一种高纯镓中杂质锌的检测方法和装置与流程

本发明涉及一种高纯镓中杂质锌的检测方法和装置，属于高纯材料分析领域。

背景技术：

1、高纯镓是制造半导体砷化镓、磷化镓等半导体的主要材料，纯镓及其低熔合金可作核反应的热交换介质，也可作高温温度计的填充料。高纯镓中的杂质元素含量高低对上述高纯材料的性能起着至关重要的作用。

2、目前高纯镓中的杂质元素主要采用icp-oes、icp-ms、gd-ms等仪器检测。由于icp-oes的灵敏度不高，对高纯镓特别是6n以上高纯镓已经无能为力；gd-ms由于价格昂贵、装备少且分析成本高，不适于生产控制需求；而icp-ms由于具有高灵敏度且分析成本适中，能满足了大部分生产、贸易用户的需求，越来越受到重视。

3、但是icp-ms不能耐高基体样品，必须采取某种手段去除基体而只留下杂质元素在icp-ms上测定。在传统检测方法氯化分离高纯镓基体的过程中，发现杂质元素锌也能够随基体一起被挥发，有很大的损失，采用氯化分离基体测定高纯镓中的杂质元素锌是不准确的，需要探索一种检测锌的方法加以补充完善。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明目的是在于提供一种高纯镓中杂质元素锌的检测方法。该方法为利用基体镓与杂质元素锌两者电极电位之间的差异，在特定的溶液中，杂质元素锌被萃取在溶液中，而基体镓依然以金属态存在，采用icp-ms测定；本发明提供的方案操作简便，分析速度快，可以称取大质量试样，提高富集倍数，检测结果精准，可以满足高纯镓生产线上快速检测的需求。

2、本发明的第二个目的在于提供一种高纯镓中杂质元素锌的检测装置。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、本发明一种高纯镓中杂质元素锌的检测方法，取混合离心萃取管，加入高纯镓试样，再加入含高纯萃取剂的溶液，密封混合离心萃取管，将混合离心萃取管横放在混合振荡萃取器上固定，进行震荡萃取，取出混合离心萃取管，直立存放，使液态镓汇集在混合离心萃取管的锥底与萃取液分离，取萃取液采用内标校准icp-ms测定杂质锌含量；所述含高纯萃取剂的溶液中，高纯萃取剂的体积浓度为1～10％，优选为1～3％，所述高纯萃取剂选自盐酸、硝酸、硫酸中的一种。

5、本发明通过采用无机酸萃取剂，常温下镓在其中的溶解性很小，而锌极易溶于其中。由于锌的电极电位较镓的电极电位负，痕量杂质锌通过从高纯镓中溶解富集到高纯萃取剂内，高纯萃取剂中杂质元素锌小于0.1ppb，本发明通过将混合离心萃取管横放在混合振荡萃取器上，通过震荡萃取镓在萃取剂中分散成小颗粒，从而顺利的将杂质元素锌萃取出来。

6、在本发明中，高纯镓是指纯度在6n以上的镓。

7、优选的方案，所述混合离心萃取管的容量为20-30毫升，加入高纯镓试样的量为1-3克，加入含高纯萃取剂的溶液的量为10-20毫升。

8、在本发明中，混合离心萃取管萃取时为横卧式，可以看到加入含高纯萃取剂的溶液的体积只有萃取管体积的三分之二左右，当混合震荡萃取时，萃取液与混合离心萃取管管壁反复碰撞，萃取效果更佳。

9、优选的方案，所述混合离心萃取管的材质为惰性材料，优选为聚四氟乙烯材料。所选材料具纯度高，具有易加工性，材料之间能够很好的密封。

10、优选的方案，所述混合离心萃取管内壁含有齿形结构。

11、发明人发现，混合离心萃取管内壁设置不规则的齿，可以使得镓能分散不团聚，充分与萃取液混合，萃取效果更佳。

12、优选的方案，所述混合离心萃取管的底部为锥形。

13、发明人发现，混合离心萃取管的底部设计为锥底，当混合震荡萃取管竖立时，液态镓快速汇集于锥底，实现萃取液和液态镓快速分离，这样方便移取萃取液。

14、优选的方案，所述高纯镓试样先加热至熔化，然后再加入至混合离心萃取管中。

15、所述高纯镓试样先采用水浴方式进行熔化。由于镓的熔点低，仅为29℃，容易结晶凝固，在结晶凝固过程中，会导致杂质分布不均匀，因此称取试样前必须加以熔化混匀，避免取样不具代表性。

16、优选的方案，所述含高纯萃取剂的溶液中含icp-ms用的内标。

17、所述高纯萃取剂中含有icp-ms用的内标，通常为rh103，内标作用为消除镓基体对测定的影响，保证结果的准确性。

18、在实际操作过程中，同时准备空白试验。

19、优选的方案，所述震荡萃取时，震荡的速度为800～2500rmp，优选为1200-1800rmp，时间为2～20min。

20、发明人发现，在上述的速度下，可以将液态镓在震荡过程中能够被震荡分散成小于0.1毫米的镓珠，从而实现杂质的顺利萃取，因此震荡萃取时的震荡速度需要有效控制，若速度过慢，镓在萃取剂中不能分散成小颗粒，杂质萃取率达不到要求；振荡速度过高，镓与萃取液表面摩擦过于剧烈，导致镓金属表面形成氧化薄膜形成包裹，导致萃取失败。

21、本发明还提供了一种高纯镓中杂质锌的检测装置，包括混合离心萃取管、混合震荡萃取器，其中混合离心萃取管由带锥底的管身与和带螺纹的盖子组成，混合震荡萃取器由电源开关、混合震荡萃取管、转速调节器、时间调节器组成。

22、优选的方案，所述混合离心萃取管的材质为惰性材料，优选为聚四氟乙烯材料。

23、优选的方案，所述混合离心萃取管内壁含有齿形结构。

24、混合震荡萃取器主要作用是混合震荡样品，使镓中的锌萃取溶解至溶液中，转速调节器可以自由调节震荡速度，时间调节器可以自由调节震荡时间。混合离心萃取管和混合震荡萃取器采用模块连接，模块的材质为珍珠棉，孔径与混合离心萃取管尺寸适配，能够紧密固定而不至于在震荡中脱落，也可以采用其他方式固定。

25、原理与优势

26、本发明通过采用无机酸萃取剂，常温下镓在其中的溶解性很小，而锌极易溶其中。由于锌的电极电位较镓的电极电位负，痕量杂质锌通从高纯镓中溶解富集到高纯萃取剂内，高纯萃取剂中杂质元素锌小于0.1ppb，本发明通过将混合离心萃取管横放在混合振荡萃取器上，通过震荡萃取镓在萃取剂中分散成小颗粒，从而顺利的将杂质元素锌萃取出来，而基体镓依然以金属态存在，采用icp-ms测定。

27、相对现有技术，本发明技术方案带来的有益效果：

28、1)本发明提供的检测装置操作方便，节省人力，提高工作效率；操作条件一致，避免人工操作萃取差异，分析速度快，可以称取大质量样品，减少样品误差；检测结果精准，满足高纯镓生产线上快速检测的需求。

29、2)本发明提供的检测方法过程简单，流程短，易于操作，萃取分离速度快，基体去除干净，杂质保留完全，再现性好。

技术特征：

1.一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：取混合离心萃取管，加入高纯镓试样，再加入含高纯萃取剂的溶液，密封混合离心萃取管，将混合离心萃取管横放在混合振荡萃取器上固定，进行震荡萃取，取出混合离心萃取管，直立存放，使液态镓汇集在混合离心萃取管的锥底与萃取液分离，取萃取液采用内标校准icp-ms测定杂质锌含量；所述含高纯萃取剂的溶液中，高纯萃取剂的体积浓度为1～10％，所述高纯萃取剂选自盐酸、硝酸、硫酸中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：所述混合离心萃取管的容量为20-30毫升，加入高纯镓试样的量为1-3克，加入含高纯萃取剂的溶液的量为10-20毫升。

3.根据权利要求1或2所述的一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：所述混合离心萃取管的材质为惰性材料。

4.根据权利要求1或2所述的一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：所述混合离心萃取管内壁含有齿形结构。

5.根据权利要求1或2所述的一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：所述混合离心萃取管的底部为锥形。

6.根据权利要求1或2所述的一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：所述高纯镓试样先加热至熔化，然后再加入至混合离心萃取管中。

7.根据权利要求1或2所述的一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：所述含高纯萃取剂的溶液中含icp-ms用的内标。

8.根据权利要求1或2所述的一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法，其特征在于：所述震荡萃取时，震荡的速度为800～2500rmp，时间为2～20min。

9.一种高纯镓中杂质锌的检测装置，其特征在于：包括混合离心萃取管、混合震荡萃取器，其中混合离心萃取管由带锥底的管身与和带螺纹的盖子组成，混合震荡萃取器由电源开关、混合震荡萃取管、转速调节器、时间调节器组成。

10.根据权利要求9所述的一种高纯镓中杂质锌的检测装置，其特征在于：所述混合离心萃取管的材质为惰性材料，所述混合离心萃取管内壁含有齿形结构。

技术总结
本发明公开了一种测定高纯镓中杂质元素锌的方法和装置，所述检测方法为：取混合离心萃取管，加入高纯镓试样，再加入含高纯萃取剂的溶液，密封混合离心萃取管，将混合离心萃取管横放在混合振荡萃取器上固定，进行震荡萃取，取出混合离心萃取管，直立存放，使液态镓汇集在混合离心萃取管的锥底与萃取液分离，取萃取液采用内标校准ICP‑MS测定杂质锌含量；所述含高纯萃取剂的溶液中，高纯萃取剂的体积浓度为1～10％，所述高纯萃取剂选自盐酸、硝酸、硫酸中的一种。本发明提供的检测方法过程简单，流程短，易于操作，萃取分离速度快，基体去除干净，杂质保留完全，再现性好。

技术研发人员：赵科湘,金智宏,赵家浩
受保护的技术使用者：株洲科能新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13