高纯硝酸中金属离子残留量分析方法研究
目 录
1 引言 1
1.1 硝酸的性质 1
1.2 超净高纯试剂 2
1.3 高纯硝酸的制备技术 2
1.4 微量检测技术及其原理 4
1.4.1 石墨炉原子吸收光谱法 4
1.4.2 电感耦合等离子体发射光谱法 4
1.4.3 电感耦合等离子体质谱 5
1.5 光谱定量分析方法 5
1.6 选题的目的及意义 6
2 实验部分 6
2.1 主要实验试剂及仪器 6
2.2 实验步骤 7
2.2.1 配制溶液 7
2.2.2 分析检测 7
2.2.3 标准曲线的线性实验 9
2.2.4 精密度实验 9
2.2.5 加标回收率实验 9
2.2.6 仪器检测限实验 9
2.3 结果与讨论 9
2.3.1 标准曲线的线性 9
2.3.2 精密度 18
2.3.3 加标回收率 18
2.3.4 仪器检测限 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 引言
近几年，高新电子技术如半导体等研究规模不断被壮大，又因为在加工集成电路等微细工件的过程中，都需要用到超净高纯试剂，所以现在对超净高纯试剂的制定的标准越来越严格[1]。H2SO4、H3PO4、HNO3等电子级试剂，可以用来清除芯片表面的残留物[2]，从而确保芯片的质量，他们还能作为湿蚀刻中需要用到的化学溶液。在微电子的研发过程中，需要使用超大量的且严格符合标准的超净高纯试剂，然 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
而这种试剂的贮存有效期短，集成电路的成品率、电性能及可靠性由超净高纯试剂的纯度和洁净程度决定着［3-6］。这些超净高纯试剂存在于研制集成电路的所有阶段，有了这些关键性的化学品，微电子技术才能更快速的进步。据相关文献记载［7］，我国在2015年间，与之相关的电子产业的产业总值达到了接近2400亿元，这比“十一五”的总产值提高了五成之多；电子信息材料行业在2011到2015年期间将比2006到2010年期间增长三成以上，由此可见，其发展速度非常快速。在当今社会，对如何使制得的超净高纯试剂符合标准已经成为各研发部门争相研究的领域，由此可见，超净高纯试剂的发展速度会越来越快。
德、日、美等发达国家已经掌握了超净高纯试剂核心研发技术，但是他们一直垄断该研发技术，因此，国内各研发部门不仅要搞技术创新还要严防技术外泄，发展很慢，所以，我国现在所用的高品质的超净高纯试剂都是从国外引进的。近些年，关于电子化学品研发立项的报道经常性的出现在国内的报刊杂志上，在超净高纯试剂技术研发领域的竞争十分激烈，但对该类技术研究的追踪报道和深度报道却很少，在各类期刊网上也很难找到相关文献，该研究始终处于保密状态。
1.1 硝酸的性质
常温下，硝酸(HNO3)是无色透明溶液，呈强酸性，并且会氧化腐蚀物体。不同浓度的水溶液所具有的性质也不尽相同，市面上售卖的浓硝酸为质量分数为65-68%的恒沸混合物，发烟硝酸的质量分数足够大差不多在95%以上。硝酸遇光容易分解，所以应该把它避光保存在棕色瓶中于，不能接触具有强还原性的物质。在工厂里，想要大规模生产硝酸一般用氨氧化法，硝酸的用途很多，可以作为制造氮肥、火药、硝酸盐的原材料。在有机化学领域，将浓HNO3与浓H2SO4合在一起可以作为硝化试剂。将对应的体积比为3.2：1.1的浓HCl和浓HNO3合在一起可以成为王水，此溶液具有强腐蚀性。HNO3也广泛应用于化工制药和化工纤维行业，是化工生产中起基础性作用的原料之一[8]。
硝酸为平面共价分子，中心的氮原子为sp2杂化，未参与杂化的一个p轨道与两个端氧形成三中心四电子键。由于硝酸中的羟基氢与非羟化的氧原子形成分子内氢键，从而导致硝酸酸性不及硫酸、盐酸，熔沸点较低。?
1.2 超净高纯试剂
电子级试剂也被称为超净高纯化学试剂，也是一种湿化学品[9-15]，该试剂在许多领域都会被用到。他们大多品呈液态，有的黏度很大，例如在制作芯片时用来稀释光刻胶的试剂、电镀液等[16]都属于湿化学品，对于这些化学试剂必须做到超净和高纯。
在研发该类试剂的过程中，最重要的是要保证试剂里所含的离子以及微粒能够达到相关标准所提出来的要求，然后才能进行研发创新，换种说法就是该类试剂必须符合超大规模集成电路对于试剂纯净度所提出的标准。
超净高纯硝酸是一种关键的电子试剂，将其配合HF溶液、冰CH3COOH、H2O2溶液等共同使用，可以用作半导体器件的制作，可以用来装配IC电路，还可以用于洗涤和腐化等环节[17]。由于市场需求量大，则需要持续提高IC电路的生产工艺，所用到的超净高纯硝酸的要求也越来越高，即满足国际半导体设备与材料组织制定的CEMI-C8或以上的标准。
电子级高纯硝酸SIMI 标准[18]中要求测定的金属离子有34 个，其中大部分元素可以在标准状态(STD) 下测定，但少数元素不宜在STD下测定，如Fe，Ca ，Mg ，K， Na，As 等。据参考文献[19] ，消除多原子离子干扰的方法有：冷等离子体状态(PS) 、碰撞池技术(CCT) 、膜去溶法、等式扣除干扰法、选择无干扰质量数元素法、高分辨率质谱法等。
1.3 高纯硝酸的制备技术
目前在国内与国外的现发展的阶段中，已经形成了多种多样的制备方法，有物理处理方法，比如蒸馏，升华等；有化学技术处理，比如树脂交换或膜分离等[20]。因为普通蒸馏不能进行连续化生产，并且得到的产物的产率较低，在目前的市场供需要求下并不适用于工业生产，只适用于在小型实验室进行相关研究。在工业生产上，主要采用精馏的方法来提纯HNO3，在精馏时，溶液循环进行“蒸发冷凝蒸发”的过程，从而更好地把溶液中的杂质去除，而且精馏法还能实现生产不间断。
Dorflingerw等研究人员 [21]使用连续精馏的方法来制备高纯硝酸，精馏塔的材质是非金属材料，将塔底的温度控制在75℃到120℃之间，在常压下进行操作，最后制成的HNO3中含有约0.04×10-6ppb的Cr、Cd、Cu、Fe等金属离子，另外含有约0.06×10-6ppb的S、Si等非金属离子。Yuanwi等研究人员 [22]通过精馏法制备了超纯硝酸后，再通过运输管道将HNO3输送到附近的集成电路制作厂，但是要想这种方法可行，生产与使用超净高纯硝酸的地点必须离得很近，而且在输送时必须做好防护措施，从而防止产生二次污染，现今还未研究出防止二次污染的方法，由此可见，这种操作就比较复杂。由于高纯度的硝酸很容易挥发且稳定性高，可以通过精馏法消除掉HNO3中硝酸盐，但是很难除去与HNO3挥发度差不多的一些杂质，因此硝酸在精馏反应后，部分杂质含量仍然很高。
蒸馏指的是利用挥发性的不同达到各组分分离的单元操作，分为普通蒸馏、精馏、特殊精馏等。由于普通蒸馏法属于间歇操作，产量低，目前仅适用于实验室，不适合大规模工业化生产，且为了保证硝酸的纯度，蒸馏和物料储存容器最好用硬质玻璃、石英或聚四氟乙烯。
1 引言 1
1.1 硝酸的性质 1
1.2 超净高纯试剂 2
1.3 高纯硝酸的制备技术 2
1.4 微量检测技术及其原理 4
1.4.1 石墨炉原子吸收光谱法 4
1.4.2 电感耦合等离子体发射光谱法 4
1.4.3 电感耦合等离子体质谱 5
1.5 光谱定量分析方法 5
1.6 选题的目的及意义 6
2 实验部分 6
2.1 主要实验试剂及仪器 6
2.2 实验步骤 7
2.2.1 配制溶液 7
2.2.2 分析检测 7
2.2.3 标准曲线的线性实验 9
2.2.4 精密度实验 9
2.2.5 加标回收率实验 9
2.2.6 仪器检测限实验 9
2.3 结果与讨论 9
2.3.1 标准曲线的线性 9
2.3.2 精密度 18
2.3.3 加标回收率 18
2.3.4 仪器检测限 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 引言
近几年，高新电子技术如半导体等研究规模不断被壮大，又因为在加工集成电路等微细工件的过程中，都需要用到超净高纯试剂，所以现在对超净高纯试剂的制定的标准越来越严格[1]。H2SO4、H3PO4、HNO3等电子级试剂，可以用来清除芯片表面的残留物[2]，从而确保芯片的质量，他们还能作为湿蚀刻中需要用到的化学溶液。在微电子的研发过程中，需要使用超大量的且严格符合标准的超净高纯试剂，然 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
而这种试剂的贮存有效期短，集成电路的成品率、电性能及可靠性由超净高纯试剂的纯度和洁净程度决定着［3-6］。这些超净高纯试剂存在于研制集成电路的所有阶段，有了这些关键性的化学品，微电子技术才能更快速的进步。据相关文献记载［7］，我国在2015年间，与之相关的电子产业的产业总值达到了接近2400亿元，这比“十一五”的总产值提高了五成之多；电子信息材料行业在2011到2015年期间将比2006到2010年期间增长三成以上，由此可见，其发展速度非常快速。在当今社会，对如何使制得的超净高纯试剂符合标准已经成为各研发部门争相研究的领域，由此可见，超净高纯试剂的发展速度会越来越快。
德、日、美等发达国家已经掌握了超净高纯试剂核心研发技术，但是他们一直垄断该研发技术，因此，国内各研发部门不仅要搞技术创新还要严防技术外泄，发展很慢，所以，我国现在所用的高品质的超净高纯试剂都是从国外引进的。近些年，关于电子化学品研发立项的报道经常性的出现在国内的报刊杂志上，在超净高纯试剂技术研发领域的竞争十分激烈，但对该类技术研究的追踪报道和深度报道却很少，在各类期刊网上也很难找到相关文献，该研究始终处于保密状态。
1.1 硝酸的性质
常温下，硝酸(HNO3)是无色透明溶液，呈强酸性，并且会氧化腐蚀物体。不同浓度的水溶液所具有的性质也不尽相同，市面上售卖的浓硝酸为质量分数为65-68%的恒沸混合物，发烟硝酸的质量分数足够大差不多在95%以上。硝酸遇光容易分解，所以应该把它避光保存在棕色瓶中于，不能接触具有强还原性的物质。在工厂里，想要大规模生产硝酸一般用氨氧化法，硝酸的用途很多，可以作为制造氮肥、火药、硝酸盐的原材料。在有机化学领域，将浓HNO3与浓H2SO4合在一起可以作为硝化试剂。将对应的体积比为3.2：1.1的浓HCl和浓HNO3合在一起可以成为王水
硝酸为平面共价分子，中心的氮原子为sp2杂化，未参与杂化的一个p轨道与两个端氧形成三中心四电子键。由于硝酸中的羟基氢与非羟化的氧原子形成分子内氢键
1.2 超净高纯试剂
电子级试剂也被称为超净高纯化学试剂，也是一种湿化学品[9-15]，该试剂在许多领域都会被用到。他们大多品呈液态，有的黏度很大，例如在制作芯片时用来稀释光刻胶的试剂、电镀液等[16]都属于湿化学品，对于这些化学试剂必须做到超净和高纯。
在研发该类试剂的过程中，最重要的是要保证试剂里所含的离子以及微粒能够达到相关标准所提出来的要求，然后才能进行研发创新，换种说法就是该类试剂必须符合超大规模集成电路对于试剂纯净度所提出的标准。
超净高纯硝酸是一种关键的电子试剂，将其配合HF溶液、冰CH3COOH、H2O2溶液等共同使用，可以用作半导体器件的制作，可以用来装配IC电路，还可以用于洗涤和腐化等环节[17]。由于市场需求量大，则需要持续提高IC电路的生产工艺，所用到的超净高纯硝酸的要求也越来越高，即满足国际半导体设备与材料组织制定的CEMI-C8或以上的标准。
电子级高纯硝酸SIMI 标准[18]中要求测定的金属离子有34 个，其中大部分元素可以在标准状态(STD) 下测定，但少数元素不宜在STD下测定，如Fe，Ca ，Mg ，K， Na，As 等。据参考文献[19] ，消除多原子离子干扰的方法有：冷等离子体状态(PS) 、碰撞池技术(CCT) 、膜去溶法、等式扣除干扰法、选择无干扰质量数元素法、高分辨率质谱法等。
1.3 高纯硝酸的制备技术
目前在国内与国外的现发展的阶段中，已经形成了多种多样的制备方法，有物理处理方法，比如蒸馏，升华等；有化学技术处理，比如树脂交换或膜分离等[20]。因为普通蒸馏不能进行连续化生产，并且得到的产物的产率较低，在目前的市场供需要求下并不适用于工业生产，只适用于在小型实验室进行相关研究。在工业生产上，主要采用精馏的方法来提纯HNO3，在精馏时，溶液循环进行“蒸发冷凝蒸发”的过程，从而更好地把溶液中的杂质去除，而且精馏法还能实现生产不间断。
Dorflingerw等研究人员 [21]使用连续精馏的方法来制备高纯硝酸，精馏塔的材质是非金属材料，将塔底的温度控制在75℃到120℃之间，在常压下进行操作，最后制成的HNO3中含有约0.04×10-6ppb的Cr、Cd、Cu、Fe等金属离子，另外含有约0.06×10-6ppb的S、Si等非金属离子。Yuanwi等研究人员 [22]通过精馏法制备了超纯硝酸后，再通过运输管道将HNO3输送到附近的集成电路制作厂，但是要想这种方法可行，生产与使用超净高纯硝酸的地点必须离得很近，而且在输送时必须做好防护措施，从而防止产生二次污染，现今还未研究出防止二次污染的方法，由此可见，这种操作就比较复杂。由于高纯度的硝酸很容易挥发且稳定性高，可以通过精馏法消除掉HNO3中硝酸盐，但是很难除去与HNO3挥发度差不多的一些杂质，因此硝酸在精馏反应后，部分杂质含量仍然很高。
蒸馏指的是利用挥发性的不同达到各组分分离的单元操作，分为普通蒸馏、精馏、特殊精馏等。由于普通蒸馏法属于间歇操作，产量低，目前仅适用于实验室，不适合大规模工业化生产，且为了保证硝酸的纯度，蒸馏和物料储存容器最好用硬质玻璃、石英或聚四氟乙烯。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/855.html
