Determination of Trace Impurities in High-Purity Copper by Sequential ICP-OES with Axial Viewing

Význam tématu

Určování stopových nečistot ve vysoce čisté mědi je klíčové pro kontrolu kvality ve výrobě elektronických součástek, kabelových vodičů i v archeologii. Přítomnost Ag, S či dalších prvků na úrovni částí na milion zásadně ovlivňuje elektrické, mechanické i korozní vlastnosti finálních materiálů.

Cíle a přehled studie / článku

Studie si klade za cíl demonstrovat využití sekvenčního ICP-OES s axiálním zobrazením plasmy pro simultánní stanovení osmi stopových prvků (As, Bi, Fe, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn) v referenčních materiálech vysoce čisté mědi. Validace metody proběhla porovnáním s certifikovanými hodnotami a vyhodnocením detekčních limitů ve dvou režimech zobrazení.

Použitá metodika

Vzorky mědi ve formě čipů byly rozpuštěny v HNO3, naředěny vodou na obsah 2 % Cu a analyzovány metodou matrix matching. Pro výpočet detekčních limitů byl použit semiempirický model kombinující signál k šumu (SBR) a relativní rozptyl prázdného signálu (RSDB). Pro většinu prvků se uplatnila polynomická korekce pozadí, u Sb a Pb pak of-peak korekce.

Použitá instrumentace

• Agilent Liberty Series II ICP-OES s axiálním zobrazením plasmy
• AGM-2 nitrogen purge s argonem (~15 mL/min) a černé transportní tubingy pro nízké carry-over
• Glass Expansion cyklonová komora a koncentrický nebulizér (240 kPa)
• Nastavení: výkon 1,2 kW; plasma gas 15 L/min; auxiliary gas 1,5 L/min; integrační čas 3 s; 3 replikáty; PMT 650 V

Hlavní výsledky a diskuse

Naměřené hodnoty osmi prvků se shodují s certifikovanými údaji (s výjimkou nižší koncentrace Fe u jednoho vzorku). Detekční limity v měděné matrici dosahují 0,43 ppb pro Fe až 10,7 ppb pro Bi při axiálním zobrazení. Oproti radiálnímu režimu je zlepšení detekčních limitů v rozmezí 2–3násobku, u Pb až osminásobné, což potvrzuje výhodu axiálního zobrazení pro stopovou analýzu v kovových matricích.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlé a spolehlivé simultánní stanovení několika stopových kovů v technologických i archeologických vzorcích mědi. Díky vylepšené korekci pozadí a axiálnímu uspořádání plasmy poskytuje nižší detekční limity než tradiční FAAS či radiální ICP-OES.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat integraci generace hydridů pro prvky jako As, Se či Sb, pokročilé algoritmy pozadí a kombinaci s hmotnostní spektrometrií (ICP-MS) pro dosažení ještě nižších detekčních limitů. Přístroje se budou stále více miniaturizovat a automatizovat pro online provozní monitoring.

Závěr

Sekvenční ICP-OES s axiálním zobrazením plasmy prokázalo výbornou citlivost a přesnost při stanovení stopových nečistot ve vysoce čisté mědi. Metoda je validována vůči referenčním materiálům a nabízí výrazné zlepšení detekčních limitů oproti radiálnímu režimu.

Reference

1. E. Milella, E. Sentimenti a G. Mazzetto. Analysis of Impurities in High-Purity Copper by Zeeman Graphite Furnace AAS. Atomic Spectroscopy, 14(1), 1993, s. 1–3.
2. B. V. Kharbade a K. C. Agarwal. Determination of Tin in Ancient Copper Art Objects by Flame Atomic Absorption Spectrometry-Solvent Extraction Method. Atomic Spectroscopy, 14(1), 1993, s. 13–15.
3. L. P. Stodulski, P. Bass a M. F. Striegel. Analyses of Bronzes. Varian Atomic Absorption Instruments at Work, AA-41, 1984.
4. B. Field. The Determination of Trace Metals in High-Purity Copper with the GTA-95 Graphite Tube Atomizer. Varian Atomic Absorption Instruments at Work, AA-27, 1982.
5. I. Segal, A. Kloner a I. B. Brenner. Multi-element Analysis of Archaeological Bronze Objects Using Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 9, 1994, s. 737–742.
6. T. Dorado Lopez, M. T. Larea Marin a A. Gomez Coedo. Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometric Determination of Arsenic, Antimony, Tin, Bismuth, Selenium and Tellurium in Lead and Refined Metal Samples. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 11, 1996, s. 345–352.
7. Analytical Methods for Flame Spectroscopy. Varian Techtron Pty. Ltd., 1971–1972.
8. C. Dubuisson, E. Poussel a J. M. Mermet. Comparison of Axially and Radially Viewed Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometry in Terms of Signal-to-Background Ratio and Matrix Effects. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 12, 1997, s. 281–296.
9. J. Dedina a D. L. Tsalev. Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry. John Wiley and Sons, Chichester 1995.
10. B. T. Sturman a P. S. Doidge. Semi-empirical Approach to the Calculation of Instrumental Detection Limits in ICP-AES. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 13, 1998, s. 69–74.
11. P. W. J. M. Boumans. Detection Limits and Spectral Interferences in Atomic Emission Spectrometry. Analytical Chemistry, 66, 1994, s. 459A–467A.