Determination of Trace Anions in Organic Solvents

Význam tématu

V organických rozpouštědlech používaných v polovodičovém průmyslu mohou stopové množství aniontů znemožnit dosažení požadované kvality a spolehlivosti konečných výrobků. Efektivní detekce a kvantifikace chloridů, síranů, fosforečnanů a dusičnanů na úrovních pod mikrogramy na litr je proto klíčová pro kontrolu čistoty chemikálií v kritických výrobních operacích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout automatisovanou metodu iontové chromatografie, která umožňuje:

• omezit časový náročný mokrý rozbor,
• dosáhnout detekčních limitů pod 1 µg/L,
• aplikovat postup na různé vodomísitelné organické rozpouštědla (např. isopropanol, acetone, N-methylpyrrolidon),
• vydat výsledky do 45 minut analýzy.

Použitá instrumentace

Anionová chromatografie byla prováděna na systému Dionex DX-500 s automatickou manipulací vzorku a potlačenou vodivostní detekcí:

• Gradientní pumpa GP50 (microbore konfigurace)
• Detektor CD20 s tepelně řízenou vodivostní buňkou (DS3)
• Enkláva LC20 PEEK s dvěma Rheodyne ventily pro zadní naložení
• Sampler DXP jednopístová pumpa, AC2 a CAM-1 pro řízení načítání vzorku
• Ventily a tlaková komora pro vzorky
• Trap kolona ATC-1 (4 mm) a koncentrační kolona IonPac AG9-HC (4 mm)
• Analytická kolona IonPac AS9-HC (2 mm)
• Suppressor ASRS-ULTRA v externím režimu vody a pracovní stanice PeakNet

Použitá metodika

Eluent tvořila směs 8,0 mM uhličitanu sodného a 1,5 mM hydroxidu sodného. Pro náběr vzorku sloužil 5 mL PEEK vzorkovací smyčky pod tlakem ~8 psi. Postup probíhal ve čtyřech fázích:

1. Nahrání vzorku do smyčky (min. 20 mL pro důkladné promývání),
2. Přesměrování vzorku a záchyt aniontů na koncentrátoru AG9-HC,
3. Vyloučení organické matricí proplachem deionizovanou vodou (2,0 mL/min, 5 min),
4. Zařazení analytické kolony a eluce zadržovaných aniontů na AS9-HC při 0,25 mL/min, potlačená vodivost.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosahuje následujících analytických parametrů:

• Metodické detekční limity: chlorid 0,59 µg/L, síran 0,76 µg/L, fosforečnan 0,75 µg/L, dusičnan 0,65 µg/L.
• Obnova (80–112 %) ve vzorcích isopropanolu, přičemž korekce se provádí odečtením blanku.
• Lineární rozsah 1–10 µg/L s koeficienty r2 > 0,99.
• Aplikace na acetone a N-methylpyrrolidon potvrzuje univerzálnost postupu.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaná iontová chromatografie s on-line koncentrací nabízí:

• výrazné zkrácení doby analýzy oproti mokrým metodám (z hodin na desítky minut),
• nízkou spotřebu eluentu i organických odpadů,
• možnost rozsáhlé automatizace a integrace do QC procesů v polovodičovém průmyslu,
• vysokou citlivost a reprodukovatelnost pro široké spektrum rozpouštědel.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodu lze dále rozšířit o:

• analýzu dalších aniontů (fluorid, bromid) či polyiontů,
• mikrofluidní nebo modulární IC systémy pro minimalizaci spotřeby vzorku,
• hybridní detekce spojenou s hmotnostní spektrometrií pro selektivní potvrdění aniontů,
• aplikace v ekologické a farmaceutické kontrole kvality zelených rozpouštědel.

Závěr

Popisovaná metodika spojuje výhody mikroborové IC s automatickou on-line koncentrací, čímž je dosaženo detekční citlivosti pod 1 µg/L pro klíčové anionty ve vodomísitelných organických rozpouštědlech. Rychlost, automatizace a univerzálnost dělají postup ideálním nástrojem pro kontrolu čistoty ve vysoce náročných průmyslových aplikacích.

Reference

1. Sergeev G. M., et al. J. Anal. Chem. 1994, 49, 391–395.
2. Kaiser E., Wojtusik M. J. J. Chromatogr. 1994, 671, 253–258.
3. Bader M. J. Chem. Educ. 1980, 57, 703.
4. Kaiser E., et al. J. Chromatogr. 1996, 739, 72.
5. Weidenauer M., Hoffmann P., Lieser K. H. Fresenius J. Anal. Chem. 1992, 342, 333–336.
6. SEMI Standards C8.7-92, C1.2-96, C8.9-94.