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            氣相色譜質譜法測定四氯硅烷中含碳化合物

            來源:珀金埃爾默企業(yè)管理(上海)有限公司   2024年12月27日 15:37  

            四氯硅烷是工業(yè)化生產(chǎn)中必不可少的化工原料。同時,高純度光纖級四氯硅烷還可作為硅外延生產(chǎn)和大規(guī)模集成電路的硅源,在光伏、光纖、半導體等領域有著廣泛的應用。

             

            近年來隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展,有機硅工業(yè)迅猛發(fā)展,其產(chǎn)能與產(chǎn)量呈幾何級增長。目前氯硅烷的工業(yè)生產(chǎn)主要采用直接合成法,該法工藝比較復雜,副產(chǎn)物較多。主要副產(chǎn)物包括二甲基一氯硅烷、一甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅烷、二甲基二氯硅烷和一甲基三氯硅烷等高沸物和低沸物。

             

            本文使用珀金埃爾默GCMS 2400™的氣相色譜-質譜聯(lián)用儀對四氯硅烷中5種常見的甲基氯硅烷進行定性定量分析,正辛烷為稀釋溶劑,二氯乙烷為內(nèi)標,采用全掃描和選擇離子掃描同時監(jiān)測。該方法不僅可用于四氯硅烷中含碳化合物的檢測,同時也可用于三氯氫硅中含碳化物的檢測。分別對3種不同來源的氯硅烷樣品進行檢測,考察方法對實際樣品的適用性。5種甲基氯硅烷的名稱及結構式如下圖1所示:

             

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            圖1.氯硅烷的結構式

             

            實驗

             

            1試劑和材料

             

            一甲基二氯硅烷:阿拉丁;CAS號75-54-7;97%

             

            一甲基三氯硅烷:阿拉??;CAS號75-79-6;97%

             

            二甲基一氯硅烷:阿拉?。籆AS號1066-35-9;96%

             

            二甲基二氯硅烷:阿拉??;CAS號75-78-5;96%

             

            三甲基一氯硅烷:阿拉??;CAS號75-77-4;98%

             

            1,2-二氯乙烷:阿拉?。籆AS號107-06-2;99.8%

             

            正辛烷:阿拉丁;CAS號111-65-9;99%

             

            2標準溶液的制備

             

            在10 mL樣品瓶中加入7.5 mL正辛烷,用微量進樣器依次加入10 uL的甲基氯硅烷和10 uL的二氯乙烷,分別記錄加入樣品的質量(見表1),混勻后備用。

             

            表1.各組分的質量

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            3測試儀器及條件

            使用珀金埃爾默GCMS 2400™的氣相色譜-質譜聯(lián)用儀進行實驗,設備如圖2所示,測試條件如表2、表3所示。

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            圖2. 珀金埃爾默GCMS 2400™

             

            表2.氣相色譜儀及質譜儀的操作條件

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            表3.各組分的質量

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            結果與討論

             

            1K值的測定

            取0.2 uL甲基氯硅烷混合標準溶液注入氣相色譜-質譜儀進行測定,色譜圖如圖3所示,采用單點校準法。分別測出各甲基氯硅烷和1,2-二氯乙烷的峰面積,各甲基氯硅烷與內(nèi)標物1,2-二氯乙烷的相對靈敏度系數(shù)即為K值。

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            圖3.甲基氯硅烷的標準色譜圖(1.二甲基一氯硅烷 tR=10.25 min; 2.一甲基二氯硅烷tR=11.27 min; 3. 三甲基一氯硅烷tR=13.06 min; 4.二甲基二氯硅烷tR=15.02 min;5.一甲基三氯硅烷tR=15.17 min; 6.二氯乙烷(內(nèi)標)tR=16.79 min)(點擊查看大圖)

             

            2重現(xiàn)性測試

            對表1中的標樣重復進樣6次,測定結果見表4。

             

            表4.待測物質的峰面積重現(xiàn)性和檢出限

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            3實際樣品測試

            在空樣品瓶中加入5 mL正辛烷,稱其重量,再加入10 uL內(nèi)標(二氯乙烷)稱其重量,最后再加入2.5 mL氯硅烷樣品,稱其重量。將樣品混勻后,取0.2 uL注入氣相色譜-質譜儀進行測定,其色譜圖見圖4,然后根據(jù)公式計算各甲基氯硅烷的含量,數(shù)值以%表示,見表5。

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            圖4.實際樣品和標準樣品的對比(三氯氫硅=10.53min,四氯化硅=13.85min)(點擊查看大圖)

             

            表5.不同樣品的測試結果

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            4結果與討論

            方案中四氯硅烷和三氯氫硅均能與甲基氯硅烷實現(xiàn)分離,因此該方案不僅能滿足四氯硅烷中甲基氯硅烷的分析檢測(YS/T 1300-2019),同時能拓展為三氯氫硅中甲基氯硅烷的分析檢測(GB/T 28654-2018),如圖5。

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            圖5.三氯氫硅中的甲基氯硅烷的色譜圖(1.二甲基一氯硅烷;2.三氯氫硅;3.一甲基二氯;4.三甲基一氯硅烷;5.二甲基二氯硅烷;6.一甲基三氯硅烷;7.2-氯丁烷;8.1,2二氯乙烷9.1-氯丁烷;10.乙烯基三氯硅烷)(點擊查看大圖)

             

            四氯硅烷和三氯氫硅遇空氣易反應,原料中大量的四氯硅烷和三氯氫硅會降低色譜柱和GCMS的使用壽命,通過珀金埃爾默經(jīng)典的D-Swafer技術將它們從色譜柱中切割放空,避免對色譜柱和MS的污染,其原理圖見圖6。

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            圖6.D-Swafer中心切割流程圖(點擊查看大圖)

             

             

            珀金埃爾默GCMS 2400™能充分實現(xiàn)四氯硅烷中甲基氯硅烷的定性和定量分析,儀器和方法具有更強的應用擴展性,滿足行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和法規(guī)不斷提升的需求。

             

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