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高純材料痕量雜質元素含量的分析應用
ICP
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ICP發射光譜儀即電感耦合等離子體光譜儀，ICP是根據處于激發態的待測元素原子回到基態時發射的特征譜線對待測元素進行分析的方法，主要應用于無機元素的定性及定量分析。
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ICP-AES :?Atomic Emission Spectrometry
ICP-OES? :? Optical Emission
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ICP的原理：原子的外層電子由高能級向低能級躍遷，多余能量以電磁輻射的形式發射出去，這樣就得到了發射光譜。
原子發射光譜是線狀光譜，譜線波長與能量的關系式為：
ICP的優點
1.多元素同時檢出能力（可同時檢測一個樣品中的多種元素）
2. 分析速度快（固體、液體試樣均可分析）
3. 選擇性好（光譜的特征性強，對一些化學性質極相似的元素的分析有優勢）
4. 檢出限低（一般可達0.1～1ug·g-1，絕對值可達10-8～10-9g ）
5. 用icp光源時，準確度高，標準曲線的線性范圍寬，可達4～6個數量級（可同時測定高、中、低含量的不同元素）
6. 樣品消耗少（適于整批樣品的多組分測定，尤其是定性分析更顯示出獨特的優勢）
ICP 可以測試的樣品
ICP主要用于微量元素的分析，可分析大多數金屬以及少量的非金屬（P、S、Si、B）
1:金屬(鋼鐵,有色金屬)
2:化學,藥品,石油,樹脂,陶瓷
3:生物,醫藥,食品
4:環境(自來水,環境水,土壤,大氣粉塵)
5:可以分析其他各種各樣樣品中的金屬
備注:固體樣品必須進行前處理(液化)
?常量分析0.X%--20% ?微量分析 0.00X%---0.X%?
?痕量分析:0.0000X%---0.000X%,一般需要分離和富集,?
?不宜用于測定30%以上的,準確度難達到要求.
案例1：納米碳酸鈣的ICP全掃
設備：PE 公司Avio 200
前處理：加硝酸、雙氧水等微波消解，稀釋定容后ICP測試
經過ICP的全元素掃描，本粉末除了高含量的Ca元素外，還測試出K（鉀）、Na（鈉）、Mg（鎂）、Sr(鍶)、Si（硅）、Ti（鈦）、Zn（鋅）等雜質元素。
ICP-MS技術的分析精密度較高，受到的干擾較少，能與多種分離技術相結合，被逐漸應用到對雜質容忍度很低的行業中，諸如半導體、鋰電池、生物醫藥、食品等。
它能同時測定幾十種痕量無機元素，可進行同位素分析、單元素和多元素分析，比ICP-OES定性更準確，且有更低的檢出限。
ICP-MS
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電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS），它是一種將ICP技術和質譜結合在一起的分析儀器。
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ICP利用在電感線圈上施加的強大功率的高頻射頻信號在線圈內部形成高溫等離子體，并通過氣體的推動，保證了等離子體的平衡和持續電離。
在ICP－MS中，ICP起到離子源的作用，高溫的等離子體使大多數樣品中的元素都電離出一個電子而形成了一價正離子。
質譜是一個質量篩選和分析器，通過選擇不同質核比（m/z）的離子通過來檢測到某個離子的強度，進而分析計算出某種元素的強度。
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★史無前例的基質耐受能力（優于傳統ICP100倍）
★最寬的動態范圍（亞 ppt 級到百分級濃度）
★痕量物質檢測更勝一籌（更低的檢出限）
★更快的瞬時信號分析（每秒可完成 10000 次獨立測量）
ICP-MS 7900的主要組成如下：
1.進樣系統
標準的低流量、帕爾帖冷卻進樣系統提高了運行穩定性和一致性，集成進樣系統 (ISIS 3)增配了活塞泵和緊密連接的7通閥，可實現高速不連續進樣。
2.超高基質進樣系統(UHMI)
UHMI將基質耐受性提高到25%的總溶解態固體(TDS)，還可提高等離子體的穩定性，顯著降低基質抑制效應。
3.等離子體與屏蔽炬系統(STS)
精密離子能量控制確保了氦氣模式下的高靈敏度和有效的干擾去除能力，維護儀器后，炬管將自動與接口對齊。
4.27MHz等離子體RF發生器
高速頻率匹配RF發生器增強了等離子體對各種基質的耐受能力，即使是強揮發性的有機溶劑進樣也不會影響等離子體的穩定性。
5.離軸離子透鏡組
在整個質量數范圍內提高離子傳輸效率，最大程度減少質量歧視，無需針對特定質量數進行電壓優化。
6.雙曲面四極桿
僅用于ICP-MS的雙曲面四極桿，具有優異的峰分離能力和豐度靈敏度，無需定制四極桿設置即可實現相鄰峰的分離。
7.正交檢測器系統(ODS)
ODS提供了更高的靈敏度、更低的背景和更寬的測量范圍（從0.1cps至10Gcps，高達11個數量級），完全消除了超范圍結果。
8.真空系統
高性能的叉分式渦輪泵與外置機械泵優化了接口區的真空，提高了靈敏度與基質耐受性。
案例2：高純度鹽酸中的痕量金屬雜質
鹽酸常用于去除硅片表面的金屬雜質，搭配使用的還有過氧化氫，這種清洗方法被稱為 RCA 標準清洗(SC-2)。
制造半導體器件時，需要對HCl中的污染物進行常規監測，ICP-MS就是普遍采用的一種監測工具。盡管在用于SC-2方法前會對HCl進行稀釋，但工業級HCl的濃度通常為 20%或35%，具體取決于生產方法。
HCl具有極高的腐蝕性，因此通常要避免將濃HCl直接引入ICP-MS中。一些使用ICP-MS分析高純HCl的方法推薦在樣品前處理步驟中去除氯基質，但這樣又會導致分析物的損失和樣品污染。
而Agilent7900 ICP-MS采用穩定的耐腐蝕材料制成，意味著可直接測量未經稀釋的HCl，同時ORS可顯著改善多原子離子的去除效率，使多種元素可在低于以往的檢測限下得到測定。
將未經稀釋的高純度鹽酸直接引入ICP-MS可省略樣品前處理步驟，從而大大降低樣品污染的可能性。向酸空白中加入10、20、50、100 ppt的混合多元素標樣，制得校準標樣溶液。
使用在多種調諧模式下運行的Agilent 7900 ICP-MS對42種元素進行測量。
表1：20%高純HCl獲得的7900ICP-MS 檢出限（DL）和背景等效濃度（BEC）
安捷倫 7900 ICP-MS 系統擁有卓越冷等離子體性能和ORS碰撞/反應池，進一步提升了高純度酸分析的檢測限。
ORS 池通過提升碰撞模式和反應模式的效率改善了幾種關鍵元素的性能，增強CID對某些多原子離子的離解能力。、
這些進步使現在可在比以往低得多的濃度下測定氯基質中的幾種元素，如 Cr、K、Ge、 As、V。
案例3-三氯硅烷進行痕量元素分析
三氯硅烷 (TCS) 是用于生產光伏材料(PV)硅的中間產物，為生產出太陽能電池制造所需的高純度PV硅，TCS中的金屬雜質必須受到嚴格控制。
我們開發了一種成功的分析方法，先經過安捷倫開發的樣品前處理方法，然后采用 Agilent 7900 ICP-MS 測定TCS中的雜質。
表1：樣品檢測限和定量分析
測試證明Agilent 7900 ICP-MS對包括硼和磷在內的33種元素的測試有效性，
其析能力可讓PV硅制造商在制造光伏材料硅之前檢查TCS中間化學品中的金屬雜質。
遇到難消解樣品，或雜質含量特別低的固體樣品，輝光放電質譜可以帶來全新的測試體驗。
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