一種未知有機混合清洗劑的成分剖析

王路

(北京化學試劑研究所有限責任公司,北京 100084)

近年來,由于軍事和民用領域對微電子產品的明顯需求,微電子組裝技術得到了發展:多芯片、高密度、小型化、3D堆疊、高集成度、低成本、高性能等。近年來,微電子組裝技術發生了巨大的變化。因此,微電子組裝技術的不斷發展需要不斷研究和開發新的技術和材料。微波芯片元件的純度對產品性能和可靠性起著重要作用。

有機化合物主要由碳和氫元素組成,是含碳化合物,但不包括碳的氧化物和硫化物、羧酸、碳酸鹽、氰酸鹽、氰化物、硫氰化物、氰化物、碳化物、碳硼烷、金屬碳酸鹽、金屬碳酰、沒有M-C鍵的配體的金屬絡合物、一些有機金屬化合物(M-C鍵)和其他碳化合物,這些主要是在無機化學中研究。

不明物質的成分剖析,是通過運用相應的化學分析手段,對不明物質的外觀、形態、結構等一系列化學分析。在成分剖析中,因為所需剖析的樣品的多樣復雜性,所用剖析的方法的復雜性,其成為分析學科復雜困難的一個方面。

在針對未知有機混合清洗劑的剖析,通常需要結合實際情況綜合運用幾種分析方法。由于此種有機混合清洗劑具有揮發性的特點,所以氣相色譜-質譜聯用儀適合用于本有機混合清洗劑的分析。主要利用氣相色譜-質譜聯用儀(CG-MS),結合傅里葉變換紅外光譜儀(IR),水分測定儀(SFY),電感耦合等離子光譜發生儀(ICP),微波消解儀(MDS)等對一種無色透明粘稠液體狀的有機混合清洗劑進行化學成分的剖析,通過對測試結果的綜合分析,確定出該產品的組成。實驗可為同類產品的剖析提供思路。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

實驗儀器見表1。

表1 實驗儀器

1.2 實驗方法

(1)通過對有機混合清洗劑外觀進行觀察,判斷其在常溫下的氣味、狀態和顏色。

(2)通過使用傅里葉變換紅外光譜儀定性分析有機混合清洗劑的主體成分:傅立葉變換紅外光譜儀基本上由紅外光源、干涉儀、樣品池、檢測器、數據處理系統、記錄系統等組成。它與漫反射紅外光譜儀不同的是,它沒有單色儀或狹縫,而是使用邁克爾遜干涉儀來獲得入射光的干涉圖,然后通過時域特征的傅里葉變換將其轉換成頻域特征場(傳統紅外光譜儀)。掃描速度非常高。一個高質量的紅外光譜可以在大約一秒鐘內掃描完畢,在多次掃描中具有良好的可重復性,非常高的分辨率,通過與干涉測繪技術的復用,可以提高分辨率。高靈敏度和高信噪比。沒有分離器或棱鏡的傅立葉變換紅外光譜儀最大限度地減少了光損失,并通過干擾放大了光信號,以高光強度到達檢測器,實現高信噪比。位文數的準確性非常高。在FTIR光譜儀中,移動鏡的位置是用氦氖激光器精確測量的,因此可以高精度地測量光場差,在計算發射的光波數量時,精確度為0.01 cm-1。可以測量廣泛的光譜。通過簡單地改變分光器和光源,可以分析從10 000 cm-1到10 cm-1的整個紅外光譜。傅立葉變換紅外光譜儀的其他優點是輸出能量高,在整個波長范圍內分辨率穩定,重復性好,雜散光少,容易與氣相色譜和液相色譜結合。

(3)通過使用氣相色譜-質譜聯用儀檢測有機混合清洗劑的主要成分和含量:7890A氣相色譜,使用30 m IntuvoDB-5ms超高慣性色譜柱,與帶有EI惰性離子源的Agilent 5977BMSD連接。DB-5msUI 30 m×0.25 mm,0.5 μm,流速2 mL/min,連續流動。柱子的溫度保持在60 ℃ 2 min,然后以20 ℃/min的速度升至260 ℃,以6 ℃/min的速度升至330 ℃,并保持1 333 min(標準樣品)或10 333 min(研磨提取物)。輸入溫度為300 ℃,傳輸線溫度為330 ℃,離子源溫度為330 ℃,四極溫度為200 ℃。直到0.5 min,在壓力為431.685 kPa的情況下,采用無分離的脈沖注射模式,0.5 min的放電速率為0 mL/min,之后放電分離器將速率變為3 mL/min。注射量為1 mL。

(4)通過使用固體|水分測定儀檢測有機混合清洗劑的固體含量:使用MA100固體|水分測定儀測定未知有機混合清洗劑的固體含量,將儀器溫度設置為130 ℃,將儀器的終止條件設置為0.1 mg·min-1,使用1 mL的塑料吸管吸取0.7 g的樣品滴入儀器的鋁合金托盤上,并啟動機器。

(5)通過使用電感耦合等離子光譜發生儀測試參數檢測有機混合清洗劑的部分金屬元素。

鹽酸(質量分數36%～38%)分析純;硝酸(質量分數65%～68%)分析純;去離子水(電阻率≮15 MΩ·cm);砷、鐵、銅、鎳、鉛、鈷、鋁、錫儲備液均為100 μg/mL(表2)。

表2 實驗原料與試劑

美國珀金埃爾默股份有限公司(PerkinElmer)生產的電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)具有專有的MSF功能(多元素光譜擬合技術),可有效消除基體和共存元素干擾,經系統性的綜合比較,本研究選定其為主檢測設備。本研究在方法開發、試驗及應用等過程中,經充分地多樣品、多條件的系統試驗和驗證,充分的驗證了該方法無論是在精密度、可靠性和穩定性上,還是在靈活性、分析速度上,抑或是在使用的簡便性等多方面,都獲得了令人滿意的結果。

目前,原子吸收分光光度法用于測定固體樣品中經過干法、微波和濕法消化后的微量元素含量,原子熒光光度法、X射線熒光光度法、電感耦合等離子體原子發射光譜法和電感耦合等離子體質譜法。電感耦合等離子光譜發生儀可用于樣品中多種元素的同步定性、定量和半定量分析,具有許多優點,包括準確可靠的結果、低檢測限、低基體效應和寬動態范圍。因此,采用電感耦合等離子光譜發生儀的方法,利用不同元素濃度梯度的標準溶液,制定并分析了樣品中微量元素殘留的標準曲線。

100 mg/L的Zn、Pb、Ni、Fe、Hg、Mn、Au、Mg、Cu、Na和K混合標準溶液的制備:準備100 mL容量瓶,使用移液管分別移取1 000 mg/L的Zn、Pb、Ni、Fe、Hg、Mn、Au、Mg、Cu、Na和K的標準溶液各10 mL置于容量瓶中,其次將配制好的1%硝酸溶液定容到容量瓶的刻度,混勻備用,用以制備質量濃度分別為1,5,10,20 mg/L的混合元素標準溶液。

設置儀器后,應根據各被測元素的光譜特性、不同元素之間的干擾以及儀器對該元素的靈敏度,選擇凈發射率高、與其他元素干擾小、背景強度低、重疊強度低的光譜線作為被測元素的光譜線。應選擇凈發射率高、信噪比高、同時出現的特征干擾少、背景強度低、重疊度低的光譜線作為被測元素的分析光譜線。通過優化中所列的電感耦合等離子光譜發生儀的功率參數,確定了最佳的電感耦合等離子光譜發生儀的功率參數(表3)。

表3 儀器最佳工作參數

2 結果與討論

2.1 外觀及性狀

通過觀察可以得知,有機混合清洗劑為無色透明液體,且具有有機物的氣味,無明顯特殊刺激性氣味,無機械雜質、沉淀物以及懸浮物。

2.2 傅里葉變換紅外光譜

將適當有機混合清洗劑涂抹到氯化鈉玻片上,置于傅里葉變換紅外光譜儀檢測其主要成分,得到的紅外圖譜如圖1所示。

圖1 樣品的紅外光譜圖

由圖1可以得知,3 370,3 258,1 327,1 201,1 088 cm-1處的吸收說明主要含有碳氧鍵的環狀物存在,且上述紅外光譜與1,3-二氧戊環相似,綜合紅外光譜數據可以推測出有機混合清洗劑樣品的主要化合物組成為1,3-二氧戊環。

2.3 氣相色譜-質譜聯用儀測試

通過氣相色譜-質譜聯用儀測試得出的質譜圖由圖2所示。

圖2 樣品的GC-MS質譜圖

由圖2可以得知,有機混合清洗劑的主要成分為1,3-二氧戊環和丙二醇甲醚,并含有微量乙二醇單甲酸酯和二甲氧醛丙烷等2種有機溶劑雜質,GC外標法測定1,3-二氧戊環質量含量約為66.3%,丙二醇甲醚的質量含量約為33.1%,乙二醇單甲酸酯的質量含量約為0.13%,二甲氧醛丙烷的質量含量約為0.07%,水的質量含量約為0.07%。

2.4 固體|水分測定儀測試

使用MA100固體|水分測定儀測定未知有機混合清洗劑的固體含量,將儀器溫度設置為130 ℃,將儀器的終止條件設置為0.1 mg·min-1,使用1 mL的塑料吸管吸取0.7 g的樣品滴入儀器的鋁合金托盤上,并啟動機器。測定的樣品的固體質量含量為22.31%。

2.5 電感耦合等離子光譜發生儀測試

使用電子天平稱取5 g左右的有機混合清洗劑,精確到0.0001 g,將稱取好的樣品置于微波消解儀的消解管中,使用移液管量取6 mL硝酸于消解管中,并將消解管密封處理。將密封好的消解管置于微波消解儀的轉子中,啟動微波消解儀,設置程序,20 min升溫到150 ℃,并保持溫度10 min,10 min升溫到180 ℃,保持溫度10 min,然后開始降溫至常溫,目的為消解樣品中的有機物。將處理過后的消解管打開,置于恒溫消解儀上進行趕酸處理,待到消解管中的溶液蒸至約1 mL后,取出消解管并冷卻至室溫,冷卻后使用高純水反復沖洗消解管,并將洗滌液中加入1 mL的鹽酸,將洗滌液轉移至50 mL的容量瓶中,使用高純水稀釋至刻度,搖勻待測;用相同方法處理空白溶液及其他樣品。將其通過電感耦合等離子光譜發生儀測試其內的陽離子成分,如下表4所示。

表4 樣品金屬陽離子成分及含量

通過表4可以得知,樣品中含有微量的陽離子金屬元素Zn、Fe、Mg、Na和K。

3 結論

通過多種現代分析儀器數據的綜合解析,確定出未知有機混合清洗劑主要成分1,3-二氧戊環和丙二醇甲醚,并含有微量乙二醇單甲酸酯和二甲氧醛丙烷等2種有機溶劑雜質,其1,3-二氧戊環含量約為66.3%,丙二醇甲醚的含量約為33.1%,乙二醇單甲酸酯的含量約為0.13%,二甲氧醛丙烷的含量約為0.07%,水的含量約為0.07%,測定的樣品的固體含量為22.31%,并存在微量的陽離子金屬元素鋅、鐵、鎂、鈉和鉀。