Способ атомно-флуоресцентного анализа Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к аналитической химии и предназначено для определения микросодержаний кремния в чистом индии.

При производстве чистых металлов и полупроводниковых материалов возникает необходимость определения элементов- примесей на уровне содержаний - мас.%. Одним из элементов, существенно влияющих на свойства чистого металлического индия, является кремний.

Известен способ, использующий-реакционную газовую экстракцию для атомно- абсорбционного определения кремния в чистом индии.

Нижняя граница определяемых содержаний данным способом составляет мас.% и ограничивается колебаниями поправки контрольного опыта, что не позволяет определять кремний на уровне мас.%.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ атомно-флуорес- центного анализа с атомизацией проб ионным распылением. Достигнутое значение нижней границы определений кремния этим способом составляет 1«10 мас.%.

Недостатком этого способа является высокое значение нижней границы определений кремния, что не позволяет опредеVI

N3 00

VI со

00

лять кремний в индии на уровне содержаний 106- 107 мае. %.

Целью изобретения является снижение нижней границы определения кремния в индии.

Поставленная цель достигается тем, что загрязненный поверхностный слой пробы предварительно удаляют, распыляя его постоянным потоком ионов инертного газа с плотностью тока 0,01-0,02 А/см , а атоми- зацию кремния осуществляют, распыляя очищенную таким образом поверхность пробы импульсами ионного тока плотностью 3-4 А/см2, длительностью 10-16 мкс и скважностью 10-10 при времени задержки между началом импульса ионного тока и моментом появления импульса излучения, возбуждающего флуоресценцию кремния 16-20 мкс.

Способ осуществляется следующим образом.

Определение кремния в индии проводят на лазерном атомно-флуоресцентном спектрометре, в котором используют атоми- зацию пробы ионным распылением. Лазер спектрометра настраивают на длину волны, соответствующую длине волны возбуждения атомов кремния. Регистрирующую схему спектрометра настраивают на длину волны, соответствующую флуоресцентному излучению атомов кремния.

Затем пробу анализируемого индия помещают в камеру атомизатора и камеру закрывают. Находящийся в камере воздух откачивают и в объем камеры подают аргон с расходом, .обеспечивающим рабочее давление аргона при непрерывной его откачке турбомолекулярным насосом. Включают разряд и устанавливают постоянный ионный ток разряда, равный 0,04-0,08 А, при котором плотность тока ионов, бомбардирующих поверхность пробы, составляет 0,01- 0,02 А/см . В этом режиме осуществляют предварительную очистку поверхности пробы индия в течение 10-20 с.

После этого с целью определения объемного содержания кремния в образце очищенную поверхность распыляют импульсами ионного тока плотностью 3-4 А/см. длительностью 10-16 мкс и скважностью 10 -10 при времени задержки между началом импульса ионного тока и моментом появления излучения, возбуждающего флуоресценцию кремния, 16-20 мкс.

Аналитическим сигналом служит сумма сотни импульсов флуоресценции кремния и фона за вычетом суммы сотни импульсов фона, измеренного при остройке возбуждающего излучения лазера на 0,03 нм от настроенного на резонансную длину волны излучения, возбуждающего атомы кремния.

Содержание кремния в индии находят по уравнению градуировочного графика,

полученному по аналитическим сигналам синтетических образцов индия с известными объемными содержаниями кремния. Аналитические сигналы получают в указанных режимах работы спектрометра.

0 Прим ер . Пробу анализируемого индия с содержанием кремния 1,25 Х10 мас.%, выполненную в виде диска диаметром 30 мм и толщиной 0,5-3 мм, помещают в камеру атомизатора и камеру

5 закрывают. Находящийся в камере воздух откачивают до остаточного давленияяЮ,25 Па и в объем камеры подают аргон с расходом, обеспечивающим его рабочее давление 0,8 Па при непрерывной откачке газа

0 из камеры атомизатора турбомолекулярным насосом. Включают разряд и устанавливают постоянный ток, равный 0,06 А, при котором плотность тока ионов, бомбардирующих поверхность пробы индия, составляет

5 0,015 А/см2. В этом режиме осуществляют предварительную очистку поверхности пробы индия в течение 13 с.

После этого очищенную поверхность пробы индия распыляют импульсами ионно0 го тока плотностью 3,5 А/см2, длительностью 10 мкс и скважностью 5-Ю4 при времени задержки между началом импульса ионного тока и моментом появления излучения, возбуждающего флуоресценцию крем5 ния, 18 мкс.

Из суммы сотни импульсов общего сигнала флуоресценции и фона вычитают сумму сотни импульсов фона, измеренного при отстройке лазерного излучения на 0,03 нм

0 от резонансного излучения лазера, настроенного на длину волны возбуждения атомов кремния.

Измеренный сигнал флуоресценции кремния оказался равным . Содержа5 ние кремния находят по уравнению градуи- ровочной характеристики А 2,3-10 с, где А - аналитический сигнал, с - содержание кремния, которое равно 1, мас.%, что хорошо согласуется с паспортными дан0 ными.

Нижняя граница определяемых содержаний кремния в металлическом индии, найденная из уравнения градуировочной характеристики по 38-критерию колебаний

5 поправки контрольного опыта, равному при А 35 72, составила 3-10 мас.%, что примерно в 3-Ю3 раз меньше известной.

В табл. 1 представлены режимы распыления загрязненной поверхности образцов индия.

В табл. 2 дано обоснование рабочего интервала значений плотности ионного тока при импульсном распылении образца. Содержание кремния в образце 1,25«10 6 мас.%, длительность импульса ионного тока 10 мкс, скважность импульсов , время задержки между началом импульса тока и моментом возбуждения флуоресценции кремния 18 мкс.

В табл. 3 дано обоснование рабочего интервала длительности импульсов ионного тока. Содержание кремния в образце 1,25-10 мас.%, скважность импульсов 5 104, время задержки между началом импульса тока и моментом возбуждения флуоресценции кремния 18 мкс, плотность ионного тока в импульсе 3,5 А/см2.

В табл. 4 приведены значения рабочего интервала скважности импульсов ионного тока. Содержание кремния в образце 1.25-10 6 мас ,%, длительность импульсов 10 мкс, время задержки между началом импульса тока и моментом возбуждения флуоресценции кремния 18 мкс, плотность ионного тока в импульсе 3,5 А/см2.

В табл. 5 показаны значения рабочего интервала времени задержки г между началом импульса ионного тока и моментом появления излучения, возбуждающего флуоресценцию кремния.

Содержание кремния в образце 1, масс., плотность ионного тока в импульсе 3,5 А/см2, длительность импульса ионного тока 10 мкс, скважность им пул ьсов5 104.

По известному пособу определение кремния на уровне 1, мас.% не представляется возможным ввиду недостаточной чувствительности метода, поэтому

сопоставление результатов не приведено. Формула изобретения Способ атомно-флуоресцентного анализа, включающий атомизацию пробы импульсным распылением ее поверхности

ионами инертного газа, пропускание через аналитическую зону возбуждающего излучения и атомно-флуоресцентное определение кремния, отличающийся тем, что, с целью снижения границы определения

кремния в металлическом индии, загрязненный поверхностный слой пробы предварительно удаляют, распыляя его постоянным потоком ионов с плотностью тока 0,01- 0.02 А/см2, а атомизацию кремния осуществляют, распыляя очищенную поверхность пробы импульсами ионного тока плотностью 3-4 А/см2, длительностью 10-16 мкс и скважностью 10-10 при времени задержки между началом импульса ионного тока и

началом импульса излучения, возбуждающего флуоресценцию кремния, 16-20 мкс.

Изобретение относится к аналитической химии и предназначено для определения микросодержаний кремния в чистом индии. Целью изобретения является снижение нижней границы определения кремния в индии. Способ включает удаление загрязненного поверхностного, слоя пробы путем распыления его постоянным потоком ионов с плотностью тока 0,01-0,02 А/см2, атомиза- цию кремния распылением очищенной поверхности пробы импульсами ионного тока плотностью 3-4 А/см2, длительностью 10-16 мкс и скважностью 104-105, пропускание через аналитическую зону импульсов возбуждающего излучения при времени между началом импульса ионного тока и началом импульса излучения 16-20 мкс и атомно-флуоресцентное определение кремния. 5 табл.

Плотность ионного тока в импульсе А/см2

2,5

3

3,5

4 4,5

Таблица 1

Таблица 2

Значение сигнала флуоресценции кремния , усл. ед.

1(Г

10

7,5

9,0.1,1-10

1,2-103 .

Проявляется неустойчивость горения тлеющего разряда , распыление пробы неравно- мерно по поверхности образца

Скважность импульсов ионного тока

ю-

1°5

ю5 ю5

г, мкс

14

16 18 20 22

Таблица 3

Таблица 4

Относительное стандартное отклонение флуктуации сигнала флуоресценции

Мощность лазерного возбуждающего излучения резко падает 0,07 0,1

Существенно увеличивается время накопления сигнала

Та б л и ц а 5

Уровень аналитического сигнала . .. усл.ед. ...

Сигнал флуоресценции слаб, так как сновная доля атомов кремния еще не долетела до аналитической зоны , где возбуждается флуоресценция 8,4-Ю2 12-Ю2 9.6-102

Сигнал флуоресценции слаб, так как основная доля атомов кремния уже покинула аналитическую зону , где возбуждается флуоресценция