ICP-MS用不同聚合物材料作为超纯水容器时超纯水中痕量金属的含量

摘要 ：本研究的目的是找到一种经济有效的超纯水 (UPW) 储存方法。目标是找到一种低成本材料，该材料不含 在储存期间可能会渗入 UPW 的污染金属。本文展示 了在短期和长期储存的 UPW 中分析特定金属时获得 的结果。将低密度聚乙烯 (LDPE) 和高密度聚乙烯 (HDPE) 与 PTFE 全氟烷氧基聚合物树脂 (PFA) 和 PTFE 氟化乙丙烯 (FEP) 进行了比较。

前言：储存容器对样品或高纯度试剂的阳离子污染是分析实 验室采用电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 进行超痕 量金属分析时的关键考虑因素和主要挑战。通常，较 高的仪器空白和后续较高的检测限 (LOD) 和背景当量 浓度 (BEC) 值都可以追溯到试剂/溶液杂质。 Seastar Chemicals Inc.（加拿大）作为实验室市场的 高纯度酸和氨生产商，拥有 30 多年的丰富经验，专业从事 ppt 和亚 ppt 级多元素分析测定，以用于高纯 度试剂的质量控制。超纯水 (UPW) 的生产和储存是 我们开展试剂蒸馏、实验室溶液/稀释液和痕量金属 洁净室工作的关键基础。因此，Seastar 的研发重点 主要包括材料浸出和分析，用以改善产品储存。保持 我们的产品在痕量金属方面的可靠品质需要化学惰性 的工程材料，这些材料应不含痕量金属或浸出的浓度 在可接受水平。近，我们购置了 Agilent 7500cs， 得以继续研究 ICP-MS 分析的更低检测限，以在 范围内提供用于痕量金属分析的高纯度的酸。

 Seastar 的高纯度酸产品具有腐蚀性，因此需要更昂 贵的 PTFE 全氟烷氧基聚合物树脂 (PFA) 或 PTFE 氟 化乙丙烯 (FEP) 进行储存和运输，而聚乙烯已不适用。 由于 UPW 相对惰性，本研究重点展示了短期和长期 储存后 UPW 中特定金属的分析结果，对低成本的低 密度聚乙烯 (LDPE) 和高密度聚乙烯 (HDPE) 与 PTFE PFA 和 PTFE FEP 进行了比较。

仪器与样品前处理 ：所有样品均采用 Agilent 7500cs ORS ICP-MS 进行分 析。该仪器位于 1000 级洁净室内，自动进样器直接 置于超高效空气过滤器 (ULPA) 过滤的空气氛围中。 分析前的所有样品处理均在 100 级或更高洁净标准的 条件下进行。使用的所有试剂均为 Seastar ChemicalsBaseline 品质。我们的许多客户在半导体应用中都会 使用我们的产品；因此，Seastar 的质量控制洁净室 处理和产品认证符合 SEMI 分析和回收指南。

本研究中所用的容器瓶为 Nalge Nunc International (Rochester, NY) 制造。容器瓶由原生树脂制成，不含 颜料、添加剂或稳定剂。PTFE FEP 和 PTFE PFA 容 器瓶使用 Seastar Chemicals Inc. *的树脂和条件 制造。

 用于分析的所有容器瓶均为 1 升容量，用于获得相当 的表面积浸出。在本研究中，所有容器瓶都用肥皂和 水清洗，以去除制造过程产生的表面灰尘，然后用去 离子水*冲洗。预浸容器瓶采用稀释的高纯度酸填 充，并在 50 °C 下储存两周，然后用去离子水*冲 洗。所有样品前处理和数据采集均在 100 级或更高标 准的洁净室条件下进行。 用 UPW 将每种聚合物容器瓶各填充六瓶（三瓶经预 浸处理和三瓶未经浸出处理），并在室温下直立储存21 天。从每个容器瓶中倾倒出 10 毫升试样，用硝酸 酸化至 2％ (v/v)，通过外部校准进行分析。然后将每 个容器瓶用硝酸酸化至 2％ (v/v)，并使其在室温下浸 出 24 小时。通过外部校准再次分析少量试样。

结果与讨论： 在初步研究中，储存在经预浸处理和未经浸出处理的 容器瓶中的未酸化 UPW 具有与 2％ v/v 高纯度硝酸 相当的 BEC。这表明，在超纯水的 pH 下 (pH 5.2) 没 有从聚合物中浸出金属。为了测试 pH 的影响，将相 同的容器瓶用硝酸酸化至 2％ (v/v) 并再次储存 24 小 时。表 2 中的数据汇总了每种聚合物类型的平均结果。 萃取出的元素为 Ca、Fe、Mg、Al 和 Cu。所有 经预浸的 PTFE 容器瓶都不含可检测到的萃取物。经预浸的 LDPE 仅检测出四种元素，均小于 10 ppt。经 预浸的 HDPE 检测出了六种元素，其中 Ca 和 Al 含量 较高。对于大多数应用，经预浸的 LDPE 容器是 UPW 和稀酸溶液的性价比的选择。

结论 ：所有用于超痕量金属分析的实验室器皿在使用酸性溶 液之前必须进行预浸处理。在未经浸出处理的容器瓶 中检测到的元素标准偏差较大，表明不同容器瓶之间 具有明显差异。在可能的情况下，应对所有容器瓶和 实验室器皿进行标识并进行空白测试。可萃取物 的元素特征随后可用于确定污染问题的来源。根据本实验室的经验，每个聚合物容器瓶和实验室器皿制造 商都具有*的元素特征，且可萃取物值可能与本研 究中报道的不同。 对于稀硝酸溶液和长期储存的 UPW，经预浸的 LDPE 容器瓶保持低于 10 ppt 的元素浓度。从痕量金属的 角度来看，对于 UPW 和稀酸溶液，经预浸的 LDPE 是 PTFE PFA 和 FEP 的出色且经济有效的替代品。