Есть ли предел анализу

Есть ли предел анализу

Если в 40-х годах наука и техника требова­ли от количественного анализа определять тысяч­ные доли процента примеси, то в настоящее время стало необходимо определять уже одну триллионную долю процента примеси в ис­ходном материале.

Уже разработаны методы, с помощью кото­рых определяют самые ничтожные примеси от­дельных элементов. Так, например, для про­изводства полупроводниковых приборов при­меси в германии не должны превышать 1•10^-8 %. Для кремния эта величина должна быть уменьшена еще примерно в тысячу раз и составит приблизительно 1•10^-11%. Пожалуй, наиболее чувствительными ныне являются активационный метод и метод газовой хроматографии (см. ст. «Удивительная судьба одного простого открытия»). С их по­мощью определяют примеси порядка 10^-12—10^-13%, т. е. порядка 10^-14 — 10^-15 г примеси на 1 г основного вещества. По чувствительности к ним приближается масс-спектрометрический метод анализа, чувствительность которого в от­дельных случаях 10^-13 и 10^-12 г.

В настоящее время требования к чистоте материалов стремятся к такому пределу, когда будет необходимо определять единичные атомы примеси, т. е. количества вещества порядка 10^-22 г. И эту нелегкую задачу будут решать уже не химики, а физики.

А теперь несколько слов о возможностях методов анализа. На верхнем рисунке изображена шкала чувствительности различных аналитиче­ских методов. Приведена так называемая средняя чувствительность. По отдельным элементам эта чувствительность может быть значительно вы­ше. Так, например, спектрофотометрический метод при рядовых определениях большинства элементов имеет чувствительность порядка 0,01—0,001 %, но эта чувствительность в ряде случаев может быть значительно выше.

В настоящее время обычные, стабильные атомы химических элементов можно анализи­ровать в количествах порядка 10^-14—10^-15 г, а радиоактивные — порядка 10^-22 г. Аналити­ческая химия еще ждет тех, кто сумеет запол­нить это «белое пятно» — разработать методы анализа, которые позволят определять примеси стабильных элементов порядка 10^-15 —10^-16 г и ниже.

По-видимому, в недалеком будущем чувстви­тельность активационного анализа сможет воз­расти раз в сто, но это, вероятно, будет уже его пределом. Улучшение конструкций различных типов масс-спектрометров также, очевидно, сможет поднять чувствительность этого метода раз в сто и более.

Однако есть еще один метод — так называе­мый радиоспектроскопический анализ, возможности которого в определении микропримесей не только далеко не исчерпаны, но и практически даже не установлены. Прин­цип этого метода до некоторой степени сходен с радиометрическим анализом, но с его по­мощью можно определять стабильные атомы и соединения. Проведенные эксперименты пока­зали, что с его помощью можно легко «уловить» присутствие соединений в количестве 10^-8 —10^-10 г. Основан этот метод на следующем. Известно, что атомы в молекуле любого химического сое­динения не находятся в каких-то определенных положениях, а колеблются около определенных центров равновесия. Так, например, в молекуле хлористого водорода атомные ядра хлора и водо­рода то сближаются, то отдаляются друг от дру­га; Ядра заряжены и испускают слабые электро­магнитные колебания в области радиочастот. И вот оказалось, что если на молекулы хлорис­того водорода воздействовать радиоволнами той же длины волны, какую они испускают, то происходит их сильное, «резонансное» погло­щение .

Вот это-то поглощение и можно заре­гистрировать. В этом методе чувствительность определе­ния химических соединений в первую очередь зависит от чувствительности радиоспектромет­ра. Бурное развитие радиоэлектроники помо­жет в будущем повысить чувствительность радиоспектрометров в миллион и даже миллиард раз. И метод радиоспектроскопического ана­лиза сможет занять достойное место наряду с другими методами в определении микро­примесей.