業從事 ppt 和亞 ppt 級多元素分析測定，以用于高純 度試劑的質量控制。超純水 (UPW) 的生產和儲存是 我們開展試劑蒸餾、實驗室溶液/稀釋液和痕量金屬 潔凈室工作的關鍵基礎。因此，Seastar 的研發重點 主要包括材料浸出和分析，用以改善產品儲存。保持 我們的產品在痕量金屬方面的可靠品質需要化學惰性 的工程材料，這些材料應不含痕量金屬或浸出的濃度 在可接受水平。近，我們購置了 Agilent 7500cs， 得以繼續研究 ICP-MS 分析的更低檢測限，以在 范圍內提供用于痕量金屬分析的高純度的酸。
Seastar 的高純度酸產品具有腐蝕性，因此需要更昂 貴的 PTFE 全氟烷氧基聚合物樹脂 (PFA) 或 PTFE 氟 化乙丙烯 (FEP) 進行儲存和運輸，而聚乙烯已不適用。 由于 UPW 相對惰性，本研究重點展示了短期和長期 儲存后 UPW 中特定金屬的分析結果，對低成本的低 密度聚乙烯 (LDPE) 和高密度聚乙烯 (HDPE) 與 PTFE PFA 和 PTFE FEP 進行了比較。
儀器與樣品前處理 ：所有樣品均采用 Agilent 7500cs ORS ICP-MS 進行分 析。該儀器位于 1000 級潔凈室內，自動進樣器直接 置于超高效空氣過濾器 (ULPA) 過濾的空氣氛圍中。 分析前的所有樣品處理均在 100 級或更高潔凈標準的 條件下進行。使用的所有試劑均為 Seastar ChemicalsBaseline 品質。我們的許多客戶在半導體應用中都會 使用我們的產品；因此，Seastar 的質量控制潔凈室 處理和產品認證符合 SEMI 分析和回收指南。
本研究中所用的容器瓶為 Nalge Nunc International (Rochester, NY) 制造。容器瓶由原生樹脂制成，不含 顏料、添加劑或穩定劑。PTFE FEP 和 PTFE PFA 容 器瓶使用 Seastar Chemicals Inc. *的樹脂和條件 制造。
用于分析的所有容器瓶均為 1 升容量，用于獲得相當 的表面積浸出。在本研究中，所有容器瓶都用肥皂和 水清洗，以去除制造過程產生的表面灰塵，然后用去 離子水*沖洗。預浸容器瓶采用稀釋的高純度酸填 充，并在 50 °C 下儲存兩周，然后用去離子水*沖 洗。所有樣品前處理和數據采集均在 100 級或更高標 準的潔凈室條件下進行。 用 UPW 將每種聚合物容器瓶各填充六瓶（三瓶經預 浸處理和三瓶未經浸出處理），并在室溫下直立儲存21 天。從每個容器瓶中傾倒出 10 毫升試樣，用硝酸 酸化至 2％ (v/v)，通過外部校準進行分析。然后將每 個容器瓶用硝酸酸化至 2％ (v/v)，并使其在室溫下浸 出 24 小時。通過外部校準再次分析少量試樣。
結果與討論： 在初步研究中，儲存在經預浸處理和未經浸出處理的 容器瓶中的未酸化 UPW 具有與 2％ v/v 高純度硝酸 相當的 BEC。這表明，在超純水的 pH 下 (pH 5.2) 沒 有從聚合物中浸出金屬。為了測試 pH 的影響，將相 同的容器瓶用硝酸酸化至 2％ (v/v) 并再次儲存 24 小 時。表 2 中的數據匯總了每種聚合物類型的平均結果。 萃取出的元素為 Ca、Fe、Mg、Al 和 Cu。所有 經預浸的 PTFE 容器瓶都不含可檢測到的萃取物。經預浸的 LDPE 僅檢測出四種元素，均小于 10 ppt。經 預浸的 HDPE 檢測出了六種元素，其中 Ca 和 Al 含量 較高。對于大多數應用，經預浸的 LDPE 容器是 UPW 和稀酸溶液的性價比的選擇。
結論 ：所有用于超痕量金屬分析的實驗室器皿在使用酸性溶 液之前必須進行預浸處理。在未經浸出處理的容器瓶 中檢測到的元素標準偏差較大，表明不同容器瓶之間 具有明顯差異。在可能的情況下，應對所有容器瓶和 實驗室器皿進行標識并進行空白測試。可萃取物 的元素特征隨后可用于確定污染問題的來源。根據本實驗室的經驗，每個聚合物容器瓶和實驗室器皿制造 商都具有*的元素特征，且可萃取物值可能與本研 究中報道的不同。 對于稀硝酸溶液和長期儲存的 UPW，經預浸的 LDPE 容器瓶保持低于 10 ppt 的元素濃度。從痕量金屬的 角度來看，對于 UPW 和稀酸溶液，經預浸的 LDPE 是 PTFE PFA 和 FEP 的出色且經濟有效的替代品。