GC/MSD, Purge and Trap, GC/SQ
ZaměřeníŽivotní prostředí
VýrobceAgilent Technologies
Význam tématu
V čistých prostorách polovodičového průmyslu může trimethylsilanol (TMS) v koncentracích řádově pptv (~ng/m3) kondenzovat na optice fotolitografických skenerů a způsobovat nevratné poškození a optický zákal. Přesné monitorování TMS je proto klíčové pro prevenci poruch a nákladných oprav optických systémů.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem této práce bylo vyvinout a validovat metodu odběru vzorků čistého vzduchu v canistrech a laboratorní prekoncentrační analytiku pomocí GC-MS pro kvantifikaci TMS na úrovni pptv. Studie dokumentuje postup odběru, čištění canistrů, kalibraci, detekční limity a stabilitu vzorků.
Použitá metodika
- Odběr vzorků: pasivní nebo rychlý grab odběr ~10 s do 6L canistru s 45% relativní vlhkostí.
- Prekoncentrace: 400 mL vzorku + 100 mL interního standardu, mikro-purge-and-trap systém s třemi mrazovými trapmi (Siltek® kuličky, Tenax® GR a proprietární trap).
- Analýza: GC-MS v režimu SIM (cílový ion 75 m/z, kvalifikátory 45, 47, 59 m/z) s GC programem 32°C→230°C a helium jako nosné plyn.
- Čištění canistrů: TO-Clean systém, 3 cykly při 100°C a 45% RH dusíku dle metody EPA TO-15.
- Kalibrace: sedmibodová křivka 0.95–95.2 pptv generovaná dynamickým ředěním primárního standardu.
- Vyhodnocení výkonu: detekční limity (ADL, MDL), přesnost, opakovatelnost, stabilita při různých RH a typech canistrů.
Použitá instrumentace
- Prekoncentrátor Nutech 8900DS (micro-scale purge-and-trap se 3 trapy)
- Gas chromatograph Agilent 6890
- Mass spectrometer Agilent 5973 MSD
- Vzorkovací canistry Restek TO-Can® (elektropolírované) a SilcoCan® (silika-lined)
- Systém čištění canistrů TO-Clean (Restek)
- Hygrometer/extech SDL500 pro kontrolu relativní vlhkosti
Hlavní výsledky a diskuse
- Čisté blanky canistrů: 0.06 pptv (BDL), ADL 0.09 pptv.
- Lineární rozsah: 1–100 pptv, RRF RSD 9.8%.
- Přesnost/obnova: 93% ± 10% při 76.6 pg na koloně.
- MDL: 0.12 pptv (0.48 ng/m3), PQL doporučeno 0.6 pptv.
- Opakovatelnost: 6.8% RSD při 9.51 pptv.
- Stabilita: 84% obnova po 4 dnech při 45% RH v elektropolírovaných canistrech; lepší stabilita při vyšší RH; elektropolírované canistry preferované nad silika-lined.
- Žádné významné přenosy mezi analýzami; minimální pozadí diktované čistotou canistru s interním standardem.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda umožňuje rychlý odběr (10 s), delší pasivní vzorkování, vícenásobné analýzy z jednoho vzorku a monitorování v reálném čase bez potřeby pumpy. Splňuje požadavky polovodičového průmyslu na měření TMS na úrovni pptv a prevenci optického zákalu.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace on-line monitorovacích systémů s automatickým odběrem do canistrů.
- Rozšíření metody na další siloxany a související sloučeniny.
- Vylepšení materiálů canistrů pro zvýšení stability nestálých analyz.
- Miniaturizace prekoncentračních zařízení pro pole a průmyslový provoz.
- Využití datové analýzy a umělé inteligence pro prediktivní údržbu a optimalizaci čistících procesů.
Závěr
Vyvinutá metoda odběru vzduchu do canistrů a prekoncentrační GC-MS analýzy umožňuje spolehlivou kvantifikaci TMS na úrovni pptv s vynikající přesností, linearitou a stabilitou. Doporučují se elektropolírované canistry a kontrola RH pro dosažení maximální spolehlivosti výsledků.
Reference
- R. Grümping, D. Mikolajczak, A.V. Hirner, Determination of trimethylsilanol in the environment by LT-GC/ICP-OES and GC-MS, Fresenius J. Anal. Chem. 361 (1998) 133.
- J.H. Lee et al., An Optimized Adsorbent Sampling Combined to Thermal Desorption GC-MS Method for Trimethylsilanol in Industrial Environments, Int. J. Anal. Chem. 2012, ID 690356.
- M. Schweigkofler, R. Niessner, Determination of Siloxanes and VOC in Landfill Gas and Sewage Gas by Canister Sampling and GC-MS/AES Analysis, Environ. Sci. Technol. 33 (1999) 3680.
- D. Glindemann et al., Toxic Oxide Deposits from the Combustion of Landfill Gas and Biogas, Environ. Sci. Pollut. Res. 3 (1996) 75.
- K. Seguin et al., Breakthrough Chemical Analysis of HMDS Reveals a Solution for the Prevention of Lens Hazing, Semiconductor Filtration Technical Note CFTN-1 SC (2008).
- K. Seguin, A.J. Dallas, G. Weineck, Rationalizing the Mechanism of HMDS Degradation in Air, Proc. SPIE 6922 (2008) 30.
- G. Piechota et al., Removal and determination of trimethylsilanol from landfill gas, Bioresour. Technol. 103 (2012) 16.
- K. Oshita et al., Behaviour and adsorptive removal of siloxanes in sewage sludge biogas, Water Sci. Technol. 61 (2010) 2003.
- M. Ajhar et al., Suitability of Tedlar gas sampling bags for siloxane quantification in landfill gas, Talanta 82 (2010) 92.
- A. Narros et al., Determination of Siloxanes in Landfill Gas by Adsorption on Tenax Tubes and TD-GC-MS, Sardinia 2009.
- R. Huppmann et al., Cyclic siloxanes in biological wastewater treatment, Fresenius J. Anal. Chem. 354 (1996) 66.
- U.S. EPA, Compendium Method TO-15: Determination of VOCs in Air Collected in Canisters by GC-MS, 1999.
- A.L. Smith, The analytical chemistry of silicones, Wiley, New York (1991).
- R. Atkinson, Kinetics of organosilicon compounds reactions with radicals and ozone, Environ. Sci. Technol. 25(5) (1991) 863.
- C.C. Hsieh et al., Stability of VOCs Stored in Canisters and Tedlar Bags, Aerosol Air Qual. Res. 13 (2003) 17.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.