一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法及其应用

摘要

本发明提供了一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法及其应用，属于分析检测技术领域。本发明将液体镓注入到针状样品架中，再把待测样品插入到液体镓中，然后将该样品架插入液氮中冷却，待液体镓凝固后，取出样品架，即得针状样品，这样所得针状样品用于辉光放电质谱检测时，具有很好的冷却效果，可以避免在检测低熔点的样品时样品发生熔化，同时，扩宽了辉光放电质谱可检测的样品尺寸范围，能直接测定尺寸为0～3mm×0～3mm×8～22mm的导体和半导体。

说明书

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法及其应用。

背景技术

近几十年来，辉光放电质谱已经成为分析高纯材料中痕量或超痕量杂质最常用的技术手段。目前商品化的辉光放电质谱仪都配有针状和片状样品池，因此可以直接测定符合尺寸要求的导体和半导体样品，如Nu仪器有限公司(Nu Instruments Ltd.)生产的Astrum型辉光放电质谱仪，可以直接测定12-40×12-40×1-20mm的片状样品和0.5-3×0.5-3×18-22mm的针状样品。实际检测时，可根据样品的种类和检测需求选择不同的检测方法。但是片状检测时，由于样品架和样品池接触面积较大，会引入较多的C、N、O污染，这对有些元素的检测会形成较大的干扰，而针状样品架和样品池的接触面积较小，C、N、O的污染较小，可获得更小的C、N、O的值，因此对很多元素的检测造成的干扰也较小。同时，目前在高纯产品的应用中，对C、N、O的要求越来越高，红外气体分析仪的检出限已经难于满足要求，未来辉光放电质谱仪会成为C、N、O的有效检测手段，而针状检测是测定C、N、O的优选方法。但是由于针状样品架和样品池的接触面积小，且针状样品架的出口是圆形的，对于一些非圆柱体或小尺寸的样品，降温主要通过支架上的两个螺丝，因此冷却效果不是很好，在测定一些低熔点的金属(如Ga、Cd、Te等)样品时，样品尖端容易熔化；另外适合于测定长度介于18mm-22mm的棒状样品，不可以直接测定长度较短的样品。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法及其应用，以使在进行辉光放电质谱检测时样品具有更好的冷却效果，避免检测低熔点的样品时样品发生熔化，同时，还可以直接测定长度更短的样品，扩宽样品的尺寸范围。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将液体镓(即镓单质，Ga)注入到针状样品架中后，把待测样品插入到所述液体镓中；

(2)将所述样品架插入液氮中并防止所述液氮浸没样品架，待所述液体镓凝固后，取出所述样品架，即得针状样品。

上述制备方法通过在针状样品架中注入镓，并在镓中插入待测样品，使待测样品和镓粘结在一起，这样得到的针状样品能与针状样品架充分接触，提高了待测样品与样品架之间的热传导效率，使得待测样品具有很好的冷却效果，可以避免在检测低熔点的样品(如Ga、Cd、Te等)时样品发生熔化；同时，上述制备方法扩宽了辉光放电质谱可检测的样品尺寸范围，能直接测定尺寸为0～3mm×0～3mm×8～22mm的导体和半导体。另外，所述样品架插入液氮中进行冷却时，要防止液氮浸没样品架，以避免样品污染和发生氧化。

优选地，所述液体镓的体积为0.07～0.09mL。更优选地，所述液体镓的体积为0.08mL。当所述液体镓的体积为0.07～0.09mL时，可确保样品和液体镓粘结在一起，同时镓不会溢出样品架，尤其当所述液体镓的体积为0.08mL时，样品和液体镓可以更好的粘结在一起，同时镓不会溢出样品架。

优选地，所述待测样品的尺寸为0～3mm×0～3mm×8～22mm。本文中的0～3mm×0～3mm×8～22mm中，0～3mm均不包括两端值，而8～22mm包括两端值。如当待测样品为圆柱形时，其尺寸范围为：直径小于3mm，长度为8～22mm。

优选地，所述液体镓的纯度≥99.9999wt％。

优选地，把所述待测样品插入到所述液体镓中时，避免所述液体镓从所述样品架的出口流出。如果液体镓从样品架的出口流出，会导致辉光放电质谱检测时气密性不好且会发生短路。

优选地，所述制备方法在百级以上洁净度的环境中完成。

优选地，在进行所述步骤(1)前，先将所述针状样品架用氢氟酸擦洗，再用纯水冲洗干净，然后置于酸中进行加热，之后用纯水清洗干净，吹干。

优选地，所述针状样品架置于酸中进行加热所用酸为硝酸和盐酸的混合物。

优选地，所述硝酸和所述盐酸的体积比为硝酸：盐酸＝1:3。

优选地，所述待测样品为高纯金属导体或半导体。

第二方面，本发明提供了一种应用辉光放电质谱检测针状样品的方法，将如上述制备方法得到的装有针状样品的样品架装入辉光放电质谱仪的样品池中，液氮冷却所述样品池后进行直流辉光放电质谱检测。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过在针状样品架中注入镓，并在镓中插入待测样品，使待测样品和镓粘结在一起，提高了待测样品与样品架之间的热传导效率，使得待测样品具有很好的冷却效果，可以避免在检测低熔点的样品(如Ga、Cd、Te等)时样品发生熔化；同时，扩宽了辉光放电质谱可检测的样品尺寸范围，能直接测定尺寸为0～3mm×0～3mm×8～22mm的导体和半导体。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法。本实施例用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法包括以下步骤：

(1)将针状样品架用氢氟酸擦洗一遍后，用纯水冲洗干净，置于硝酸和盐酸(二者体积比硝酸：盐酸＝1:3)的混合酸中加热30min后，用纯水清洗2-3次，然后置于百级洁净台上吹干；

(2)将0.08mL液体镓(纯度为99.9999wt％)注入到针状样品架中，再把镓样品(即Ga，规格Φ2.5*22mm)插入到液体镓中；

(3)用聚四氟乙烯的镊子夹住样品架并使样品架插入装有液氮的液氮杯中，保持样品架的样品口在液氮液面以上，待液体镓凝固后，取出样品架，即得针状样品。

将上述制备方法得到的装有针状样品的样品架装入辉光放电质谱仪的样品池中(样品池采用液氮冷却)，待样品冷却5min后，在设定的辉光放电参数下进行直流辉光放电质谱检测，检测过程中针状样品未发生熔化，检测结果见表1。

表1样品镓的检测结果

由表1可知，在经过40min的溅射以后，待测样品表面的污染已得到消除，特征元素的相对标准偏差(RSD/％)均在10％以内，表明检测具有较好的重复性。

实施例2

本实施例提供了一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法。本实施例用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法包括以下步骤：

(1)将针状样品架用氢氟酸擦洗一遍后，用纯水冲洗干净，置于硝酸和盐酸(二者体积比硝酸：盐酸＝1:3)的混合酸中加热30min后，用纯水清洗2-3次，然后置于百级洁净台上吹干；

(2)将0.08mL液体镓(纯度为99.9999wt％)注入到针状样品架中，再把碲样品(即Te，规格2mm*2mm*18mm)插入到液体镓中；

(3)用聚四氟乙烯的镊子夹住样品架并使样品架插入装有液氮的液氮杯中，保持样品架的样品口在液氮液面以上，待液体镓凝固后，取出样品架，即得针状样品。

将上述制备方法得到的装有针状样品的样品架装入辉光放电质谱仪的样品池中(样品池采用液氮冷却)，待样品冷却5min后，在设定的辉光放电参数下进行直流辉光放电质谱检测，检测过程中针状样品未发生熔化，检测结果见表2。

表2样品碲的检测结果

由表2可知，在经过40min的溅射以后，待测样品表面的污染已得到消除，特征元素的相对标准偏差(RSD/％)均在20％以内，表明检测具有较好的重复性。

实施例3

本实施例提供了一种用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法。本实施例用于辉光放电质谱检测的针状样品的制备方法包括以下步骤：

(1)将针状样品架用氢氟酸擦洗一遍后，用纯水冲洗干净，置于硝酸和盐酸(二者体积比硝酸：盐酸＝1:3)的混合酸中加热30min后，用纯水清洗2-3次，然后置于百级洁净台上吹干；

(2)将0.08mL液体镓(纯度为99.9999wt％)注入到针状样品架中，再把锑样品(即Sb，规格1mm*2mm*8mm)插入到液体镓中；

(3)用聚四氟乙烯的镊子夹住样品架并使样品架插入装有液氮的液氮杯中，保持样品架的样品口在液氮液面以上，待液体镓凝固后，取出样品架，即得针状样品。

将上述制备方法得到的装有针状样品的样品架装入辉光放电质谱仪的样品池中(样品池采用液氮冷却)，待样品冷却5min后，在设定的辉光放电参数下进行直流辉光放电质谱检测，检测过程中针状样品未发生熔化，检测结果见表3。

表3样品锑的检测结果

由表3可知，在经过50min的溅射以后，待测样品表面的污染已得到消除，特征元素的相对标准偏差(RSD/％)均在20％以内，表明检测具有较好的重复性。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。