CN109884156B - 一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子工业以及医用药物检测技术领域，具体的说是一种快速分析全氟丙烷(C₃F₈)中多种杂质的检测装置及测定分析方法。本发明为了提供一种快速、简单、高效、准确的分析方法，用于电子工业、医用药物等应用领域全氟丙烷气体中碳氟化物杂质的检测与分析，采用飞行时间质谱技术检测碳氟化物杂质，关键在于控制飞行时间质谱技术待测样品进样系统各项参数与飞行时间质谱正/负离子检测模式。通过控制关键技术实现快速、简单、高效、准确检测的目的，本发明所涉及装置及方法具备分析快速、操作方便、重复性好、结果准确可靠等诸多优点。同时该装置及方法具备较高的检测灵敏度，通过对微量样品进行一次检测即可快速分析所需结果，实用性强，为全氟丙烷生产、应用过程中多种碳氟化物杂质检测提供了一种有效、快速的方法。

Description

一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电子工业以及医用药物检测技术领域，具体的说是一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置及方法。

背景技术

全氟丙烷(C₃F₈)，别名八氟丙烷，是一种无色、不燃烧液化气体，有可察觉到的气味。常见为液化瓶装气体，压力为其蒸气压(6.8046kgf/cm²@21.1℃)。是一种超强的温室气体，其温室效应比CO₂强10000倍。化学性质极不活泼，热稳定性好，但与可燃气体一起燃烧时分解产生有毒的氟化物。

工业应用方面，纯度不低于99.99％的全氟丙烷，作为制冷剂、推进燃料、气体电介质及反应剂，可用作大型和超大型集成电路生产中的等离子化学蚀刻，特别是用作二氧化硅薄膜、磷硅玻璃膜的蚀刻气。

医用药物方面，全氟丙烷是一种膨胀性长效气体，凭借其膨胀性与滞留性成为理想的眼科用气体之一，主要用于玻璃体切割后填充玻璃体腔。

高纯全氟丙烷的杂质除氧+氩、氮、一氧化碳、二氧化碳之外，还包括四氟化碳(CF₄)、六氟乙烷(C₂F₆)、六氟丙烯(C₃F₆)、七氟丙烷(CF₃CHFCF₃)、八氟环丁烷(C₄F₈)等多种碳氟化物杂质，碳氟化物电离能高，电负性强，同分异构体复杂。其主要检测方法通常为气相色谱与脉冲氦离子化检测器相结合技术，通过预分离柱分离主成分与杂质成分，再通过不同的色谱柱分析杂质成分，虽然具备较好的重复性，但检测过程较为繁琐、耗时较长。

本发明基于可正/负检测模式切换的飞行时间质谱技术，结合化学电离源，创造了用于快速分析全氟丙烷中多种杂质检测的新装置及方法，实现对全氟丙烷样品中多种碳氟化物杂质成分的快速检测与分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子工业以及医用药物检测技术领域常用气体全氟丙烷中多种杂质的快速检测分析方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

用于快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，包括样品气体进样系统、置于密闭腔室中的化学电离源腔体及质谱仪，其特征在于：

所述样品气体进样系统为一由密闭样品腔、进样器、进样管路A、进样管路B以及进样管路C所组成的密闭系统；进样管路C一端与载气气源相连接，另一端与样品腔相连接；进样管路A一端与样品腔相连接，另一端通过推斥电极上的通孔与化学电离源腔体相连；进样管路B一端与试剂气体气源相连接，另一端通过推斥电极上的通孔与化学电离源腔体密闭相连；进样器的出口与样品腔相连接；

所述化学电离源腔体为一实现待测样品电离与反应的密闭腔体，从上至下依次有板状推斥电极、2个以上平行设置的、中部带同轴通孔的板状电极构成的聚焦电极和中部带通孔的差分接口极板；于推斥电极和聚焦电极之间设有电离源，构成聚焦电极的板状电极中部通孔和差分接口极板中部通孔同轴；远离电离源的差分接口极板一端设有质谱仪。

于样品腔正上方垂直设置进样器；

所述进样管路C与样品腔相连接一端设置于样品腔靠近顶部位置；所述进样管路A与样品腔相连接一端设置于样品腔靠近底部位置；

所述质谱仪为飞行时间质谱仪，设置为正离子或负离子两种检测模式，可根据待测样品的电离特性进行检测模式选择。

所述进样器为微量进样器或者一次性注射器；

所述进样器进样端口设置于进样管路C下方；

所述进样器进样端口设置于进样管路A上方。

所述样品腔设置为玻璃或者不锈钢密闭腔体；

所述样品腔高度设置为5～50mm；

所述连接于样品腔的进样管路C与进样管路A接口之间距离为10～40mm。

于进样管路C上设置有控制阀A，用于调节载气流速；

于进样管路B上设置有控制阀B，用于调节试剂气体流速；

所述控制阀A与控制阀B为质量流量计或气体流速调节阀。

所述化学电离源腔体从上至下的长度设置为5～40mm。

所述电离源为光电离源、⁶³Ni放射性电离源、电晕放电电离源或辉光放电电离源。

所述试剂气体经控制阀B调节一定流速进入化学电离源腔体，在电离源的作用下产生试剂离子；

于进样器取适量待测样品，注入样品腔内部，待测样品在载气的作用下进入化学电离源腔体，待测样品中所含杂质分子与试剂离子通过化学反应得到特异性目标离子；

所述质谱仪检测目标离子，从而实现杂质成分有效鉴定和分析。

所述试剂气体为电离效率高、容易产生F^-、O₂ ^-等试剂离子的常规气体；

所述载气为干燥空气、氮气、氦气或氩气。

本发明提供的全氟丙烷中多种杂质的快速检测分析方法，通过选择特定的试剂气体并控制相应的流量，与待测样品经由进样系统进入化学电离源腔体。试剂气体与待测样品在质谱化学电离源腔体内分别产生试剂离子，试剂离子与杂质分子相结合，得到特异性加合离子，从而实现杂质成分有效鉴定和分析。凭借分析快速、操作方便、重复性好、结果准确可靠等诸多优点，该方法在全氟丙烷生产、应用过程多种碳氟化物杂质检测中有较为广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测方法所用装置。

图2为本发明实施例1中载气为干燥空气，试剂气体为SF₆，检测模式为负离子模式、电离源为⁶³Ni放射性源条件下得到的试剂离子质谱图。

图3为本发明实施例2中在得到F^-、O₂ ^-试剂离子条件下对实验用全氟丙烷标准气检测的质谱图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明中检测装置的结构示意图。

本发明方法所涉及的快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，包括样品气体进样系统1、置于密闭腔室中的化学电离源腔体2及质谱仪15，其特征在于：

所述样品气体进样系统1为一由密闭样品腔7、进样器8、进样管路A9、进样管路B10以及进样管路C 11所组成的密闭系统；进样管路C 11一端与载气气源3相连接，另一端与样品腔7相连接；进样管路A9一端与样品腔7相连接，另一端通过推斥电极12上的通孔与化学电离源腔体2相连；进样管路B 10一端与试剂气体气源4相连接，另一端通过推斥电极12上的通孔与化学电离源腔体2密闭相连；进样器8的出口与样品腔7相连接；

所述化学电离源腔体2为一实现待测样品电离与反应的密闭腔体，从上至下依次有板状推斥电极12、2个以上平行设置的、中部带同轴通孔的板状电极构成的聚焦电极13和中部带通孔的差分接口极板14；于推斥电极12和聚焦电极13之间设有电离源17，构成聚焦电极13的板状电极中部通孔和差分接口极板14中部通孔同轴；远离电离源17的差分接口极板14一端设有质谱仪15。

于样品腔7正上方垂直设置进样器8；

所述进样管路C 11与样品腔7相连接一端设置于样品腔7靠近顶部位置；所述进样管路A 9与样品腔7相连接一端设置于样品腔7靠近底部位置；

所述质谱仪15为飞行时间质谱仪，设置为正离子或负离子两种检测模式，可根据待测样品的电离特性进行检测模式选择。

所述进样器8为微量进样器或者一次性注射器；

所述进样器8进样端口设置于进样管路C 11下方；

所述进样器8进样端口设置于进样管路A 9上方。

所述样品腔7设置为玻璃或者不锈钢密闭腔体；

所述样品腔7高度设置为5～50mm；

所述连接于样品腔7的进样管路C 11与进样管路A 9接口之间距离设置为10～40mm。

于进样管路C 11上设置有控制阀A 5，用于调节载气流速；

于进样管路B 10上设置有控制阀B 6，用于调节试剂气体流速；

所述控制阀A 5与控制阀B 6为质量流量计或气体流速调节阀。

所述化学电离源腔体2从上至下的长度设置为5～40mm。

所述电离源17为光电离源、⁶³Ni放射性电离源、电晕放电电离源或辉光放电电离源。

所述试剂气体4经控制阀B 6调节一定流速进入化学电离源腔体2，在电离源17的作用下产生试剂离子；

于进样器8取适量待测样品，注入样品腔7内部，待测样品在载气3的作用下进入化学电离源腔体2，待测样品中所含杂质分子与试剂离子通过化学反应得到特异性目标离子；

所述质谱仪15检测目标离子，从而实现杂质成分有效鉴定和分析。

所述试剂气体4为电离效率高、容易产生F^-、O₂ ^-等试剂离子的常规气体；

所述载气3为干燥空气、氮气、氦气或氩气。

本发明的检测方法，待测样品经过进样器8注入样品腔7，在载气3的作用下通过通孔进入质谱化学电离源腔体2；待测样品中所含杂质分子与试剂离子通过化学反应得到特异性目标离子；目标离子在推斥电极12、聚焦电极13和差分接口极板14所形成的电场作用下向下运动，通过差分接口小孔16进入飞行时间质谱仪，得以最终检测与分析。

实施例1

针对本发明所述的检测方法，主要机理在于利用特定的试剂离子与杂质离子相结合形成加合离子，利用加合离子的特异性对杂质分子进行鉴定与分析。选择负离子质谱模式，干燥空气设置为载气、纯SF₆为试剂气体、⁶³Ni源为电离源，载气流速200mL/min，试剂气体流速300mL/min，得到的试剂离子质谱图如图2所示，产生O^-(m/z 16)、F^-(m/z 19)、O₂ ^-(m/z 32)试剂离子，易于杂质离子相结合形成加合离子。

实施例2

针对本发明所述的检测方法，选择干燥空气为载气、纯SF₆为试剂气体、⁶³Ni源为电离源，载气流速200mL/min，试剂气体流速300mL/min，利用一次性注射器向样品瓶中注入实验用纯度为99.99％全氟丙烷0.5mL，所得质谱图如图3。其中m/z 207为全氟丙烷(C₃F₈，m/z188)与F^-(m/z 19)的加合离子峰，m/z 185与m/z 198分别为杂质1(m/z 166)与F^-(m/z 19)、O₂ ^-(m/z 32)的加合离子峰，m/z 189与m/z 202分别为杂质2(m/z 170)与F^-(m/z 19)、O₂ ^-(m/z 32)的加合离子峰，能够根据所得质谱峰中精确分子质量与同位素比例等化学信息确定杂质分子归属，实现鉴别与分析的目的。

Claims (8)

1.一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，包括样品气体进样系统（1）、置于密闭腔室中的化学电离源腔体（2）及质谱仪（15），其特征在于：

所述样品气体进样系统（1）为一由密闭样品腔（7）、进样器（8）、进样管路A（9）、进样管路B（10）以及进样管路C（11）所组成的密闭系统；进样管路C（11）一端与载气气源（3）相连接，另一端与样品腔（7）相连接；进样管路A（9）一端与样品腔（7）相连接，另一端通过推斥电极（12）上的通孔与化学电离源腔体（2）相连；进样管路B（10）一端与试剂气体气源（4）相连接，另一端通过推斥电极（12）上的通孔与化学电离源腔体（2）密闭相连；进样器（8）的出口与样品腔（7）相连接；

所述化学电离源腔体（2）为一实现待测样品电离与反应的密闭腔体，从上至下依次有板状推斥电极（12）、2个以上平行设置的、中部带同轴通孔的板状电极构成的聚焦电极（13）和中部带通孔的差分接口极板（14）；于推斥电极（12）和聚焦电极（13）之间设有电离源（17），构成聚焦电极（13）的板状电极中部通孔和差分接口极板（14）中部通孔同轴；远离电离源（17）的差分接口极板（14）一端设有质谱仪（15）；

于样品腔（7）正上方垂直设置进样器（8）；

所述进样管路C（11）与样品腔（7）相连接一端设置于样品腔（7）靠近顶部位置；所述进样管路A（9）与样品腔（7）相连接一端设置于样品腔（7）靠近底部位置；

所述质谱仪（15）为飞行时间质谱仪，设置为正离子或负离子两种检测模式，根据待测样品的电离特性进行检测模式选择。

2.根据权利要求1所述的一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，其特征在于：

所述进样器（8）为微量进样器或者一次性注射器；

所述进样器（8）进样端口设置于进样管路C（11）下方；

所述进样器（8）进样端口设置于进样管路A（9）上方。

3.根据权利要求1所述的一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，其特征在于：

所述样品腔（7）设置为玻璃或者不锈钢密闭腔体；

所述样品腔（7）高度设置为5 ~ 50 mm；

所述连接于样品腔（7）的进样管路C（11）与进样管路A（9）接口之间距离设置为10 ~ 40mm。

4.根据权利要求1所述的一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，其特征在于：

于进样管路C（11）上设置有控制阀A（5），用于调节载气流速；

于进样管路B（10）上设置有控制阀B（6），用于调节试剂气体流速；

所述控制阀A（5）与控制阀B（6）为质量流量计或气体流速调节阀。

5.根据权利要求1所述的一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，其特征在于：

所述化学电离源腔体（2）从上至下的长度设置为5 ~ 40mm。

6.根据权利要求1所述的一种快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测装置，其特征在于：

所述电离源（17）为光电离源、⁶³Ni放射性电离源、电晕放电电离源或辉光放电电离源。

7.一种采用权利要求1-6任一所述装置快速分析全氟丙烷中多种杂质的检测方法，其特征在于：

所述试剂气体经控制阀B（6）调节一定流速进入化学电离源腔体（2），在电离源（17）的作用下产生试剂离子；

于进样器（8）取适量待测样品，注入样品腔（7）内部，待测样品在载气的作用下进入化学电离源腔体（2），待测样品中所含杂质分子与试剂离子通过化学反应得到特异性目标离子；

所述质谱仪（15）检测目标离子，从而实现杂质成分有效鉴定和分析。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述试剂气体为电离效率高、容易产生F^-、O₂ ^-试剂离子的常规气体；

所述载气为干燥空气、氮气、氦气或氩气。

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