Analysis of Trace Metal Impurities in High Purity Hydrochloric Acid Using ICP-QQQ

Význam tématu

Hydrochloridová kyselina je klíčovým reagentem pro čistění křemíkových waferů v polovodičové výrobě, přičemž její čistota přímo ovlivňuje kvalitu procesů jako oxidace nebo CVD. S ohledem na limit 100 ppt kovových nečistot (SEMI C27-0708) je nutné vyvinout analytické metody schopné spolehlivé detekce stopových kovů v korozivním matrice HCl.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo demonstrovat schopnost triplé kvadrupólové ICP-QQQ (Agilent 8900) v režimu MS/MS měřit až 50 kovových prvků přímo v 20–36 % HCl s detekčními limity v řádu jednotek ppt a bez předúpravy vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu byl nasazen Agilent 8900 ICP-QQQ s PFA-100 nebulizérem, chlazenou kvartsovou komorou, Peltierovým chlazením a platinovými kužely. Režim MS/MS s Q1 selekcí zajišťuje řízenou reakci s plyny H₂, O₂, NH₃ a He. Kalibrace probíhala metodou standardních přídavků, převedenou na externí kalibraci pro rychlé rutinní stanovení.

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekční limity (DL) a ekvivalentní koncentrace pozadí (BEC) pro klíčové prvky (Li, K, V, Cr, Ge, As) byly v rozsahu 0,03–1,4 ng/L.
• Odstranění interferencí matice (např. H₂³⁷Cl⁺ na ³⁹K⁺, ³⁵Cl¹⁶OH⁺ na ⁵²Cr⁺) bylo zajištěno kombinací „cool plasma“ a NH₃ v buňce.
• V režimu on-mass NH₃ pro V a mass-shift NH₃ pro Ge byly dosaženy BEC 0,19 ppt a 0,77 ppt.
• Pro As se díky O₂ v buňce měřilo AsO⁺ na m/z 91 bez overlapu se ZrO⁺, což umožnilo DL 0,73 ppt.
• Neutral gain scan potvrdil, že vyšší pozadí As v jednom vzorku bylo způsobeno skutečnou kontaminací, nikoli interferencí ArClO⁺.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje přímou analýzu koncentrované HCl bez časově náročných předúprav, minimalizuje riziko ztráty analytu i kontaminace a nabízí vysokou propustnost laboratoře při zachování ultranízkých DL pod limity SEMI.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření aplikace na další čisté kyseliny a agresivní matrice.
• Automatizace přípravy a dávkování vzorků pro průmyslové linky.
• Optimalizace nových reaktivních plynů a režimů pro ještě nižší DL.
• Implementace inline monitoringu výrobních procesů v reálném čase.

Závěr

Agilent 8900 ICP-QQQ s MS/MS a režimem „cool plasma“ dosahuje spolehlivého stanovení stopových kovů v HCl na úrovni jednotek ppt, překonává tradiční ICP-QMS i požadavky SEMI a významně zjednodušuje analytický workflow.

Reference

• SEMI C27-0708, Specifications and guidelines for hydrochloric acid (2008)
• J. Takahashi, K. Mizobuchi, Use of Collision Reaction Cell under Cool Plasma Conditions in ICP-MS, Asia Pacific Winter Conference on Plasma Spectroscopy (2008)
• J. Takahashi, Direct analysis of trace metallic impurities in high purity hydrochloric acid by Agilent 7700s/7900 ICP-MS, Agilent 5990-7354EN (2017)
• Handbook of ICP-QQQ Applications using the Agilent 8800 and 8900, Agilent 5991-2802EN (2017)