Échantillonnage de cartouche d'air entier et analyse GC-MS de préconcentration pour les niveaux de pptv de triméthylsilanol dans l'air des salles blanches des semi-conducteurs

 

Abstrait

Les dommages coûteux causés par le triméthylsilanol (TMS) dans les salles blanches sur les lentilles des scanners dans l'industrie des semi-conducteurs ont entraîné la demande de méthodes précises et fiables pour mesurer le TMS à l'état de traces (c.-à-d. Parties par billion, volume par volume d'air [ pptv] [~ ng / m3]. Cette étude a développé une approche basée sur une cartouche d'air pour l'échantillonnage sur le terrain du triméthylsilanol dans l'air, ainsi qu'une méthode d'analyse en laboratoire de chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS) de préconcentration. Les résultats démontrent des blancs de cartouche propres (0.06 pptv [0.24 ng / m3], qui est inférieure à la limite de détection [BDL]); excellente linéarité (un écart-type relatif [RSD] du facteur de réponse relatif d'étalonnage [RRF] de 9.8%) sur une large plage de masse dynamique (1.0 à 100 pptv); récupération / précision de 93%; une limite de détection de la méthode de surveillance des ions sélectionnés (SIM) basse (MDL) de 0.12 pptv (0.48 ng / m3); répliquer la précision de 6.8% RSD; et stabilité (récupération de 84%) jusqu'à quatre jours de stockage à température ambiante. Ces niveaux de performance devraient répondre aux demandes de l'industrie des semi-conducteurs pour la surveillance des traces de triméthylsilanol dans les salles blanches.

Introduction

Les composés de méthylsiloxane volatil (VMS) sont des espèces d'organosilicium de bas poids moléculaire avec des pressions de vapeur relativement élevées dans des conditions ambiantes. Les espèces de VMS sont directement émises dans l'environnement par les cosmétiques et autres produits de soins personnels (p. Ex., Shampooings, crèmes pour la peau, dentifrice, déodorants) et lors de la dégradation du polydiméthylsiloxane (PDMS), qui est utilisé dans un large éventail d'applications (p. Ex., industrie, soins personnels et ménagers) [1,2]. Historiquement, les composés VMS étaient préoccupants en raison de leur présence omniprésente dans le biogaz émis par les décharges et les usines de traitement des eaux usées [1-3]. Cependant, cela n'est pas dû à des problèmes de santé humaine, car les siloxanes sont considérés comme sûrs pour le grand public [2]. Au contraire, les composés VMS reçoivent une attention considérable en raison de la combustion de biogaz contenant des siloxanes, ce qui entraîne la formation de dioxyde de silicium microcristallin. Le dioxyde de silicium agit comme un agent corrosif et / ou abrasif dans les chambres de combustion, entraînant ainsi une panne prématurée et / ou une maintenance nécessaire des moteurs [4]. Plus récemment, des espèces de VMS telles que le triméthylsilanol (TMS, CAS 1066-40-6) ont attiré l'attention dans l'industrie des semi-conducteurs en raison des préoccupations concernant le brouillard optique du triméthylsilanol. Le TMS est un silanol (bien qu'il soit considéré comme appartenant au groupe siloxane) qui se forme à partir de la réaction de l'hexaméthyldisilazane et de la vapeur d'eau lors de la production de plaquettes de silicium (équation 1) [5,6].

Équation 1: ((CH3)3Si)2NH + 2H2O → 2 (CH3)3SiOH + NH3

 

Triméthylsilanol dans l'air à l'état de traces (c.-à-d. Pptv [~ ng / m3]) les concentrations peuvent s'accumuler sur les outils de photolithographie (par exemple, les scanners UV), ce qui entraîne un voile optique de triméthylsilanol coûteux et irréversible [5]. Par conséquent, l'analyse du TMS à des niveaux de trace est nécessaire pour éviter d'endommager les lentilles, les masques, les réticules, les lasers et les optiques des scanners UV. Les méthodes d'échantillonnage et d'analyse sur le terrain se sont historiquement concentrées sur le TMS et plusieurs siloxanes linéaires et cycliques à des concentrations de l'ordre du ppmv (~ mg / m3) à ppbv (~ µg / m3) intervalle. Ces méthodes comprennent l'utilisation de solvants organiques [7,8], de sacs en Tedlar (polyfluorure de vinyle) [9], de bidons [3] et de sorbants solides comprenant, mais sans s'y limiter, charbon actif / charbon [7], Tenax (poly Oxyde de 2,6-diphénylène) [2,10], XAD et mousse de polyuréthane (PUF) [11]. À ce jour, il semble qu'une seule étude ait ciblé les siloxanes à faible pptv (~ ng / m3), avec l'utilisation d'un tube emballé avec Tenax TA et Carboxen [2]. L'approche d'échantillonnage Tenax TA et Carboxen couplée à la désorption thermique GC-MS a permis de fournir des concentrations de TMS au niveau des traces. Bien que les méthodes d'échantillonnage des sorbants solides puissent être petites et donc faciles à expédier et à stocker, elles sont sujettes à la percée des échantillons, aux sensibilités à l'humidité relative (HR), aux artefacts d'échantillonnage / analytiques et à des analyses d'échantillons uniques. Par conséquent, pour l'étude actuelle, une approche fondée sur l'ensemble des cartouches d'air, qui évite bon nombre de ces problèmes, a été utilisée pour l'échantillonnage et l'analyse des traces de triméthylsilanol dans l'air.

L'approche à base de canister a été choisie en fonction des éléments suivants: la capacité de fournir des échantillons ponctuels relativement rapides (c.-à-d. ~ 10 secondes), la flexibilité d'échantillonner pour des durées d'échantillonnage à long terme (c.-à-d. De quelques heures à quelques jours) avec l'utilisation d'un échantillonneur passif, la capacité d'échantillonner sans pompe et la capacité d'analyser plusieurs échantillons. Des études antérieures ont déjà démontré l'échantillonnage de cartouches d'air entier pour les siloxanes; cependant, cela a été réalisé pour les siloxanes en ppmv (~ mg / m3) à ppbv (~ µg / m3) intervalle. Méthodes basées sur des cartouches d'air entier pour les niveaux de traces (c.-à-d. Parties par billion, volume par volume d'air [pptv] [~ ng / m3]) de TMS n'existent pas. L'étude actuelle développe une méthode de chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS) de préconcentration pour les traces de TMS, qui sera utile à l'industrie des semi-conducteurs en tant qu'approche potentielle pour quantifier le triméthylsilanol dans les salles blanches.

Expérimental

Matériaux

Le triméthylsilanol (≥ 98.5%) a été obtenu auprès de Sigma Aldrich (St. Louis, MO, US). L'hexane (95%) a été obtenu auprès de JT Baker (Phillipsburg, NJ, US).

Système analytique

Pour toutes les expériences, le système analytique suivant a été utilisé: un préconcentrateur Nutech 8900DS (GD Environmental Supplies, Inc., Richardson, TX, États-Unis) associé à un chromatographe en phase gazeuse (GC) Agilent 6890 (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, US) couplé à un détecteur de spectromètre de masse (MS) Agilent 5973. Le préconcentrateur Nutech 8900DS utilise trois pièges refroidis cryogéniquement pour concentrer / focaliser les analytes cibles (souvent appelés «purge et piège à micro-échelle») pour la distribution au système GC-MS. Dans l'ordre d'écoulement de l'échantillon: Le piège 1 est constitué de billes de borosilicate traitées Siltek (40/60 mesh) utilisées pour éliminer la vapeur d'eau, l'azote, l'oxygène et le dioxyde de carbone (CO2) à partir du flux d'échantillons; Le piège 2 est constitué d'un matériau Tenax GR (80/100 mesh) utilisé pour concentrer les COV et éliminer toute vapeur d'eau résiduelle et CO2; et Trap 3 est un piège exclusif utilisé pour la focalisation finale des analytes et le transfert des analytes vers la colonne GC (via un union à volume nul Vici [Vici Valco Instruments, Houston, TX, US] [c.-à-d. injection directe]). Tous les échantillons ont été analysés en préconcentrant 400 ml d'échantillon avec l'ajout de 100 ml d'étalon interne / mélange de réglage TO-14A (Restek, Bellefonte, PA, États-Unis, cat. # 34408) (bromochlorométhane, 1,4-difluorobenzène, chlorobenzène-d5 et 4-bromofluorobenzène) préparés à des concentrations de 20 ppbv. Le TMS a été analysé en mode de surveillance des ions sélectionnés (SIM) avec l'ion cible 75 m / z et les ions qualificatifs 45, 47 et 59 m / z. Le reste des paramètres de préconcentrateur et de GC-MS peut être trouvé dans les tableaux I et II, respectivement.

 

Tableau I:  Réglages du préconcentrateur Nutech 8900DS. Volume de préconcentration par défaut = 400 ml.

Paramètres du piège 1Standard interne
Temp de refroidissement.-155 ° CFlux de purge100 mL / min
Préchauffer la température.5 ° CTemps de purge6 secondes
Temps de préchauffage0 secondesVolume100 ml
Temps mort10 minFlux ISTD100 mL / min
Désorber Temp.20 ° C
Désorber le flux5 mL / minÉchantillon
Temps de désorption360 secondesFlux de purge100 mL / min
Température de cuisson200 ° CTemps de purge6 secondes
Flush débit120 mL / minÉchantillon de flux100 mL / min
Temps de rinçage60 secondes
Flux de balayage120 mL / minContrôle GC
Temps de balayage60 secondesDémarrage à distanceOui
Temp. Gamme cible2 ° CDurée d'exécution du GC3 min
Temps stable60 secondesRincer la ligne d'échantillonnageNon
Refroidissement avec HeNonGC Ready requisOui
Délai d'attente GC Ready1 min
Paramètres du piège 2
Temp de refroidissement.-35 ° CConfiguration de l'état inactif
Désorber Temp.190 ° CCryopiège1150 ° C
Temps de désorption30 secondesLigne de transfert125 ° C
Temps mort10 minFour à soupape125 ° C
Température de cuisson200 ° CCryopiège2150 ° C
Temps de cuisson10 secondesLigne d'échantillonneur125 ° C
Temp. Gamme cible2 ° CFour d'échantillonnage125 ° C
Temps stable10 secondesauxiliaire125 ° C
Refroidissement avec HeNon
Paramètres de Cryofocus
Temp de refroidissement.-160 ° C
Heure d'injection1140 secondes
Temps mort10 min
Temp. Gamme cible3 ° C
Temps stable10 secondes

 

Tableau II:  Paramètres du GC-MS Agilent 6890-5973.

Paramètres GC
Four32 ° C (maintenir 1 min) à 150 ° C à 8 ° C / min à 230 ° C à 33 ° C / min
Gaz vecteurHe, flux constant
débit1.2 mL / min
Paramètres MS
Température de la ligne de transfert.230 ° C
Temp source.230 ° C
Quad Temp.150 ° C
Énergie électronique70 eV
Temps de retard du solvant1.00 min
Type de mélodieBFB
Mode d'ionisationEI
Programme SIM
NadlanHeure de début (min)Ions (m / z)Temps d'attente (ms)
10.0049, 130, 128, 51, 75, 45, 47, 59, 147, 73, 148, 6625
26.25114, 63, 88, 5750
26.25114, 63, 88, 5750
37.00207, 208, 96, 19150
410.00117, 82, 52, 5450
512.0050, 75, 95, 96, 173, 174, 175, 176, 17725

 

Blancs du système analytique / limite de détection (ADL)

En raison de la nature omniprésente des matériaux contenant du silicium, sept blancs du système analytique (une injection de 100 ml d'étalons internes via le système GC-MS de préconcentrateur) ont été analysés pour déterminer s'il y avait un TMS de fond dans le système GC-MS de préconcentrateur. À partir de ces résultats, une limite de détection analytique (ADL) a été calculée comme l'écart type des sept mesures répétées multiplié par 3.14 (c.-à-d. t valeur pour une confiance de 99% pour sept valeurs) (Équation 2).

Équation 2: ADL = sxt(n -1,1-∝ = 0.99)

 

n = Nombre de mesures répétées
s = Écart type de n des mesures
t = Étudiant t valeur à n -1 degrés de liberté
∝ = niveau de signification

Nettoyage des bidons / blancs

Les cartouches ont été nettoyées avec un système de nettoyage de cartouches TO-Clean, conformément aux procédures recommandées décrites à la section 8.4.1 de la méthode TO-15 [12]. En bref, à 100 ° C, toutes les boîtes ont été mises sous vide jusqu'à 500 mTorr et maintenues sous vide pendant 60 minutes; les bidons ont ensuite été remplis d'azote humidifié (45% HR) à 30 psig. Toutes les valeurs d'humidité relative ont été vérifiées par un hygro-thermomètre / enregistreur de données EXTECH (modèle SDL500) (Extech Instruments Corporation, NH, US). Ce cycle a été complété deux fois supplémentaires pour un total de trois cycles (tableau III). Tous les aspirateurs / pressions étaient contrôlés par la jauge interne du système de nettoyage des cartouches TO-Clean; cependant, les aspirateurs / pressions étaient périodiquement vérifiés à l'aide d'une jauge de test numérique Ashcroft (Stratford, CT, US, Restek cat. # 24268).

Des bidons vierges ont été générés en pressurisant des bidons évacués propres avec de l'azote humidifié (45% HR) à 30 psig, en les stockant pendant trois jours à température ambiante (cela a été fait pour simuler les temps de manipulation / expédition des échantillons), puis en les analysant pour la propreté. L'azote a été humidifié (45% HR) en barbotant l'azote à travers une chambre d'humidification (Restek, Bellefonte, PA, US, chat. # 24282) rempli d'eau désionisée (DI). Cela a été fait de manière à reproduire au mieux l'HR dans les salles blanches des semi-conducteurs, qui, parmi plusieurs conditions environnementales, est contrôlée à 30 à 50% d'HR [13].

Tableau III:  Procédures de nettoyage des bidons effectuées à 100 ° C avec de l'azote humidifié (45% HR).

CycleVide d'évacuation (mTorr)Pression de pressurisation (psig)
1500 (maintenir pendant 60 min)30
2500 (maintenir pendant 60 min)30
3500 (maintenir pendant 60 min)30
Final5030 (uniquement pour les blancs)

 

Étalonnage

Une courbe d'étalonnage en sept points a été générée en analysant une série de volumes d'un 47.6 pptv (192 ng / m3) étalon primaire (tableau IV). Le volume de préconcentration par défaut pour les échantillons était de 400 ml. L'étalon primaire de 47.6 pptv a été généré en injectant 5 µL de TMS pur dans un bidon de 6 L sous vide et en pressurisant ce bidon avec 45% d'azote HR à 45 psig. La norme résultante était de 42.1 ppmv (170 mg / m3) TMS. La norme était autorisée à vieillir pendant au moins 24 heures, mais n'avait pas plus de 30 jours au moment de l'utilisation. L'étalon a ensuite été dilué dynamiquement jusqu'à 47.6 pptv. Un critère d'étalonnage de 30% (c'est-à-dire le pourcentage d'écart-type relatif [% RSD] pour le facteur de réponse relatif [RRF]) a été adopté à partir de la méthode TO-15 du Compendium de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) [12].

Tableau IV:  Courbe d'étalonnage.

Norme (pptv)Volume d'injection (mL)Concentration d'étalonnage (pptv)
47.680095.2
47.640047.6
47.620023.8
47.6809.52
47.6404.76
47.6202.38
47.680.95

 

Récupération / Précision

Il était impératif d'évaluer l'efficacité du préconcentrateur Nutech 8900DS pour récupérer le TMS d'une cartouche et l'injecter sur le GC-MS, ainsi que la précision du système GC-MS du préconcentrateur dans son ensemble à des concentrations pertinentes. La récupération / précision du système GC-MS à préconcentrateur a été déterminée par comparaison aux normes d'audit. Une aliquote de 1 µL de TMS diluée dans n-hexane (802 pg / uL de TMS) a été analysé par injection directe et les mêmes conditions GC-MS que celles utilisées pour l'analyse de la cartouche (à l'exception qu'une division 9: 1 a été utilisée, résultant en 80.2 pg de TMS sur la colonne). Cette norme d'audit a été comparée à sept injections de 400 mL des 47.6 pptv susmentionnés (192 ng / m3) standard via le préconcentrateur GC-MS, résultant en 76.6 pg de TMS sur la colonne. De plus, une courbe d'étalonnage en cinq points a été générée à partir d'injections directes de liquide à des fins de comparaison.

Un critère de récupération / précision de 30 pour cent a été adopté à partir de la méthode TO-15 [12]. La récupération / précision a été calculée comme la différence entre la réponse de la norme d'audit et la réponse de la valeur GC-MS du préconcentrateur divisée par la réponse de la norme d'audit, exprimée en pourcentage, comme indiqué dans l'équation 3.

Équation 3: Récupération / Précision (%) =
(Valeur d'audit - Valeur mesurée) / Valeur d'audit x 100

 

Limite de détection de méthode (MDL)

La limite de détection de la méthode (MDL) a été déterminée comme prescrit dans le Code of Federal Regulations (40 CFR 136 Annexe B). Plus précisément, la MDL a été déterminée à partir de sept mesures répétées d'un standard de bas niveau contenant du TMS à une concentration proche (dans un facteur de cinq) de la limite de détection attendue. Dans ce cas, il a été jugé que les concentrations des cartouches vierges étaient proches de la MDL attendue; par conséquent, sept cartouches vierges ont été analysées. La MDL a également été déterminée par injection liquide directe de 1 pi de 0.802 pg / pi de TMS (0.8 pg sur colonne) répétée sept fois. La MDL a été calculée comme l'écart type des sept mesures répétées multiplié par 3.14 (c.-à-d. t valeur pour une confiance de 99% pour sept valeurs) (Équation 4).

Équation 4: MDL = sxt(n -1,1-∝ = 0.99)

 

n = Nombre de mesures répétées
s = Écart type de n des mesures
t = Étudiant t valeur à n-1 degrés de liberté
∝ = niveau de signification

Un critère MDL de 10.0 pptv a été adopté, sur la base de ce qui a été jugé approprié pour aider l'industrie des semi-conducteurs.

Précision

Des déterminations de précision ont été effectuées à partir de sept mesures répétées d'un standard contenant du TMS à 9.51 pptv (38.3 ng / m3), qui est proche des concentrations attendues de l'échantillon sur le terrain et proche de la limite de détection souhaitée pour cette méthode. Un critère de précision de 25% a été adopté à partir de la méthode TO-15 [14]. La précision pour chaque analyte a été calculée comme l'écart type des sept mesures répétées divisé par la valeur moyenne des sept mesures répétées et exprimée en pourcentage (équation 5).

Équation 5: Écart type relatif (RSD [%]) = σ / μ x 100

 

σ = écart type d'un tableau
µ = moyenne d'un tableau

Stabilité de l'échantillon

Les silanols, en particulier le TMS, sont considérés comme des espèces instables en raison: de la facilité avec laquelle ils subissent la condensation [1,5,6]; leur réaction avec l'alcali du verre [13]; et leur propension à la dégradation oxydative par des réactions avec le radical hydroxyle ou nitrate et l'ozone [14]. Par conséquent, l'expérience suivante a été conçue pour évaluer la stabilité du TMS dans des canisters électropolis et revêtus de silice, en présence d'une HR variable, au fil du temps. Deux cartouches d'échantillonnage d'air TO-Can électropoli (Restek, Bellefonte, PA, US, cat. # 24178) et deux cartouches d'échantillonnage d'air SilcoCan doublées de silice (Restek, Bellefonte, PA, US, cat. # 24142-650) ont été enrichies avec TMS et pressurisé avec 20% d'azote HR à 30 psig, résultant en une concentration finale de TMS d'environ 5 pptv. De plus, deux autres bidons électropolis et deux autres garnis de silice ont été dopés avec du TMS et pressurisés avec 93% d'azote HR à 30 psig, ce qui a donné une concentration finale de TMS d'environ 5 pptv. Les huit bidons ont été analysés périodiquement sur une période de deux semaines.

Bien que les niveaux de 20% et 93% HR aient été choisis pour représenter les extrémités extrêmes du spectre HR, une expérience finale de stabilité optimisée a été menée en dopant deux bidons électropolis avec du TMS et en les pressurisant avec 45% d'azote HR à 30 psig, résultant en une finale Concentration de TMS d'environ 5 pptv. Cela a été fait pour imiter les conditions les plus probables rencontrées dans une salle blanche de semi-conducteurs. Le même critère de récupération / précision de 30% adopté à partir de la méthode TO-15 [14] a été appliqué à toutes les expériences de stabilité des échantillons.

Résultats et discussion

Blancs du système analytique / limite de détection (ADL)

La présence omniprésente de matériaux contenant du silicium dans les équipements de laboratoire a produit un niveau de fond de TMS. La concentration moyenne de TMS provenant de sept analyses à blanc du système analytique était de 0.11 ± 0.03 pptv, ce qui correspond à une DJA de 0.09 pptv (0.36 ng / m3). Ce niveau de fond était reproductible et pouvait donc être soustrait de toutes les mesures. Au cours de plusieurs analyses supplémentaires du blanc du système, les différents composants du système GC-MS du préconcentrateur ont été isolés individuellement afin de localiser l'origine du TMS de fond. Les résultats indiquent que la source la plus puissante de TMS est souvent la cartouche, qui peut contribuer à environ 20% ou plus du TMS de fond total. En particulier, les standards internes (ISTD) utilisés pour chaque analyse sont générés et livrés à partir d'un canister. Par conséquent, la présence de tout TMS dans la cartouche ISTD dicte fortement la concentration de TMS de fond. Cependant, les concentrations de fond de TMS peuvent facilement être maintenues au minimum avec l'utilisation de procédures de nettoyage de cartouche appropriées (comme indiqué dans la section expérimentale). Il est important de noter que l'humidification de la cartouche de nettoyage N2 est impératif pour générer la plus faible concentration de TMS dans les bidons vierges.

Il est également important de noter que plusieurs blancs de système analytique ont été évalués immédiatement après l'analyse d'étalons contenant jusqu'à ~ 500 pptv TMS. Les résultats de cette évaluation indiquent qu'il n'y avait pas de transfert de TMS observable entre les analyses. Cependant, l'analyse de plusieurs blancs de système analytique immédiatement après l'analyse d'étalons contenant jusqu'à ~ 5 ppbv de TMS a abouti à un report de l'ordre de ~ 10 pptv, qui a été immédiatement effacé lors d'un essai ultérieur.

Étalonnage

La courbe d'étalonnage en sept points a démontré une excellente linéarité avec un écart-type relatif (RSD) du facteur de réponse relatif (RRF) de 9.8% pour 1.0 à 100 pptv TMS. La courbe d'étalonnage a été générée en préconcentrant différents volumes du même étalon primaire, ce qui indique que le système GC-MS à préconcentrateur était capable de préconcentrer efficacement le TMS en phase gazeuse à partir d'une cartouche sous vide sur une large plage linéaire (c.-à-d. 8 à 800 ml) de volumes.

Récupération / Précision

Les sept analyses d'une injection de 400 mL de 47.6 pptv (192 ng / m3) Les TMS via le préconcentrateur GC-MS ont été comparés à une courbe d'étalonnage en cinq points générée à partir d'injections liquides directes de TMS dans le GC-MS. La récupération était de 93 ± 10% à ce niveau de charge sur colonne de 76.6 pg. Ces résultats indiquent que le préconcentrateur piège et délivre efficacement des traces de TMS au GC-MS. Ces résultats démontrent également que la technique de génération standard gazeuse utilisée pour cette étude était appropriée. Comme le montre la figure 1, le système GC-MS de préconcentrateur était capable de chromatographier le TMS assez bien.

Limite de détection de méthode (MDL)

La concentration moyenne de TMS de sept bidons vierges (quatre électropolis et trois doublés de silice) était de 0.06 ± 0.04 pptv, ce qui correspond à une MDL de 0.12 pptv (0.48 ng / m3). Les ADL et MDL sont pratiquement impossibles à distinguer car, comme discuté précédemment, les niveaux de fond du système étaient fortement dictés par la concentration de TMS dans la cartouche ISTD utilisée par le système GC-MS à préconcentrateur.

Il a également été déterminé que la MDL était de 0.65 pg de TMS sur colonne par injection directe de liquide sur la GC-MS, ce qui correspond à une concentration de cartouche de 6 L de 0.40 pptv (1.63 ng / m3) TMS. Les deux modes différents de génération de MDL ont donné des valeurs (0.12 et 0.40 pptv) qui étaient très proches en magnitude, ce qui renforce la confiance dans la MDL. Il valide également la récupération / précision du système, même à des concentrations proches de la limite de détection.

Il est important de noter que la MDL est simplement un nombre statistique et peut ne pas avoir d'application pratique. Par conséquent, il est recommandé d'adopter une limite de quantification pratique (PQL) de cinq fois la MDL. Sur cette base, le PQL est de 0.60 pptv (2.42 ng / m3) TMS, qui correspond au niveau d'étalonnage observé le plus bas (0.95 pptv) qui pourrait être distingué du bruit de fond en toute confiance. Le PQL TMS actuel est ~ 5x inférieur à celui de Lee et al., 2012 [5] MDL (9.5 ng / m3) pour un échantillon de 6 L prélevé sur un tube de désorption thermique (TD). Cependant, le PQL actuel peut être atteint avec un échantillon instantané d'environ 10 secondes, ce qui n'a pas été démontré auparavant avec les tubes TD.

Précision

Les données de l'expérience de précision démontrent que le système GC-MS préconcentrateur avait un RSD de 6.8% pour sept analyses répétées d'un 9.51 pptv (38.3 ng / m3) Norme TMS.

Stabilité de l'échantillon

Comme le montre la figure 2, le TMS était stable dans des canisters jusqu'à trois jours (73% récupérés). Au-delà de trois jours de stockage, la récupération des échantillons est tombée à environ 20 à 30% de récupération, puis a semblé se stabiliser. Cette stabilisation apparente du TMS après une semaine de stockage est cohérente avec l'observation de Lee et al. [2] pour le TMS sur des sorbants solides.

Les boîtes à moustaches de la figure 3 suggèrent que le type de cartouche a un effet sur la récupération du TMS. Bien que pas significativement différent (p = 0.059 du test de Kruskal-Wallis), les résultats indiquent que les cartouches électropolies peuvent être associées à des récupérations de TMS plus élevées. Les récupérations relativement plus faibles de la cartouche doublée de silice peuvent s'expliquer par la perte de silanols via leur réaction avec l'alcali dans le verre [13]. Par conséquent, des cartouches électropolies sont recommandées pour l'échantillonnage, le transport et le stockage des traces de TMS.

Il est important de noter que le TMS peut subir une dimérisation catalysée par un acide en hexaméthyldisiloxane (HMDSO) [5,6]; par conséquent, HMDSO a été surveillé (figure 1, pic 3) pendant les études de stabilité pour voir si le mécanisme susmentionné expliquait la perte de TMS. Bien que du HMDSO ait été observé dans tous les échantillons de stabilité, la concentration de HMDSO n'a pas changé avec le temps, ce qui suggère que le mécanisme de perte de TMS n'était pas associé à la formation de HMDSO. La présence de HMDSO dans tous les échantillons de stabilité a été attribuée à la formation de HMDSO dans le standard TMS pur utilisé pour préparer les échantillons.

Les boîtes à moustaches de la figure 4 suggèrent que l'HR a un effet sur la récupération du TMS. Les résultats indiquent qu'une HR plus élevée est associée à des récupérations de TMS plus élevées (p = 0.007 d'après le test de Kruskal-Wallis). Les récupérations relativement plus faibles associées à une faible HR ont déjà été signalées pour d'autres COV [15]; cependant, il n'est pas clair si la faible HR entraîne des récupérations plus faibles en raison de pertes pendant le stockage ou peut-être d'une inefficacité pendant la préconcentration. Quoi qu'il en soit, l'échantillonnage et le transport / stockage du TMS dans des bidons ne seront probablement pas effectués dans une HR de 20% basée sur des environnements de salle blanche à semi-conducteurs allant de 30 à 50% HR [13]. L'évaluation de 20 et 93% HR a été effectuée uniquement pour examiner la stabilité du TMS dans des cartouches aux extrémités les plus extrêmes du spectre HR. Compte tenu de ce qui précède et du fait que le TMS présentait une stabilité légèrement meilleure dans les canisters électropolis, la stabilité du TMS a été évaluée dans les canisters électropolis à 45% HR. Les résultats indiquent que 84% du TMS pourrait être récupéré après quatre jours de stockage dans des bidons électropolis à 45% HR.

Conclusion

Des problèmes avec le brouillard optique au triméthylsilanol ont créé un besoin de méthodes TMS dans l'industrie des semi-conducteurs. Une méthode basée sur des cartouches d'air entier a été développée pour le TMS à des niveaux de trace (c.-à-d. Pptv [~ ng / m3]). Il s'agit de la première méthode de ce type capable de telles sensibilités et, lorsqu'elle est associée à des échantillons instantanés quasi instantanés (c'est-à-dire ~ 10 secondes), elle permet le criblage rapide des salles blanches. Les résultats démontrent des blancs de cartouche propres (0.06 pptv, ce qui est inférieur à la limite de détection [BDL]); excellente linéarité (un écart-type relatif [RSD] du facteur de réponse relatif d'étalonnage [RRF] de 9.8%) sur une large plage de masse dynamique (1.0 à 100 pptv); récupération / précision de 93%; une limite de détection (MDL) de méthode de surveillance des ions sélectionnés bas (SIM) de 0.12 pptv; répliquer la précision de 6.8% RSD; et stabilité jusqu'à quatre jours de stockage à température ambiante. Ces niveaux de performance répondront aux demandes de l'industrie des semi-conducteurs pour la surveillance des traces de triméthylsilanol dans les salles blanches.

Remerciements

Nutech Instruments, Wasson, EST Analytical et Dr Mark Camenzind d'Air Liquide Electronics - Balazs NanoAnalysis


Remarque : Cet article est cité sur le site Web de Restek à partir du lien ci-dessous:

https://www.restek.com/Technical-Resources/Technical-Library/Air-Sampling/env_EVAN1788-UNV

Nous apprécions les efforts de l'auteur Jason S. Herrington.