Analysis of High Purity Titanium Using an Agilent 9500 ICP-QQQ

Význam tématu

Analýza stopových nečistot v titanu vysoké čistoty je klíčová pro průmysly náročné na kvalitu materiálů, především polovodičový a letecký. I stopové množství cizorodých prvků může ovlivnit vlastnosti sputterovacích terčů, strukturu tenkých vrstev a mechanickou integritu součástí. Metody s extrémně nízkými detekčními limity a účinným potlačením spektrálních interferencí jsou proto nezbytné pro validaci materiálů s čistotou nad 99,99 %.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo ověřit schopnost Agilent 9500 ICP-QQQ (triple quadrupole ICP-MS) vybaveného m-lens a Dual-Cell System CRC pro kvantifikaci stopových kovových nečistot v modelovém roztoku titanu (200 ppm Ti), reprezentujícím typická vzorky z výroby. Studie hodnotila potlačení Ti-způsobených interferencí (Ti2+, TiO+, hydridy), přesnost (spike-recovery), reprodukovatelnost a dlouhodobou stabilitu při sekvenční analýze.

Použitá metodika

Postup šel podle ASTM E2371-21a: 1 g Ti prášku bylo rozpuštěno v kombinaci HCl, HF a HNO3, zahříváno a výsledný 1 % Ti roztok byl dále naředěn na 200 ppm Ti. Kalibrace proběhla metodou standardního přídavku (MSA) na blanku i v Ti matrici. K ověření přesnosti byly provedeny spike recoveries (přídavky před digescí) a kontrolní vzorky měřeny periodicky v sekvenci; vzorky A a B byly měřeny v 10 opakováních. K hodnocení interferences byly analyzovány více izotopy (např. 24,25,26Mg).

Použitá instrumentace

Seznam hlavních použitých komponentů a zařízení:

• Agilent 9500 ICP-QQQ s Dual-Cell CRC a volitelným m-lens
• I-AS autosampler, software Agilent OpenLab ICP-MS verze 1.1
• MicroFlow PFA nebulizér s I‑AS sondou (self-aspiration), teplotně řízená křišťálová spray komora
• Quartz torch s 2,5 mm ID injektorem
• Platinový sampler cone (Pt tip, Cu base) a platinový skimmer cone (Pt tip, Ni base) určený pro m-lens
• Reakční plyny: H2 a směs NH3 + H2 (NH3 10 % v He; v práci použit NH3 proud ~8 mL/min při 80 % nastavení)

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza ukázala, že použití režimu MS/MS s řízenou reakcí v CRC efektivně potlačilo Ti2+ a TiO+ interferencí na klíčové analyty (Na, Mg, Cu, Zn). Konkrétní závěry:

• Mass‑shift přístup snížil background equivalent concentration (BEC) u Cu ze 125 ppt (on‑mass) na 104 ppt (mass‑shift), což přispělo ke zvýšení spolehlivosti kvantifikace.
• Pro Zn byl izotop 68Zn měřitelný on‑mass s velmi nízkým BEC (~14 ppt), protože TiO signál na tomto massu je relativně malý.
• Mg byl potvrzen přítomností v prášku (cca 8 ppm), přičemž BEC hodnoty pro 24,25,26Mg ~1.6 ppb a shoda mezi izotopy potvrdila úspěšné odstranění Ti2+ interferencí.
• Suma koncentrací detekovaných kovových nečistot po korekci BEC činila přibližně 31 ppm v původním prášku, tedy <0,01 %; výsledky jsou v souladu se specifikací >99,99 %.
• Spike recoveries většiny prvků byly v rozmezí ±10 % s RSD typicky 1–3 % (vše <5 %), což dokládá přesnost a reprodukovatelnost metody.
• Interní standard (In) zůstal stabilní v průběhu ~3 hodin v rozmezí 90–120 %, QC recoveries byly většinou v ±10 % (vše < ±20 %), což potvrzuje dlouhodobou stabilitu a robustnost měření.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda založená na 9500 ICP-QQQ nabízí robustní řešení pro rutinní kontrolu kvality titanu vysoké čistoty:

• Schopnost měřit stopové prvky v přítomnosti vysoké Ti matrice díky MS/MS a řízené chemii v buňce.
• Ultralehké BEC/DL (ppt úrovně) umožňují ověřit shodu s přísnými průmyslovými standardy.
• Vysoká reprodukovatelnost a dlouhodobá stabilita vhodná pro výrobní sekvence a výzkumné laboratoře.
• Možnost automatického přepínání režimů (H2 vs. NH3+H2) pro optimalizaci potlačení různých interferencí během jedné analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možnosti dalšího rozvoje a nasazení:

• Další optimalizace průtoku NH3/H2 pro dosažení nižších DL při analýze materiálů s čistotou 99,999 % a vyšší.
• Rozšíření přístupu na jiné vysokomatricové materiály (Cu, Si, slitinové systémy) s využitím m-lens a Dual-Cell CRC.
• Integrace s čistými laboratorními workflow pro snížení kontaminací při přípravě vzorků a dosažení nižších BEC.
• Automatizace kalibrace a kontroly kvality pro vysokokapacitní výrobní kontexty, včetně adaptivního řízení reakcí v CRC na základě spektra signálů v reálném čase.

Závěr

Studie prokázala, že Agilent 9500 ICP-QQQ s m-lens a Dual-Cell CRC je efektivní a spolehlivý nástroj pro ultrastopovou analýzu kovových nečistot v titanu vysoké čistoty. Řízená reakční chemie, MS/MS režim a optimalizovaná geometrie m-lens umožňují potlačit hlavní Ti-způsobené interference a dosáhnout přesných výsledků s nízkými DL a vysokou reprodukovatelností, což je klíčové pro aplikace v polovodičovém a leteckém průmyslu.

Reference

1. Sugiyama N., Nakano K. Reaction data for 70 elements using O2, NH3 and H2 with the Agilent 8800 Triple Quadrupole ICP-MS. Agilent Technologies publication, 5991-4585EN.
2. Sugiyama N. Analysis of Ultratrace Impurities in High Purity Copper using the Agilent 8900 ICP-QQQ. Agilent Technologies publication, 5994-0383EN.
3. Ying Y. Analysis of Ultratrace Impurities in High Silicon Matrix Samples by ICP-QQQ. Agilent Technologies publication, 5994-2890EN.