離子色譜法測(cè)定PCB板表面7種陰離子

黃小亞，劉化玲，張谷一，牛麗川

（國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100015）

1 離子色譜法簡介

在電子電氣產(chǎn)品飛速發(fā)展的今天，印制電路板（簡稱PCB板）廣泛用于電子電氣產(chǎn)品。但PCB板在生產(chǎn)過程中使用大量的化學(xué)品，其殘留的某些無機(jī)陰離子對(duì)電路板的絕緣性能、使用壽命等有很大影響。如：Cl-含量過高會(huì)造成電化學(xué)腐蝕，同時(shí)可能導(dǎo)致漏電；Br-會(huì)加速鋁材的氧化和腐蝕；殘留的SO42-也會(huì)造成腐蝕或電路板上的晶體生長[1]。因此，PCB板的供應(yīng)商及使用商均把離子表面潔凈度作為質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

目前，測(cè)定離子的主要方法有溶劑提取液電阻率測(cè)試法（ROSE）、表面絕緣電阻測(cè)量法（SIR）和離子色譜法（IC）[2]。溶劑提取液電阻率測(cè)試法是以異丙醇-水（體積比3∶1）為測(cè)試提取溶液，沖洗PCB板表面并使殘留在表面上的污染物溶解到測(cè)試提取溶液中。溶入測(cè)試提取液中的離子含量與其電阻率具有反比函數(shù)關(guān)系，通過測(cè)定電阻率確定離子含量。表面絕緣電阻測(cè)量法是在特定的溫濕環(huán)境中外加額定電壓，通過交錯(cuò)梳形波掃描PCB板，測(cè)量電流隨時(shí)間的變化。污染物的存在會(huì)降低導(dǎo)體間物質(zhì)的絕緣電阻，通過一定的函數(shù)關(guān)系可以得到PCB板表面污染物的總含量。離子色譜法[3]也是采用異丙醇-水（體積比3∶1）的混合溶液浸泡一定面積的PCB板，通過離子色譜儀測(cè)試混合溶液，根據(jù)不同離子的保留時(shí)間和不同濃度離子電導(dǎo)率的不同，可以對(duì)PCB板表面污染物進(jìn)行定性和定量分析。與前面兩種方法相比，離子色譜法可以準(zhǔn)確測(cè)定出每種離子的含量，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程具有更明確的指導(dǎo)意義。該實(shí)驗(yàn)采用離子色譜法對(duì)PCB板表面常見的7種陰離子進(jìn)行檢測(cè)，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)同時(shí)分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

儀器：ICS-2100離子色譜儀（戴安公司）；超純水機(jī)（密理博）。

試劑：F-，Cl-，NO2-，Br-，NO3-，PO43-，SO42-標(biāo)準(zhǔn)溶液；電阻率18.2 MΩ·cm超純水。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.2.1 色譜條件

色譜柱：AS19-HC 4 mm；保護(hù)柱：AG19-HC 4 mm；檢測(cè)器：電導(dǎo)檢測(cè)器；抑制器：ASRS 4 mm；進(jìn)樣量：25.0 μL；流速：1.0 mL/min；柱溫：30 ℃；淋洗液：KOH。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

第一步：配制7種陰離子的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

第二步：確定淋洗液濃度范圍。選取20～40 mmol/L淋洗液濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步確定淋洗液濃度20～25 mmol/L這7種陰離子基本能分離。再選取淋洗液濃度為20 mmol/L，21 mmol/L，22 mmol/L，23 mmol/L，24 mmol/L，25 mmol/L進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

第三步：方法確認(rèn)。采用優(yōu)化條件對(duì)7種陰離子做標(biāo)準(zhǔn)曲線，同時(shí)用1.0 mg/L的7種陰離子混合標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定7次，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限和回收率。

3 結(jié)果與討論

3.1 淋洗液的優(yōu)化

由于待測(cè)離子的離子半徑大小、所帶電荷數(shù)、極化度不同，它們?cè)谏V柱中的保留時(shí)間也不同。一般規(guī)律：待測(cè)離子所帶電荷數(shù)越高，半徑越大，極化度越大，保留時(shí)間也就越長。如SO42-的保留時(shí)間大于NO3-。而PO43-的保留時(shí)間與淋洗液的酸度有關(guān)，不同酸度下PO43-的存在形態(tài)不同。由如下化學(xué)反應(yīng)平衡式

可知在強(qiáng)堿性環(huán)境下，平衡向左移動(dòng)，溶液中主要以PO43-的形式存在；在強(qiáng)酸性環(huán)境下，平衡向右移動(dòng)，溶液中主要以H3PO4的形式存在。因此檢測(cè)PO43-就需要濃度較高的堿性淋洗液，本文采用KOH淋洗液。然而，淋洗液濃度增大會(huì)縮短待測(cè)離子的保留時(shí)間，也可能導(dǎo)致其他離子不能有效分離，因此選擇合適的淋洗液濃度才能保證7種待測(cè)陰離子的準(zhǔn)確測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，當(dāng)淋洗液濃度低于22 mmol/L或高于24 mmol/L時(shí)，7種陰離子無法完全分離。在22 mmol/L時(shí)，Br-峰拖尾，如圖1所示。在24 mmol/L時(shí)，NO3-與SO42-分離不夠完全，如圖2所示。在23 mmol/L時(shí)，所有離子均能完全分離，也沒有出現(xiàn)拖峰現(xiàn)象，如圖3所示。因此，23 mmol/L是該實(shí)驗(yàn)體系檢測(cè)7種陰離子的較適宜淋洗液濃度。

3.2 方法驗(yàn)證

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

采用7種陰離子的峰面積對(duì)濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)參數(shù)

2.2.2 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限及回收率

通過對(duì)1.0 mg/L的7種陰離子混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定，得出其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限和回收率，詳見表2。

表2 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限和回收率

3 結(jié)論

在該實(shí)驗(yàn)中，23 mmol/L的KOH淋洗液濃度可以完全分離7種陰離子，實(shí)現(xiàn)同時(shí)分析PCB板表面7種陰離子的含量，該方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限和回收率均滿足PCB板表面陰離子的檢測(cè)要求，具有操作簡便、快捷，靈敏度、精密度較高等優(yōu)點(diǎn)，其檢測(cè)結(jié)果可以對(duì)PCB板表面潔凈度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[1]黎濤，江濤.離子色譜法測(cè)定印刷電路板上痕量無機(jī)陰離子[J].理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2008（11）：1089-1090.

[2]孔泳，王婷，陳智棟，等.離子色譜法檢測(cè)印刷電路板中的陰離子[J].分析試驗(yàn)室，2008（9）：79-81.

[3]于泓，王宇昕.離子色譜法分析金屬離子的研究進(jìn)展[J].色譜，2007（3）：303-309.