Sub-ppb detection limits for hydride gas contaminants using GC-ICP-QQQ

Význam tématu

Hydridové plyny, jako jsou fosfin, arsín, hydrogen sulfid, karbonyl sulfid a silan, představují klíčové nežádoucí příměsi v procesech petrochemického a polovodičového průmyslu. I stopové množství ovlivňuje účinnost katalyzátorů při výrobě polymerů a elektrické vlastnosti polovodičových materiálů či zařízení. S rostoucími požadavky na čistotu a výkonnost roste potřeba spolehlivé analýzy na úrovni ppt.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a ověřit vysoce citlivou metodu na bázi kombinace plynové chromatografie s trojnásobným kvadrupólem ICP-MS (GC-ICP-QQQ), která umožní stanovit široké spektrum hydridových plynů v sub-ppb a ppt úrovních. Metoda byla porovnána s konvenční GC-ICP-MS (Agilent 7900) ve standardním režimu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci byl použit GC Agilent 7890 s kolonkou DB-1 (100 m × 0,53 mm, 5,0 µm) za izotermických podmínek a konstantního tlaku 20 psig. Vzorkování probíhalo pomocí šestipolohového ventilu s 400 µL smyčkou. GC byl napojen na Agilent 8800 ICP-QQQ vybavený dvojnásobným kvadrupólem (Q1 a Q2) kolem ORS3 buňky, kde se jako reakční plyn používalo kyslíku (O2 mode) pro tvorbu reakčních produktů (MO+) a vodík (H2 mode) pro odstraňování interferencí při měření Si.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity (DL) vypočtené dvojím přístupem (2×S/N a metodou opakovaných měření) pro GC-ICP-QQQ dosahovaly:

• fosfin (PO+): 8–19 ppt
• german (GeO+): 3,9 ppt
• arsín (AsO+): 1,3 ppt
• hydrogen sulfid/karbonyl sulfid (SO+): 110–210 ppt
• silan (Si+): 140–200 ppt

Ve srovnání s konvenční GC-ICP-MS byly detekční limity až 5–10× nižší u plynů s vyšším pozadím (P, S) a sub-ppt u Ge a As obou metod.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost rutinního sledování stopových hydridů na úrovni ppt.
• Přesnější řízení kvality procesních plynů v petrochemii a polovodičové výrobě.
• Predikce životnosti katalyzátorů a minimalizace prostojů.
• Zajištění elektrických parametrů polovodičových materiálů bez interferenčního rušení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším směrem je nasazení ultračistých polymerních nebo inertních kolonkových materiálů ke snížení pozadí, rozšíření metodiky na další toxické či radioaktivní hydridy a integrace s on-line procesním monitorováním. Kombinace MS/MS režimu s různými reaktivními plyny nabídne flexibilitu pro široké spektrum analytů.

Závěr

GC-ICP-QQQ s Agilent 8800 prokázala výrazně vyšší citlivost a nižší pozadí než konvenční GC-ICP-MS, umožňuje stanovení klíčových hydridových příměsí v procesech petrochemie a polovodičové výroby na úrovni jednotek až desítek ppt.

Reference

• Geiger W, Soffey E, Wilbur S, Scanlon C. Sub-ppb detection limits for hydride gas contaminants using GC-ICP-QQQ. Agilent Technologies Application Note 5991-5849EN, 2015.