專利名稱：測量電子元件和組件中六價鉻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及測量鉻的方法。更具體地，本發(fā)明涉及用X-射線 熒光光譜和紫外光譜測量電子元件或電子組件中六價鉻的量的方法。
背景技術(shù)：
歐盟(EU)已經(jīng)頒布了減少環(huán)境中有害化學品水平的法律。某些有 害物質(zhì)的限制(RoHS)法案已經(jīng)針對諸如用于電子器件中的鉻VI(也稱 為六價鉻)的材料。為了遵守這些已頒布的法律規(guī)章，需要一種探測和 鑒定電子器件中該材料的方法。這樣的方法應當快速的、節(jié)省成本的 和精確的，以便使與全球電子工業(yè)的'上市時間，需要一致的快速測 試以及短周轉(zhuǎn)時間成為可能。盡管諸如電鍍槽、廢水、飲用水的樣品 和大氣中的鉻VI分析方法已經(jīng)得到很好地證明并產(chǎn)生高度精確的結(jié) 果，但是，復雜材料例如電子組件和電子元件中的鉻VI的分析仍然很 困難和不精確。這是由于在典型的電子產(chǎn)品中干擾材料高度復雜和多 變的基質(zhì)。由于現(xiàn)有技術(shù)方法缺少精確性，因此一種分析電子元件和 組件中鉻VI的量的改進方法將是對現(xiàn)有技術(shù)的重大改進。


被認為新穎的本發(fā)明特征在所附的權(quán)利要求書中具體闡明。然而， 關(guān)于組織和操作方法以及它的目的和優(yōu)點，本發(fā)明本身通過參考下述 本發(fā)明的具體實施方式
可以被最好地理解，該具體實施方式
與附圖一
起描述本發(fā)明的某些示例性實施方案，其中
圖1是與本發(fā)明某些實施方案一致的流程圖。
圖2-7是與本發(fā)明某些實施方案一致的校準曲線。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明容許有很多不同形式的實施方案，但是在附圖中示出 并且將在這里詳細描述了具體實施方案，應當理解本公開被認為是本 發(fā)明原理的實例，并不意圖將本發(fā)明限定為所示出和所描述的具體實 施方案。
所公開的實施方案使用X-射線熒光光譜(XRF)和紫外(UV)光譜作 為檢測方法，來測量電子元件或組件中的六價鉻。使用X-射線熒光光 譜分析實驗中的樣品(電子元件或組件或者等價物)，以確定基質(zhì)。然后 基于鑒定的基質(zhì)即樣品的組成，來決定如何處理樣品。如果基質(zhì)是鋁， 那么用第一參數(shù)組來提取和分析樣品以確定六價鉻的量。如果基質(zhì)是 鋅，那么用第二參數(shù)組來提取和分析樣品以確定六價鉻的量。如果基 質(zhì)是皮革，那么用第三參數(shù)組來提取和分析樣品以確定六價鉻的量。 如果基質(zhì)是鍍鋼(plated sted)，那么用第四參數(shù)組來提取和分析樣品以 確定六價鉻的量。如果基質(zhì)是印刷電路板或印刷電路組件，那么用第 五參數(shù)組來提取和分析樣品以確定六價鉻的量?；谒治龅牧鶅r鉻 的量，計算作為樣品單位面積函數(shù)的六價鉻的濃度。
在下面的描述中，為了方便，我們使用術(shù)語"印刷電路組件"(PWA) 和"印刷電路板"(PCB)，但是應該理解，以該方式使用不是意圖來限 制，而是覆蓋這些以及在目前或?qū)黼娮悠骷惺褂玫钠渌愋偷膹?雜組件，例如為但不限于電動機、電纜組件、顯示器、開關(guān)、旋鈕、 外殼、話筒、傳感器等。PCB在工業(yè)中是公知的，通常是扁平的層狀 結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含使安裝在它上面的電子元件互相連接的導電通道。 PWA通常是指包括PCB和安裝在它上面的元件的組件。現(xiàn)在參考圖1， 描述本發(fā)明一個實施方案的流程圖，直接將要分析六價鉻的存在的樣 本或樣品放入XRF分析儀(100)的室內(nèi)。由于沒有例如可能使用其它對 環(huán)境挑剔的材料的濺射的樣品準備，因此本方法允許快速檢測和鑒定。 通常在電子設(shè)備中發(fā)現(xiàn)的能夠被分析的一些材料的實例為皮革(用于手 槍套和手提箱)、防腐涂層、鍍鋼、鍍鋁、鋅和鋅合金、PCB、 PWB和 其它元件。本列表的意圖在于表示人們可能遇到的一般材料中的一些，
并不在于限定，因為通常用于電子組件中的其它材料也可以用我們的 方案分析。XRF分析指示出樣品中存在的材料是什么類型，然后，基 于該信息，人們選擇(110)—組合適的用來處理樣品的消解(digestion)和 提取參數(shù)。從XRF分析儀中移出樣品，然后根據(jù)基質(zhì)類型將樣品消解。 下面是幾種類型材料的消解方案。在每種情況下，所有容器和溶液都 應當在使用之前和使用過程中用惰性氣體例如氬氣或氮氣凈化，并在 反應器上方提供惰性氣體包層來防止改變六價鉻的氧化態(tài)。溶劑在使 用前應當用超聲波處理和用惰性氣體凈化。
鍍鋁樣品的消解
用25ml脫氣水，加入等于約50 cn^金屬鍍層(plating)的量的樣品， 一旦溶液達到溫度，就在熱板上沸騰60分鐘。冷卻至室溫并加入500 微升的磷酸。加水達到25ml的體積。
鋅樣品的消解
向50ml脫氣水中加入lgNaOH、 0.1gNaCO3、 O.lg MgCl2'6H20。
加入等于約50 cn^的量的樣品， 一旦溶液達到溫度，就在熱板上于 90-10(TC加熱10分鐘。用pH試紙測試pH值。用濾紙過濾到25ml燒 瓶內(nèi)。加水達到體積。
皮革樣品的消解
用pH=8的磷酸鹽緩沖液。稱重1.42克的磷酸二氫鈉 (NaH2PO4)(0.1mol/L)倒入250ml錐形燒瓶(Erlenmeyer flask)并且加 100ml的脫氣水。用氬氣凈化并加入1-5滴磷酸。用pH試紙測試pH 值。相應地調(diào)節(jié)直到pH值為8。加入100mg皮革樣品。 一旦溶液達到 溫度，就在熱板上于90-10(TC下加熱IO分鐘。將體積減小到40ml。加 入磷酸直到pH《。用pH試紙測試pH值。用濾紙過濾入50ml燒瓶。 加水達到體積。
鍍鋼樣品的消解
向50ml脫氣水中加入lgKOH、 0.1gNaCO3、 O.lg MgCl2'6H20。 加入等于約50 ci^的量的樣品， 一旦溶液達到溫度，就在熱板上于 90-100。C下加熱5分鐘。將體積減小到20ml，并滴加磷酸直到pH為2 ±1。可能會發(fā)生沉淀。用pH試紙測試pH值。用濾紙過濾入25ml燒 瓶。加水達到體積。
P WB或P WA樣品的消解
向50ml脫氣水中加入lgKOH、 0.1gNaCO3、 O.lg MgCl2-6H20。 加入等于約lOOmg的PWB材料的量的樣品， 一旦溶液達到溫度，就在 熱板上于90-100。C下加熱5分鐘。將體積減小到20ml，并滴加磷酸直 到pH為2土l?？赡軙l(fā)生沉淀。用pH試紙測試pH值。用濾紙過濾 入25ml燒瓶，加水達到體積。
在選擇了(110)合適的方案后，根據(jù)下列材料之一的消解方法處理 樣品鍍鋁(121)、鋅和鋅合金(122)、皮革(123)、鍍鋼(124)、 PCB或 PWB(125)或者其它成分(126)。然后，被消解和提取的樣品中的六價鉻 與1,5二苯卡巴阱反應(130)轉(zhuǎn)化為1，5二苯卡巴腙，并用紫外光譜分析 (140)。在470納米和600納米之間，用543納米分析波長，例如，使 用常規(guī)的內(nèi)部標準校準方法測量紫紅色復合物的量。由于每一種基質(zhì) 的處理方法不同，因此為每一種基質(zhì)準備一種獨特的校準曲線，以便 確保最高水平的精確度和再現(xiàn)性。與例如廢水中六價鉻的分析方法對 比，每一基質(zhì)需要具有獨特的強度對濃度的校準曲線，如圖2-7中所示。 使用單一曲線的現(xiàn)有技術(shù)方法不能產(chǎn)生我們新方法所產(chǎn)生的精確結(jié) 果。圖2是描述了鋁基質(zhì)中六價鉻的作為在543nm處背景校正吸收度 (%)的函數(shù)的CrVI濃度(mg/l)的校準曲線，圖3-6分別是鋅基質(zhì)、皮革 基質(zhì)、鍍鋼基質(zhì)和PCB/PWA基質(zhì)中六價鉻的校準曲線。圖7是其它材 料所使用的校準曲線。
一旦測定了每升溶質(zhì)中六價鉻的濃度，就將進行另外的計算樣品 每單位面積的六價鉻的量的步驟(150)。該步驟是關(guān)鍵的，因為電子元
件和附件中的六價鉻經(jīng)常存在于零件或組件的表面，例如，正如防腐 層和裝飾性表面處理。然后，樣品中的六價鉻的面積濃度以每平方厘 米的微克數(shù)來記錄。也可以使用其它質(zhì)量/單位面積的測量方案以與記 錄國的數(shù)字表示習慣一致。
總之，可以使用X-射線熒光光譜(XRF)分析至少一部分樣品來鑒 定基質(zhì)，以測量電子元件或組件中的六價鉻。基于所確定的基質(zhì)，從 不同的提取和分析方案中選擇方案，用所選擇的方案從樣品中提取六 價鉻(如果有的話)。所提取的六價鉻與1，5二苯卡巴阱反應并通過紫外 光譜用每一種鑒定基質(zhì)的獨特的校準曲線測量。基于測量的六價鉻的 量，計算作為樣品單位面積的函數(shù)的六價鉻的濃度。
雖然已經(jīng)結(jié)合具體實施方案描述了本發(fā)明，但很顯然，對于本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來講，根據(jù)前面的描述， 一些變換、修改、改變和 變更都是顯而易見的。例如，可以將另外的消解和提取方案用于這里 沒有提及的其它類型的材料，例如塑料、玻璃顯示器等。因此，意在 本發(fā)明包括所有這樣的變換、修改和變更，它們都在所附的權(quán)利要求 書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測量電子元件和組件中六價鉻的方法，包括提供包含電子元件或組件的樣品；用X-射線熒光光譜分析至少一部分樣品，以確定基質(zhì)；如果基質(zhì)是鋁，那么用第一參數(shù)組來提取和分析六價鉻的量；如果基質(zhì)是鋅，那么用第二參數(shù)組來提取和分析六價鉻的量；如果基質(zhì)是皮革，那么用第三參數(shù)組來提取和分析六價鉻的量；如果基質(zhì)是鍍鋼，那么用第四參數(shù)組來提取和分析六價鉻的量；如果基質(zhì)是印刷電路板或印刷電路組件，那么用第五參數(shù)組來提取和分析六價鉻的量；如果基質(zhì)是除了鋁、鋅、皮革、鍍鋼、印刷電路板或印刷電路組件之外的材料，那么用第六參數(shù)組來提取和分析六價鉻的量；以及基于所分析的六價鉻的量，計算作為樣品單位面積的函數(shù)的六價鉻的濃度。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，用第一參數(shù)組提取包括在溫 度大于9(TC并且pH值大約是7的水中提取。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，用第二參數(shù)組提取包括在溫 度大于9(TC并且pH值大約是11的水中提取。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，用第三參數(shù)組提取包括在溫 度大于9(TC并且pH值大約是8的磷酸鹽緩沖水中提取。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，用第四參數(shù)組提取包括在溫 度大于卯X:的KOH或NaOH水溶液中提取。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，用第五參數(shù)組提取包括在溫 度大于9(TC并且pH值大約是2的水中提取。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，第一至第六參數(shù)組中的每一 組都包括用于分析的獨特的校準曲線。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，在每個分析方案中，六價鉻 都是通過使所提取的六價鉻與1,5 二苯卡巴阱反應以及用紫外光譜進 行分析來測量的。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，提取是在惰性氣氛下進行的。
10. —種測量電子元件和組件中六價鉻的方法，包括 提供包含電子元件或組件的樣品；用X-射線熒光光譜分析至少一部分樣品，以確定基質(zhì)；基于所確定的基質(zhì)，從由鋁提取及分析方案、鋅提取及分析方案、 皮革提取及分析方案、鋼提取及分析方案、印刷電路板提取及分析方案以及印刷電路組件提取及分析方案組成的組中選擇方案；用所選擇的方案處理樣品以便提取和測量六價鉻的量；以及 基于所測量的六價鉻的量，計算作為樣品單位面積的函數(shù)的六價鉻的濃度。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，在每個分析方案中，六價 鉻都是通過使所提取的六價鉻與1,5 二苯卡巴阱反應以及用紫外光譜 分析來測量的。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，鋁提取及分析方案包括在 溫度大于9(TC并且pH值大約是7的水中提取樣品，以及用鋁校準曲 線來測量六價鉻的量。
13. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，鋅提取及分析方案包括在 溫度大于9(TC并且pH值大約是11的水中提取樣品，以及用鋅校準曲 線來測量六價鉻的量。
14. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，皮革提取及分析方案包括在溫度大于9(TC并且pH值大約是8的磷酸鹽緩沖水中提取樣品，以及用皮革校準曲線來測量六價鉻的量。
15. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，鋼提取及分析方案包括在 溫度大于9(TC的KOH或NaOH水溶液中提取樣品，以及用鋼校準曲 線來測量六價鉻的量。
16. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，印刷電路板提取及分析方 案以及印刷電路組件提取及分析方案分別包括在溫度大于9(TC并且 pH值大約是7的水中提取樣品，以及用印刷電路板校準曲線來測量六 價鉻的量。
17. —種測量電子元件和組件中六價鉻的方法，包括 提供包含電子元件或組件的樣品；用X-射線熒光光譜分析至少一部分樣品，以確定基質(zhì)； 基于所確定的基質(zhì)，從由鋁提取及分析方案、鋅提取及分析方案、 皮革提取及分析方案、鋼提取及分析方案、印刷電路板提取及分析方 案以及印刷電路組件提取及分析方案組成的組中選擇方案； 用所選擇的方案從樣品中提取六價鉻；通過使所提取的六價鉻與1，5 二苯卡巴阱絡(luò)合，以及用紫外光譜 測量該絡(luò)合物來分析所提取的六價鉻；以及基于所測量的六價鉻的量，計算作為樣品單位面積的函數(shù)的六價 鉻的濃度。
全文摘要
電子元件和組件中的六價鉻用X-射線熒光光譜分析樣品以確定基質(zhì)來測量。基于所確定的基質(zhì)，從多種提取及分析方案中選擇方案，并用所選擇的方案從樣品中提取六價鉻。所提取的六價鉻與1，5二苯卡巴阱反應，并通過紫外光譜用每一種鑒定基質(zhì)的獨特的校準曲線測量?；谒鶞y量的六價鉻的量，計算作為樣品單位面積的函數(shù)的六價鉻的濃度。
文檔編號G01N23/22GK101375154SQ200680037792
公開日2009年2月25日 申請日期2006年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者朱利安·斯米爾諾, 海克·舒馬赫, 邁克爾·里斯 申請人:摩托羅拉公司