Введение к работе
Актуальность три». В настоящее время для все большего числя различиях областей науки и техники требуются твердая высокочиотие вещества, содержание лимитируемых примесей в которых находится на уровне 1СГ-1СГ %. Успехи в получении высокочистих веществ непосредственно связан» с развитием методов анализа. Однако характеристики известных наиболее чувствительных масс-спектралышх. химгосо-спектралышх, ядерно-физических методов не позволяют определить низкие содержания ряда примесей, оказывающих сильное влияние па свойства высокочистих материалов. Это делпет необходимым рпэвитие нових высокочувствительных методов анализа, обладпмда высокой селективность», разработку на их основе прямых инструментальных методик определения приме.сей в внсокочистых веществах.
В конце 70-х годов В.С.Лзтоховпм и Г.С.Херстом Сил предложен метод лазерной ступенчатой фотоионизации атомов (ЛОТА) для детектирования следовых содержаний элементов. Первые работы по исследованию аналитических возможностей метода показали, что лазерная атомно-фотоионизанионняя спектроскопия в сочетании с термической атомизацией пробы в вакууме позволяет определять примеси в твердых и жидких веществах с весьма низким пределом обнаружения - до 10 Ж и ниже. Однако для реализации высоких потеніціальннх возможностей метода необходимо решить целий ряд специфических аналитических проблем, и в первую очередь создать специализированную установку для лазерного атомно- фотоионизационного анализа високочистых веществ. Ко времени начала данной работы были недостаточно изучены: влияние различных источников фона на величину предела обнаружения, источники систематических погрешностей, возможности прямого определения распространенных элементов в сильно различающихся по физико-химическим свойствам матрицах; практически отсутствовали методики лазерного атомно-фотоионизационного анализа твердых высокочистых веществ. Из вышеизложенного следует, что весьма актуальной задачей является изучение аналитических характеристик метода лазерной ступенчатой фотоионизации с термической атомизацией пробы в вакууме при анализе твердых внсокочистых веществ.
Цель работы. Изучение характеристик метода лазерной ступенчатой фотоионизации атомов с термической атомизацией пробы в вакууме при анализе твердых внсокочистых веществ. Разработка и применение методик прямого определения примесей, в том числе распро-
страненных элементов, в твердых высокочистых веществах с разлнч-'ншш физико-химическими свойствами, используемых в злектроішой -технике и волоконной оптике.
Научная новизна и практическая ценность работи. Совместно с сотрудниками Института спектроскопии РАН создана специализированная установка для элементного анализа твердих высокочистих вещвств'методом лазерной ступенчатой фотоионизации атомов с термической атомизацией проби в вакуума, шещая инструментальный пре-цел обнарукения 10 - 10-12S.
Экспериментально исследованы характеристики фона, вызванного нерезонансной к'отгофотонной ионизацией при плотности энергии воз-буадаккцаго лазерного излучения до 20 мДи/сы2, и способы его снижения.
Разработана методика определения галлия в высокочистом германии с относительным пределом обнаружения 8^10-11 мае, и абсолютним пределом обнаружения - 8-Ю-14 г. Достигнутая относительный ripe дел обнаружения на порядок, а абсолютный на два порядка лучше по сравнению с известшми.
Разработаны методики прямого определения алюминия в германии и кремнии с относительным пределом обнаружения ЬШ и 2«10~'% мае. соответственно, что совпадает по порядку величины с соответствующей характеристикой методик химико-спектрального анализа. Абсолютный предел обнаружения - ЮСГ11 г, - на порядок нике ранее известных.
Исследован спектр уровней, леявщих вблизи потенциала ионизации атома иелеза. Впервые обнаружен ряд автоионмзациошшх состояний, сечения возбуждения которых сравнима с сеченияш возбувдеши ридберговских состояний. Предложена и использована в аналитических методиках схема фогоюнизации атомов железа через автоиониэацион-ше состояние с Еспользованием трех последовательных резонансных переходов.
разработаны методики определения пршеси келеза в германии, фториде алшшшя и фториде натрия с пределом обнаружения ЫО" 2, 8-10-8 и МО Ж мае. соответственно, что на один - два порядка лучше чувствительности известных методик анализа.
Созданная установка и разработанные методики систематически используются для решения научных и практических зэдйч в лабораториях и опытном производстве Института химии высокочистих веществ РАН, а такие для определения примесного состава экспонатов Выставки-коллекции веществ особой чистоты.
г-
На защиту выносятся:
f. Создание специализированной установки для элементного анализа твердых внсокочистнх веществ методом лазерной ступенчатой фотоданизации атомов с термической атомизацией пробы я вакууме, характеризующейся инструментальным пределом обнаружения 10~10 -1СГ,?г.
2. Результаты спектроскопических исследований фона лазерной
многофотонной нерезонансной ионизации, а также высоколежащих воз
буждениях состояний атома железа, целью которых было достижение
максимального отношения аналитического сигнала к фоновому в мето
диках лазерного атомно-фотоиониззцнотюго анализа.
3. Результата изучения аналитических возможностей метода
лазерной ступенчатой фотоионизации атомов с термической
атомизациой пробы в вакууме при определении как редких, так и
распространенных элементов в простых и сложных матрицах. Методики
прямого лазерного атомно-ионмзационного определения примесей в
твердых высокочистых веществах: галлия в германии, алюминия в
германии и кремнии, железа в германии и фторидах алюминия и
натрия.
Апробация работа и публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 статьи и тезисы 4. докладов. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Современные проблеми физики и ее приложения" (Москва, 1987), VIII и IX Конференциях по методам получения и анализа внсокочистнх веществ (Н.Новгород, 1983,1992), XI Меадународной конференции CAHAS по аналитической атомной спектроскопии (Москва, 1990), Всесоюзном семинаре "Применение лазеров в аналитической химии" (Севв-родонецк, 1990), VIII Меадународной конференции по галидным стеклам (Франция, 1992), й также на городском семинаре по химии внсокочистнх веществ (Н.Новгород, 1992).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, внводов и списка цитируемой литературы. Диссертация содержит 171 стр. машинописного текста, включая 36 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 152 наименования.