ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСНОГО СОСТАВА ГЕРМАНА ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ, ОБОГАЩЕННОГО ИЗОТОПОМ 74Ge

V. A. Krylov, А. Yu. Sozin, A. D. Bulanov, О. Yu. Chernova, T. G. Sorochkina, L. B. Nushtaeva

Аннотация


Методом хромато-масс-спектрометрии впервые проведено определение примесей в германе высокой чистоты, обогащенном изотопом 74Ge. Для разделения примесей постоянных газов, углеводородов С1–С4, дигермана использовали капиллярную адсорбционную колонку GS-GasPro 60 м ´ 0.32 мм с модифицированным силикагелем. Для разделения примесей с более высокими молекулярными массами и температурами кипения использовали колонку 25 м × 0.26 мм, df = 0.25 мкм с сорбентом политриметилсилилпропином. Идентификацию примесей проводили сравнением их экспериментальных масс-спектров с данными базы NIST. В случае отсутствия в этой базе данных масс-спектров определяемых примесей или низких коэффициентов их подобия с экспериментальными, идентификацию примесей проводили восстановлением их состава по фрагментным ионам, а также с использованием масс-спектров и времен удерживания примесей, опубликованных в литературе. Идентифицированы примеси постоянных газов, диоксида углерода, пропена, углеводородов С6-С7, ароматических углеводородов, гомологов германа, хлоргермана, сероуглерода, 2-хлорпропана. Примеси сероуглерода и 2-хлорпропана идентифицированы впервые. Установлено, что примеси гомологов германа и хлоргерман обогащены изотопом 74Ge. Показано, что примеси бензола, 2-хлорпропана и сероуглерода имеют измененный изотопный состав 12С6Н6, 12С3Н735Cl и 12C32S34S и являются молекулярными изобарами к 74GeH4.  Количественное определение примесей проводили в режиме селективного ионного детектирования по массовым числам, имеющим максимальное соотношение сигнал/шум. Определение концентраций примесей проводили методом абсолютной градуировки по площадям пиков.  Концентрации примесей, для которых отсутствовали образцы сравнения, определяли с использованием зависимости коэффициентов чувствительности их детектирования от величины полных сечений ионизации. Пределы обнаружения примесей составили 1·10–5–5·10–8 % об. Правильность анализа подтверждали методом варьирования величины пробы.

Ключевые слова: изотопно-обогащенный герман, примеси, капиллярная колонка, идентификация, хромато-масс-спектрометрия

DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.1.007


Полный текст:

PDF (RUSSIAN)

Литература


REFERENCES

Itoh K., Hansen W.L., Haller E.E., Farmer J.W., Ozhogin V.I., Rudnev A., Tikhomirov A. High purity isotopically enriched 70Ge and 74Ge single crystalls: Isotope separation, growth, and properties. J. Mater. Res., 1993, vol. 8, no. 6, pp. 1341-1347.

Detochenko A.P., Denisov S.A., Drozdov M.N. Mashin A.I., Gavva V.A., Bulanov A.D., Nezhdanov A.V., Ezhevskii A.A., Stepikhova M.V., Chalkov V.Iu., Trushin V.N., Shengurov V.G., Abrosimov N.V., Riemann H. [Epitaxially grown monoisotopic layers of Si, Ge and solid solution Si1-XGeX: reception and some properties]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Physics and technique of semiconductor], 2016, vol. 50, no. 3, pp. 350-353 (in Russian).

Gusev A.V., Bulanov A.D., Filimonov S.V., Zyrianov S.M., Aref’ev D.G., Churbanov M.F., Andriushchenko I.A., Potapov A.M., Gavva V.A., Adamchik S.A. [Production high purity isotopically enriched germanium 76Ge]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2011, no. 10, pp. 17-20 (in Russian).

Ozhogin V.I., Iniushin A.V., Taldenkov A.N., Tikhomirov A.V., Popov G.E., Khaller Iu., Ito K. [Isotope effect in the thermal conductivity of germanium single crystals]. Pis’ma v zhurnal eksperimental’noi i teoreticheskoi fiziki [Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters], 1996. vol. 63, no. 6, pp. 490-494 (in Russian).

Shubin A.N., Gilev A.N., Kononov D.B. Mis’kov A.A., Nikitina E.A., Skorynin G.M., Barabanov I.R., Bezrukov L.B., Denisov A.N., Sobolevskii N.M., Belogurov S.G., Kornoukhov V.N., Altman M., Caldwell A. [New requirements for enriched isotopes for experiments for the study of neutrinoless double-  - decay (Gerda experiment)]. Atomnaia energiia [Atomic energy], 2006, vol. 101, no. 2, pp. 588-592 (in Russian).

Aref’ev D.G., Vasin S.A., Dolgov S.G., Zyrianov S.M., Lutskii V.A., Skorynin G.M., Timofeev M.G., Sharin G.A., Filimonov S.V., Bulanov A.D., Churbanov M.F. [On the application monogermane for separating germanium isotopes in gas centrifuges]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2010, 19-24 (in Russian).

Krylov V.A., Chernova О.Yu., Sozin A.Yu. [Identification of impurities in high purity monogermane by gas chromatography-mass spectrometry]. Zavodskaia laboratoriya. Diagnostika materialov [Industrial laboratory. Materials diagnostics], 2012, no. 7, pp. 11-15 (in Russian).

Churbanov M.F., Krylov V.A., Chernova О.Iu., Sozin A.Iu., Bulanov A.D., Vorozhysov D.L. [The impurity composition of isotopically enriched monogermane]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2010, Special issue 8, pp. 105-108 (in Russian).

Krylov V.A., Chernova О.Iu., Kireev S.M., Sozin A.Iu., Vorozhysov D.S. [Gas chromatography-mass spectrometric determination of impurities in high purity germane]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2008, no. 6. pp. 227-229 (in Russian).

Adamchik S.A., Bulanov A.D., Sennikov P.G., Churbanov M.F., Sozin A.Iu., Chernova О.Iu., Kosheleva I.A., Troshin O.Iu. [Deep purification GeH4, enriched 76Ge by rectification]. Neorganicheskie materially [Inorganic materials], 2011, vol. 47, no. 7, pp. 777-779. doi: 10.1134/S0020168511070016.

Krylov V.A., Chernova О.Iu., Sozin A.Iu., Zorin A.D. [Gas chromatography-mass spectrometry analysis of high purity germane]. Analitika i kontrol’ [Analytics and control], 2015, vol. 19, no. 1, pp. 45-51 (in Russian). doi: 10.15826/analitika.2015.19.1.010.

Krylov V.A., Chernova О.Yu., Sozin A.Yu. [The composition of the molecular impurities in high-purity germane]. Neorganicheskie materialy [Inorganic materials], 2015, vol. 51, no. 10, pp. 1047-1053. doi: 10.7868/S0002337X15090110.

Krylov V.A., Chernova О.Yu., Sozin A.Yu. [Highly sensitive gas chromatography-mass spectrometric determination of impurities in high purity monogermane using adsorption capillary column with a carbon sorbent]. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov [Industrial laboratory. Diagnostics of materials], 2016, vol. 82, no. 2, pp. 23-27 (in Russian).

Potapov A.M., Kurganova A.E., Bulanov A.D., Troshin O.Iu., Zyrianov S.M. [Isotopic analysis of monogermanes 72GeH4, 73GeH4, 74GeH4 and 76GeH4 by method of mass spectrometry high resolution inductively coupled plasma (MS-ISP)]. Zhurnal analiticheskoi khimii [Journal of Analytical Chemistry], 2016, vol. 71, no 7. pp. 698-706 (in Russian).

Zhigach A.F., Stasinevich D.S. Khimiia gidridov [Chemistry of hydrides]. Leningrad, Chemistry Publ., 1969. 676 p. (in Russian).

Krylov V.A., Chernova О.Yu., Sozin A.Yu. [Gas chromatography-mass-spectrometric identification of impurities in isotopically enriched silane]. Mass spektrometriia [Mass Spectrometry], 2007, no. 4, pp. 125-130 (in Russian).

Agafonov I.L., Devyatykh G.G. Mass-spektrometricheskii analiz gazov i parov osoboi chistoty [Mass spectrometric analysis of gases and high purity vapor]. Moscow, Nauka Publ., 1980. 336 p. (in Russian).

van der Kelen G.P. The mass spectra of mono- and digermane // Bulleten des societes chimiques Belgas, 1960. vol. 69, pp. 504-516.

Fitch W.L. Calculation of relative electron impact total ionization cross sections for organic molecules // Anal. Chem., 1983, vol. 55, pp. 832-835.

Mann J.B. Ionization сross sections of the elements calculated from mian-square radii of atomic orbitals // J. Chem. Phys., 1967, vol. 46, pp. 1646-1651.

Beran J.A., Kevan L. Molecular electron ionization cross sections at 70 eV // J. Phys. Chem., 1959, vol. 73, pp. 3866-3876.

Krylov V.A., Sozin A.Yu., Zorin V.A., Berezkin V.G., Krylov A.V. [Chromatography-mass spectrometric determination of impurities in isotopically enriched high-purity silane]. Mass-spektrometriia [Mass Spectrometry], 2008, no. 4, pp. 225-233 (in Russian).

Zolotov Iu.A. Osnovy analiticheskoi khimii [Fundamentals of analytical chemistry]. Moscow, Vysshaia shkola Publ., 2000. 351 p. (in Russian).


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.