Способ спектрального анализа растворов Советский патент 1980 года по МПК G01J3/10 

t

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к методам физико-химического анализа растворов, например электролитов, и может найти применение при контроле их химического состава.

Известны оптические методьа анализа химического состава и концентрации примесей растворов путем измерения интенсивности излучаемого ими поглощаемого света 1,

Однако известные методы неуниверсальны и трудоемки.

Наиболее близким техническим решением является способ спектрального ансшиза растворов7 например нефтепродуктов, включающий отбор пробы на электрод путем погружения раскаленного электЕЮда в анализируемый раствор, вьвдержку и пропитку электрода в растворе в течение вретлени, равного времени охлаждения электрода до комнатной температурят, и возбуждение в источнике спектра для проведения спектрального анализа и определения концентрации контролируемой примеси. Количество отобранного на злектроде анализируемого вещества определяется адсорбцией на границе систеки электрод-раствор

Недостатками известного способу являются неточность и невоспроизводимое ть анализа, так как параметр, определяющий количество отобранного

5 на электроде анализируемого ветдест- . ва, определяется временем выдержки электрода в растворе, равным времени охлаждения предварительно иагретогв электрода до комнатной температуры,

to которое не является физическим параметром системы электрод-раствор и зависит от неконтролируе «лх факторов, например скорости охлаждения, теплопроводности и вязкости анализируемого

15 раствора и других.

Цель изобретения - повышение точности и воспроизводимости анализа растворов на примесь.

Поставленная цель достигается тем,

20 что электрод выдерживают в растворе в течение времени, равного времени установления равновесного состояния систеьвд электрод-раствор.

Отбор пробы анализируемого раст25 вора путем выдержки электрода , в растворе в течение времени, равного времени установления равновесного состояния системы электрод-раствор, позволяет проводить воспроизводимый до3ti зированный отбор npoto любого, заданного мнкроколичества вещества, варьируя концентрациями раствора, что существенно повышает точность анализа по сравнению с известным способом. Количество отобранного на электрод анализируемого вещества определяется как предельная величина адсорбции которую находят.по кинетической кривой адсорбции системы электрюд-раствор, и которая соответствует ее равновесному состоянию. Время, равное времени установления равновесного состояния системы электрод-раствор, обеспечивает чувствительность и производительность анализа при его точности и воспроизводимости.

Спектральный анализ растворов на примесь проводят следующим образом.

Угольный электрод одним концом погружают в раствор электролита с примесями, например металлов - золота, кадмия, олова или растворюв солей. Выдерживают электрод в растворе снимают кинетическую кривую адсорбции системы электрод-раствор и опре деляют время насыщения (время достижения равновесного состояния cHCTevttj После выдержки электрода в анализируемом растворе в течение времени, равного времени установления равновесного состояния системы электрод-раствор, проводят спектральный анализ продукта адсорбции на примесь и определяют концентрацию анализируемой примеси.

Проводят анализ электролитов растворов солей на содержание бора и фосфора, электролитов кадмирования, золочения, олово-висмут на содержание соответствующих примесей кадмия, золота и олова, используемых при произ-водстве кремниевых транзисторов КТЗ 26, КТЗ 63 и П605-609.

В качестве анализируег ых электролитов (растворов солей) используют водные растворы калия фосфорнокислого (); буры (,-lOHjO), подкисленные азотной кислотой.

В качестве стандартных водных растворов используют водный раствор калия фосфорнокислого и буры с содержанием соответственно фосфора 2,6 мг/мл и 6/О мг/мл и бора 0,1 мг/мл и 0,6 мг/мл. В качестве электродов используют угольные электроды длиной 50 мм, диаметром 0,5 мм, заточённые на острие под углом 10 с площадкой 0,1-0,2 мм.

Анализ растворов на.примесь проводят следующим образом.

Адсорбируют стандартный раствор калия фосфорнокислого или буры на угольном электроде и снимают кинетическую кривую адсорбции для стандартного раствора при концентрации фосфора 2,0 мг/мл и 6,0 мг/мл и бора 0,1 мг/мл и 0,6 мг/мл, для этого конец угольного электрода погружают примерно на,2-3 мм в 1 мл раствора.

помещенный в фторпластнновый стакан с крышкой и отверстием для электрода; выдерживают электрод в растворе в течение заданного времени, например, начиная от 5 с до 3 мин. Проводят - спектральный анализ продукта адсорбции после каждой выдержки электрода в растворе в течение заданного времени путем возбуждения атомов фосфора и бора импульсным искровым разря.. дом от импульсного генератора установки ЛМА-1 (лазерный микроспектроанализатор) в режиме: напряжение импульсного источника 3 кВ, параметры разрядного контура - емкость 2 мкФ, индуктивность 60 мкГн, причем до полного

5 выгорания продукта адсорбции с электрода, что обеспечивает заданное количество импульсных разрядов, например для анализируемого раствора, используют 5 импульсных разрядов. Расстоя0 ние между электродами составляет 1,52 мм, причем приложенное напряжение обеспечивает пробой промежутка между электродс1ми. Спектр с электрода получают наложением экспозиции каждого

5 разряда. Фотометрируют почернение аналитических линий фосфора (Р) с длинной волны 253,57 им и бора (В) с длинной волны 247,77 мм. Строят кйнетичес1Лто кривую адсорбции систе мы стандартного раствора фосфора и бора - угольный элтекрод, откладывая на оси ординат величину логарифма интенсивности аналитической спектральной линии фосфора (Р) и бора (В), пропорциональную количест5 ву адсорбированного электродом

фосфора и бора от времени вьадержки электрода в растворе (tc) и по кинетической кривой определяют время насыщения, равное времени установления

0 равновесного состояния системы, которое для случая фосфора и бора составляет 45-60 с соответственно.

Адсорбируют анализируемый раствор на угольном электроде методом, аналогичным адсорбции стандартного раствора, причем угольный электрод погружают в 1 мл раствора и выдерживают электрод в течение 45 с для фосфора и 60 с для бора - времени, равному

П времени установления равновесного состояния системы.

Адсорбируют три стандартных раствора фосфора с концентрацией 2,0 мг/мл 4,0 мг/мл; 6,0 мг/мл и бора с концентрациями : 0,1 мг/мл; 0,3 мг/мл;

5 0,6 мг/мл последовательно на угольные электроды. Проводят спектральный анализ продукта адсорбции с электрода анализируемого и стандартного растворов по методу трех эталонов и

определяют концентрацию примесей (фосфора и бора) в растворе по градуировочному графику зависимости почернения спектральной линии фосфора и бора от логарифма концентрации примесей в стендартном растворе.

Аналогичным методом проводят анализ растворов-электролитов кадмирования, золочения, олово-висмут на cooтвeтcтвs oщиe примеси кадмий, золото, висмут и раствора-электролита индий-галлий на содержание галлия.

В таблице приведены примеры анализируемых растворов, значений концентраций примесей, определенных прелложенным способом.

Точность анализа составляет +5% относительных.

Предлагаемый способ анализа растворов позволяет определять химический состав и концентрацию примесей в растворах, например электролитах, что важно в прюизводстве полупроводниковых приборов.

Таким образом, отбор раствора на анализ путем адсорбции анализируемого раствора на электроде в течение времени, равного времени установления равновесного состояния системы электрод-раствор, повышает точность и воспроизводимость анализа, а также повышает его производительность.

Формула изобретения

Способ спектрального анализа растворов, например электролитов, включающий отбор пробы на путем погружения его в раствор и возбуждение в источнике спектра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и воспроизводимости анализа, электрод выдерживают в растворе в течение времени, равного времени установления равновесного состояния системы электродраствор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Алесновский В.Б. и др. Физикохимические методы анализа, л., Химия, 1971, с.61.

2. Тарасевич Н.И. и др. Методы 45 спектрального и химико-спектрального анализа, М., 1973, с.136 (прототип) .