Determination of cations and amines in hydrogen peroxide by ion chromatography using a RFIC (reagent-free) system

Význam tématu

Hydrogen peroxide (H₂O₂) je nezbytný oxidační prostředek při výrobě polovodičových a mikroobvodových zařízení. Pro zajištění kvality polovodičového stupně je nutné omezit koncentrace stopových cationtů pod 100 ppt a organických aminů pod 1 ppb. Přesná analýza těchto kontaminantů přispívá k vyšší spolehlivosti a výtěžnosti výroby integrovaných obvodů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo vyvinout a ověřit metodu iontové chromatografie (IC) pro simultánní stanovení stopových cationtů (Li⁺, Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺) a jednoduchých aminů (methylamin, ethylamin, dimethylamin, trimethylamin) v roztocích H₂O₂ na úrovni µg/L. Studie testuje novou kolonu Dionex IonPac CS17 v systému RFIC bez potřeby organického modifikátoru v elučním roztoku.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla provedena na systému Thermo Scientific Dionex Reagent-Free Ion Chromatography (RFIC) sestaveném z:

• Stanice ICS-2500 včetně GP50 gradientního čerpadla a EG50 eluentního generátoru s cartridgem EGC-MSA
• Cation trap kolony CR-CTC a eluentního generátoru EGC-MSA
• Kolony Dionex IonPac CS17 (4×250 mm) s pojistnou kolonou CG17 (4×50 mm)
• Detektoru ED50A s potlačenou vodivostní detekcí CAES v recyklačním režimu
• Oven LC25 pro udržení teploty při 30 °C

Eluent: počáteční 0,8 mM metansulfonové kyseliny (MSA), plynulá zvýšení na 4 mM při 37 min a na 8 mM při 50 min. Vzorky H₂O₂ byly před analýzou ošetřeny platinnatým katalyzátorem pro rozklad peroxidu.

Hlavní výsledky a diskuse

Nová CS17 kolona umožnila ostré a dobře rozlišené píky aminů bez organického modifikátoru. Kalibrace pro každou složku v rozsahu pod µg/L dosáhla koeficientu determinace r² > 0,99. Metodické detekční limity (MDL) se pohybovaly v rozmezí 0,005–0,33 µg/L podle analyty. Krátkodobá repro­dukovatelnost (n=7) vykázala RSD < 9 % pro retenční časy a plochy píků. Analýza reálných vzorků H₂O₂ potvrdila přítomnost stopových cationtů ve všech třech testovaných vzorcích, přičemž aminy byly detekovány ve dvou vzorcích, zejména trimethylamin v desítkách ng/L.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost simultánního stanovení cationtů a aminů v jednom rozboru bez organických modifikátorů
• Automatické generování eluentu elektrodialýzou zajišťuje vysokou přesnost a reprodukovatelnost
• Detekční limity v řádu sub-µg/L vyhovují přísným specifikacím polovodičového průmyslu
• Jednoduchá příprava vzorku s přímou velkou smyčkovou injekcí

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření RFIC metodiky o online monitorování čistoty procesních kapalin v reálném čase přímo ve výrobních linkách. Dalšími směry jsou integrace s hmotnostní spektrometrií pro potvrzení identity stopových sloučenin a vývoj menších kapilárních systémů pro snížení spotřeby elučního média.

Závěr

Popsaná metoda RFIC na koloně IonPac CS17 prokázala vysokou citlivost, reprodukovatelnost a robustnost v simultánním stanovení stopových cationtů a aminů v hydrogen peroxidu. Eluční systém bez organických modifikátorů minimalizuje rušivé efekty a umožňuje spolehlivou kontrolu kvality polovodičových surovin.

Reference

• Kerth J., Rattmann C., Jensen D. GIT-Labor-Fachz. 2000, 44(11), 1324–1327.
• Thermo Fisher Scientific. Application Note 153: Monitoring for Trace Anion Contamination in the Extracts of Electronic Components.
• SEMI C30-06999. Specifications and Guidelines for Hydrogen Peroxide.