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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：1210 發布時間：2020-7-29前言 ：磷化氫和砷化氫等氫化物氣體是石化和半導體行業中使用的工藝化學 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過程中所用的催化劑具有 不利影響。這些痕量污染物的準確濃度數據有助于預測催化劑壽命， 大程度縮短生產停機時間。 在半導體行業中，磷化氫可用作 III-V 族化合物半導體沉積的前體以 及二極管和晶體管等半導體器件生產過程中的摻雜劑。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（例如硅烷、 鍺烷、水分或硫化氫）至關重要，因為這些雜質可能會對終器件產 品產生重大影響。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 用于生產高電子遷移率晶體管 (HEMT) 和場效應晶 體管 (FET)，鍺烷會對產品性能產生不利影響。
迄今為止，檢測 ppb 級濃度的這些污染物已經可 以滿足要求，但隨著行業內競爭日益激烈和性能 標準不斷提升，指標要求越來越低。此外，高純 氣體制造商往往需要分析檢測限僅為報告指標的 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。 近，Agilent 7900 ICP-MS 對這些物質的測量水 平達到了 1–2 ppb。隨著行業對更低檢測限的需求 不斷增加，針對這類應用開發出一種全新的高靈敏 度 GC-ICP-MS 方法，采用的儀器為 Agilent 8800 串聯四極桿 ICP-MS (ICP-MS/MS)。
實驗部分：儀器 通過安捷倫 GC-ICP-MS 接口實現 Agilent 7890 氣相色譜儀與 Agilent 8800 ICP-MS/MS 的聯用。 表 1 中列出的氣相色譜操作參數也用于通過 Agilent 7900 ICP-MS 進行的 GC-ICP-MS 平行研究。8800 ICP-MS/MS *兩個四極桿質量過濾器 （Q1 和 Q2），位于八極桿反應池系統 (ORS3 ) 碰撞/ 反應池 (CRC) 的兩側。在 MS/MS 模式下，Q1 作 為質量過濾器運行，僅允許目標分析物質量數進入 池中，而排除所有其他質量數。由于 Q1 排除了等離子體、基質和非目標分析物離子，ORS3 內的反 應過程可以得到控制，并可保持一致性。因 此，即使對復雜的高基質樣品也可以實現準確的測 量，同時顯著提高靈敏度。ORS3 池可以使用碰撞 氣體加壓，通過動能歧視 (KED) 或碰撞誘導解離 (CID) 除去多原子離子，也可以使用反應氣體與干 擾離子或者目標離子選擇性反應，以實現無干擾測 定，或者還可以將二者結合使用。
在本研究中，8800 ICP-MS/MS 在 MS/MS 質量轉 移模式下運行，使用氧氣作為反應氣體測定 Ge、 As、P 和 S。氫氣池氣體模式用于在 m/z 28 處對 Si 的主要同位素進行原位質量測定。兩種模式下的 調諧條件幾乎*相同，不同之處僅為 KED 電壓 和反應池氣體流速。
結論：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具有明顯的優勢，能夠實現行 業所要求的低檢測限。與采用傳統四極桿 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。