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超净室是半导体制造的“隐形基石”，其重要性远超单一设备(如光刻机)。它不仅保障了芯片生产的良率与可靠性，还为技术迭代和产业升级提供了底层支撑。超净室对空气洁净度的严苛要求(如ISO 1-5级), 超净室需满足ISO 14644-1洁净度分级、SEMI(国际半导体设备与材料协会)等行业规范，确保产品符合全球市场准入要求。
芯片制造的工艺流程冗长复杂，多个工艺流程分布在不同区域，特别是在光刻、刻蚀、清洗、扩散和离子注入等工艺，会产生挥发性有机化合物(VOCs)废气、酸性、碱性废气，这些洁净室内的废气及其产生的颗粒物统称为气态分子污染物AMC(Airborne molecular contamination)。AMC超标，影响晶圆良率，导致生产成本急剧上升。小分子有机胺类物质是AMC的主要成分，可能来源于建筑材料、清洁剂或人员活动，这类物质在空气中反应形成盐类颗粒物，沉积在晶圆表面，其痕量残留可导致半导体光刻胶变质、可能对精密电子元器件制造、生物医药生产等关键工艺造成严重影响。
现有方法局限性
• 2024 年 6 月 5 日，全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员召开了团标准制定的工作会
• 团标规定了对6种阴和6种阳离子(F-、Cl-、Br-、NO3-、PO43-、SO42-、Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+) 的离子色谱分析方法
× 对于有机胺分析的标准与方案仍存在空缺
× 传统气相气质法需衍生化和使用吸附管捕集气体胺，前处理复杂步骤，操作繁琐，热不稳定胺类易发生裂解，定量误差显著且单次分析耗时较长。
× 离子色谱电导检测易受无机离子和基质干扰，灵敏度较低，且仅依赖保留时间定性，易误判。
× LCMSMS具有灵敏度高和特异性好的优势，但由于基于反相/亲水作用色谱(HILIC)，需通过调节流动相pH或添加离子对试剂保留极性胺类。LC-MS/MS 更适用于同时检测非离子型有机胺污染物(如酰胺、杂环胺)。某次超净室污染事件中，LC-MS/MS因基质干扰误判为“乙胺污染”，后经IC-MS/MS确认实际为三甲胺。
哎呀，脑袋瓜疼，
一听说分析有机胺就脑袋瓜疼！
注 意：
赛默飞，掌管科学服务的神，
又来派发优质方案啦！
本研究创新点
将IC-MS/MS技术应用于超净室有机胺分析，结合离子色谱的高效分离与高分辨质谱的高选择性，实现无需衍生化痕量有机胺直接检测，精确二级子离子定量，灵敏度高结果准确可靠。用于检测超净室空气中甲胺、二甲胺、乙胺等8种低分子量有机胺。通过优化色谱分离条件与质谱参数，目标物在8分钟内实现基线分离，方法检出限(LOD)为0.05–0.5 μg/L，定量限浓度连续进样6针 RSD<8%。
为什么选择高分辨质谱？
最初我们曾经在IC-QQQ上尝试该方案，但由于有机胺广泛存在于实验室环境和系统中，加上相邻分子量化合物的干扰，多数化合物具有很高的基线噪音，导致灵敏度和特异性较差。而Exploris Orbitrap 120 具有12万的分辨率(mz=200时)，对于分子量小于150aum的有机胺实际分辨率可达20万以上，具有强的分辨能力，质量精度轻松达到亚ppm级。
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实验部分
仪器与试剂
• 仪器：赛默飞离子色谱系统(配备CS17阳离子分析柱、甲磺酸自动淋洗液发生罐和2mm阳离子抑制器)+ Exploris Orbitrap 120(ESI正离子模式)；
• 标准品：甲胺盐酸盐、三乙胺、吗啉等8种有机胺标准溶液；
色谱与质谱条件
• 色谱条件：淋洗液梯度(5→30 mmol/L甲烷磺酸)，流速0.5 mL/min，柱温40°C；
• 质谱参数：离子源温度400°C，离子传输管温度300°C，Full MS+PRM采集模式。
结果展示
8中有机胺的色谱图
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8中有机胺的线性曲线
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产品及方案优势
赛默飞离子色谱的电解淋洗液发生器不但可以简化操作，无需外接试剂和手配淋洗液，仅需一瓶超纯水，即可通过电解获得纯度和浓度精准的梯度淋洗液，获得8种小分子有机胺类的分离；同时离子色谱有的电解抑制器技术，可以将甲基磺酸梯度淋洗液经过抑制器抑制后去除背景，获得较低的背景电导率，使离子色谱分离后的溶液可以直接引入质谱实现联用。
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Orbitrap 具有超高的分辨率的同时，还具备高灵敏度、超高质量精度、长期质量轴稳定了及实时正负切换等优势，已成为全球科学家蛋白和小分子化合物定量和定量研究的首选平台。
应对化合物定量时既可以选择Full Scan和SIM进行一级定量，也可以选择PRM(平行反应监测)进行二级定量，特别是有机胺的分析，精确二级子离子定量表现出很明显的灵敏度和抗干扰优势，相比用一级精确质量数定量，PRM模式可提高有机胺定量灵敏度2~5倍。
1) OE 120 PRM模式示意图：
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2) 三乙醇胺PRM模式获得的二级离子全扫谱图：灵活选择合适的子离子
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3) 乙醇胺full scan和PRM模式灵敏度对比
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总结：
今天向大家介绍了一个基于离子色谱串联串联高分辨质谱分析有机胺的方法，能够精准识别超净室环境中痕量有机胺污染，相比许多传统方法，具有操作简便、抗干扰能力强和灵敏度高的优势，适用于超净室日常监测与污染事件诊断。未来将进一步开发在线预浓缩模块，提升对超低浓度(ppt级)胺类的检测能力。
参考文献：
[1] Smith A, et al. J Chromatogr A. 2020;1621:461051.
[2] ISO 14644-1:2015 Cleanrooms and associated controlled environments.
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