大气压电离质谱及其用于超高纯气体分析研究进展

超高纯气体在工业生产中有非常重要的地位,如半导体工业中电子气的质量直接影响半导体器件的性能,百万分之几的微量杂质气体便可导致集成电路中元件存储信息量的减少。越来越高的气体纯度要求对分析方法及仪器的灵敏度提出了很大的挑战。大气压电离质谱(APIMS)由于可以在大气压条件下对杂质进行电离,并伴随高效的电离方式,因此具有极高的灵敏度,成为超高纯气体杂质分析中极为有效的技术手段,特别适合检测10^-9 mol/mol甚至10^-12 mol/mol浓度量级的气体杂质。APIMS采用电晕放电及⁶³Ni两种电离源,通常以电晕放电电离源为主,质量分析器常采用四极杆,同时为适应超高纯气体分析,APIMS配备了气体进样系统及可将标准气体稀释产生校正气体的稀释系统。APIMS对杂质检测的灵敏度与杂质的电离方式密切相关,电荷传递是杂质电离最主要的一种方式,适用于电离能相差较大的底气与杂质,常见的N₂、Ar由于电离能较高,其中的大部分杂质均可依靠该方式测定;质子转移反应的应用通常与H₂有关,常用于H₂中杂质的测定,也可以通过添加H₂的方法促进对Ar中N₂杂质的检测;运用形成团簇离子的反应尽管较少,但亦有报道,通过监测团簇离子O₂⁺·H₂O,可提高O₂中杂质H₂O的检测灵敏度。依据不同的电离反应,可以设计对不同杂质的测定方式,实现对痕量、超痕量杂质的检测。APIMS检测灵敏度通常比电子轰击电离质谱(EI/MS)高10⁴~10⁶倍,因此目前依然是超高纯气体分析中不可替代的仪器方法,但在某些方面如对有腐蚀性电子特气的分析,方法灵敏度有待提高。