中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

大气压电离质谱及其用于超高纯气体分析的研究进展

张体强, 胡树国, 韩桥. 大气压电离质谱及其用于超高纯气体分析的研究进展[J]. 岩矿测试, 2014, 33(6): 775-781.
引用本文: 张体强, 胡树国, 韩桥. 大气压电离质谱及其用于超高纯气体分析的研究进展[J]. 岩矿测试, 2014, 33(6): 775-781.
ZHANG Ti-qiang, HU Shu-guo, HAN Qiao. Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry and Its Application in the Analysis of Ultra High Purity Gases: A Review[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(6): 775-781.
Citation: ZHANG Ti-qiang, HU Shu-guo, HAN Qiao. Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry and Its Application in the Analysis of Ultra High Purity Gases: A Review[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(6): 775-781.

大气压电离质谱及其用于超高纯气体分析的研究进展

  • 基金项目: 国家科技支撑计划“高准确度化学计量溯源技术研究”子课题“高纯气体高准确度溯源技术研究”(2013BAK10B03)
详细信息
    作者简介: 张体强, 博士后, 从事超高纯气体纯度分析研究。E-mail: zhangtq@nim.ac.cn; 胡树国, 副研究员, 从事气体计量及高纯气体纯度分析研究。E-mail: hushg@nim.ac.cn
  • 中图分类号: O659.63

Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry and Its Application in the Analysis of Ultra High Purity Gases: A Review

  • 超高纯气体在工业生产中有非常重要的地位, 如半导体工业中电子气的质量直接影响半导体器件的性能, 百万分之几的微量杂质气体便可导致集成电路中元件存储信息量的减少。越来越高的气体纯度要求对分析方法及仪器的灵敏度提出了很大的挑战。大气压电离质谱(APIMS)由于可以在大气压条件下对杂质进行电离, 并伴随高效的电离方式, 因此具有极高的灵敏度, 成为超高纯气体杂质分析中极为有效的技术手段, 特别适合检测10-9 mol/mol甚至10-12 mol/mol浓度量级的气体杂质。APIMS采用电晕放电及63Ni两种电离源, 通常以电晕放电电离源为主, 质量分析器常采用四极杆, 同时为适应超高纯气体分析, APIMS配备了气体进样系统及可将标准气体稀释产生校正气体的稀释系统。APIMS对杂质检测的灵敏度与杂质的电离方式密切相关, 电荷传递是杂质电离最主要的一种方式, 适用于电离能相差较大的底气与杂质, 常见的N2、Ar由于电离能较高, 其中的大部分杂质均可依靠该方式测定; 质子转移反应的应用通常与H2有关, 常用于H2中杂质的测定, 也可以通过添加H2的方法促进对Ar中N2杂质的检测; 运用形成团簇离子的反应尽管较少, 但亦有报道, 通过监测团簇离子O2+·H2O, 可提高O2中杂质H2O的检测灵敏度。依据不同的电离反应, 可以设计对不同杂质的测定方式, 实现对痕量、超痕量杂质的检测。APIMS检测灵敏度通常比电子轰击电离质谱(EI/MS)高104~106倍, 因此目前依然是超高纯气体分析中不可替代的仪器方法, 但在某些方面如对有腐蚀性电子特气的分析, 方法灵敏度有待提高。

  • 加载中
  • 表 1  APIMS对N2中杂质的检出限

    Table 1.  Detection limits of impurities in N2 determined by APIMS

    杂质种类 检出限(nmol/mol) 参考文献 杂质种类 检出限(nmol/mol) 参考文献
    H2O 0.002 [28] H2 0.04 [37]
    O 2 0.01 [18] CH 4 0.03 [28]
    CO 2 0.2 [18] 乙烷 0.05 [31]
    CO 15 [19] 丙烷 0.11 [31]
    N 2O 1.7 a [18] 丙酮 0.125 [31]
    NO 0.06 [18] 异丙醇 0.2 [31]
    注:标注“a”的数据为实际检出杂质浓度。
    下载: 导出CSV
  • [1]

    doi: 10.1007/s00216-010-3808-3

    [2]

    Caroll D I, Wernlund R F, Cohen M J. Apparatus and methods employing ion-molecule reactions in batch analysis of volatile materials: United States, 3639757 [P/OL]. 1972.

    [3]

    doi: 10.1021/ac200918u

    [4]

    doi: 10.1016/j.aca.2011.06.017

    [5]

    doi: 10.1039/c1ja10158g

    [6]

    [7]

    doi: 10.1146/annurev.anchem.111808.073702

    [8]

    [9]

    [10]

    [11]

    doi: 10.1021/ac102687u

    [12]

    [13]

    Bossard P, Mettes J, Gornick F, Breziner L. Novel sensor for measuring trace impurities in ultra pure hydrogen; proceedings of the 2012 AIChE Annual Meeting, Pittsburgh, PA, F, 2012 [C].

    [14]

    [15]

    doi: 10.1134/S1061934810140145

    [16]

    [17]

    Juneja H S. Removal of Adsorbed Moisture and Organics from Surfaces and Nanostructures in Semiconductor Manufacturing [D]. Tucson: The University of Arizona, 2008.

    [18]

    doi: 10.1021/ac00254a016

    [19]

    doi: 10.1021/ac50059a027

    [20]

    doi: 10.1021/ac60328a035

    [21]

    doi: 10.1021/ac60342a009

    [22]

    doi: 10.1021/ac50006a035

    [23]

    doi: 10.1021/ac00178a014

    [24]

    Siefering K, Berger H. Improved apims methods. 1. Analysis of nonstandard contaminants in nitrogen and argon[J]. Journal of The Electrochemical Society, 1992, 139(5): 1442-1445.

    [25]

    doi: 10.1002/(ISSN)1096-9888

    [26]

    Bandy A R, Ridgeway R G, Mitchell G M. Negative ion atmospheric pressure ionization and selected ion mass spectrometry using a 63ni electron source, US 6, 956, 206 B2 [P/OL]. 2005.

    [27]

    doi: 10.1021/ac971273o

    [28]

    [29]

    doi: 10.1021/ac50010a023

    [30]

    doi: 10.2116/bunsekikagaku.37.8_430

    [31]

    doi: 10.1149/1.2055146

    [32]

    doi: 10.1143/JJAP.34.4991

    [33]

    doi: 10.1143/JJAP.34.359

    [34]

    http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DWTQ701.014.htm

    [35]

    http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDJL702.008.htm

    [36]

    http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZPXB199704005.htm

    [37]

    doi: 10.1143/JJAP.32.2886

    [38]

    doi: 10.1265/ehpm.2000.97

    [39]

    doi: 10.2116/bunsekikagaku.57.715

    [40]

  • 加载中

(1)

计量
  • 文章访问数:  808
  • PDF下载数:  5
  • 施引文献:  0
出版历程
收稿日期:  2014-03-13
修回日期:  2014-11-25
录用日期:  2014-11-29
刊出日期:  2014-06-25

目录