论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点

第一篇：论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点

论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点

物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。

真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。

溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。

离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。

物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤：

(1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。

(2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。

(3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。

物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。

随着高科技及新兴工业发展，物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术，大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射靶，孪生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术，条状纤维织物卷绕镀层技术等，使用的镀层成套设备，向计算机全自动，大型化工业规模方向发展。

化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是，我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求，也难以保证得到高纯度的产品。因此，无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。

化学气相沉积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。目前，化学气相淀积已成为无机合成化学的一个新领域。它的特点是：

1)在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。

2)可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好)。

3)采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。

4)涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。

5)可以控制涂层的密度和涂层纯度。

6)绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件。

7)沉积层通常具有柱状晶体结构，不耐弯曲，但可通过各种技术对化学反应进行气相扰动，以改善其结构。

8)可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。

化学气相沉积所用的反应体系必须满足以下三个条件：

(1)在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸汽压。假如反应物在室温下全部为气态，沉积装置就比较简单；假如反应物在室温下挥发性很小，就需要对其加热，使其挥发，而且一般还要用运载气体把它带入反应室，这样反应源到反应室的管道也需要加热，以防止反应气体在管道中冷凝下来。

(2)反应的生成物，除了所需要的沉积物为固态薄膜外，其余都必须是气态。(3)沉积薄膜的蒸汽压应足够低，以保证在整个沉积反应过程中，沉积的薄膜能维持在具有一定温度的基体上。

基体材料在沉积温度下的蒸汽压也必须足够低。化学气相沉积的优点：(1)沉积成膜装置简单；

(2)与直接蒸发法相比，可在大大低于其熔点或分解温度的沉积温度下制造耐熔金属和各种碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和氧化物薄膜；(3)成膜所需的反应源材料一般比较容易获得，而且制备通一种薄膜可以选用不同的化学反应；有意识的改变和调节反应物的成分，又能方便的控制薄膜的成分和特性，因此灵活性较大；(4)特别适用于在形状复杂的零件表面和内孔镀膜。化学气相沉积的缺点：

(1)沉积速率不太高，一般在几～几百nm/min，不如蒸发和离子镀，甚至低于溅射镀膜；(2)在不少场合下，参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒，因此需要采取防止环境污染的措施；对设备来说，往往还有耐腐蚀的要求；

(3)基体需要局部或某一个表面沉积薄膜时很困难，不如PVD技术来得方便；

(4)即使采取了一些新的技术，CVD成膜时的工件温度仍然PVD高于技术，因此应用上受到一定的限制。

第二篇：浅新论小麦粉中的农药残留中六六六和滴滴涕的气相色谱法检测2500

浅论小麦粉中的农药残留中六六六和滴滴涕的气相色谱法检测

导论：

随着社会的发展和进步，人们越来越关注食品安全问题，其关系到社会稳定和文明的发展，我国的食品安全问题不容乐观。食品安全是指在食品加工、储存和销售等过程中涉及到的关于食品卫生和食用安全、以及降低疾病隐患、防范食物中毒的一个跨学科领域。食品本身的安全是食品安全的根本，农药残留和农药污染是绝大部分种植型农作物食品安全问题的根源，因此在农作物生产的源头检测农产品本身农药残留的工作至关重要。

在这篇短论里面，我们结合平时的工作重点，主要讨论以气相色谱的方法检测小麦粉中农药残留问题，我们主要检测六氯环已烷和双对氯苯基三氯乙烷。

农药残留中的六六六和滴滴涕

六氯环己烷，又被称为六六六、六氯化苯，英文名简写做HCH。六六六有八种同分异构体，包括α-、β-、γ-、δ-、ε-异构体等，其结构式见图一所示。

图一六六六的五种同分异构体

六六六是一种有机氯杀虫剂，对防治农作物虫害，消除蝗灾起到过非常重要的作用。

然而六六六不容易被降解，在环境和生物体内造成残留累积，并且使得害虫产生抗药性。在上世纪七十年代，六六六开始被停止使用。六六六具有很高的毒性，吸入受会导致人类头晕头痛、引起血液系统疾病，造成荷尔蒙分泌浓度的改变。误食会引起癫痫，甚至导致死亡。长期摄入α-、β-、γ-六六六的实验鼠会产生肝癌。国际癌症研究中心均将六六六归为可能的致癌物。

双对氯苯基三氯乙烷，化学式为(ClC6H4)2CH(CCl3)，即滴滴涕，英文简写DDT。其结构式见图二。商品化的DDT主要成分是p,p＇-DDT异构体(75%)，o,p＇-DDT含量大约为15%，剩下主要由二氯二苯二氯乙烯(p,p＇-DDE)和二氯二苯二氯乙烷(p,p＇-DDD)构成。

图二双对氯苯基三氯乙烷的结构式

DDT曾是最著名的杀虫剂和合成农药，被广泛用于蚊蝇防治和农作物害虫毒杀。然而DDT异常难以分解，很容易通过食物链在储蓄在动物体内。七十年代起，很多国家开始禁止使用DDT。DDT对人类的危害有：神经毒性；致癌效应；影响肝脏和肾脏的正常功能，导致肝脏肿大坏死；诱发基因突变。由于DDT对环境和人类健康带来的各种不利影响，在很多国家被禁止使用。

气相色谱法测定小麦粉中六六六和DDT的残留：

气相色谱法，对易挥发但难以分解的化合物进行分析和分析的色谱技术。主要原理是被分析的化合物不同的极性、沸点和吸附性能，在流动相和固定相间的有不同的分配系数，对样本的各个组分进行分离。气相色谱仪的主要成分包括气路系统、进样系统、分离系统(色谱柱)、控温系统和检测记录系统。气相色谱分析具有灵敏度高、分离效率高、分析速度快等特点。

图三气相色谱分析流程图

目前国家标准规定食品中六六六和DDT的测定方法为气相色谱法和薄层层析法。气相色谱检测小麦粉的原理和方法如下详细描述：

气相色谱所需要的试剂的准备：苯，丙酮，95%乙醇，乙醚，沸程30~60℃的石油醚，硫酸，草酸钾，无水硫酸钠，2%硫酸钠溶液和1:1的冰乙酸-过氯酸混合液。六六六和DDT标准溶液：10%的α-、β-、γ-、δ-六六六溶于苯中，以及10%的p,p＇-DDT,o,p＇-DDT,p,p＇-DDD,p,p＇-DDE溶于苯中。

小麦粉样品的处理和准备：称取小麦粉约200g，加入适量的水混匀，取匀浆2~5g放于50ml三角瓶中，加入10~15ml丙酮，振荡30min，100ml分页漏斗过滤，残渣使用丙酮洗涤四次，再加入20ml石油醚，摇晃几次放出气体，再振动摇晃1min，加入20ml

2%的硫酸钠溶溶液(20g/L)，振动摇晃1min，液体静置分层，丢弃下层的水溶液，缓缓将石油醚液倒入乘有10g无水硫酸钠的漏斗中过滤，石油醚液经过浓缩后移入10ml试管中，定容至5ml或10ml。5ml提取液中加入0.5ml的浓硫酸，塞上试管盖，摇晃几次，打开试管盖放气，再摇晃半分钟，1600转每分钟离心15min，取出上层清液，供气相色谱分析测定使用。

气象色谱仪测定：使用氚源电子捕获检测器，色谱柱内径3~4mm，内装涂以1.5%OV-17和2%QF-1混合固定液的80-100目硅藻土。载气为>99.999%的高纯氮，载气流速90ml/min。色谱柱温度160℃，气化室温度190℃，检测器温度165℃。

六六六和DDT的测量与计算：根据样品中的六六六和DDT的各异构体或代谢物，制备相应各个组分的标准曲线，样品中各组分的含量得以计算出。六六六和DDT各个组分的含量按下面的公式进行计算：

在其中：X1是样品中六六六和DDT，各个异构体或代谢物的单一含量，单位mg/ml；A1是被测定用样液中六六六和DDT，各个异构体或代谢物的单一含量，单位ng；V1是样品净化液体积，单位ml；V2：进样体积，单位µl；m1是样品质量，单位g。

讨论

小麦是我国北方人民的主要食用作物，是我国第三大粮食作物。小麦粉中残留农药的含量和水平直接关系到广大使用面粉的同胞。因此检测小麦粉中农药残留的工作非常重要。关于气相色谱法是检测小麦粉农药残留比较简单方便的一种方法，并且比较灵敏方便。其他的检测方法还有很多，例如高效液相色谱法，固相萃取-高效液相色谱联用法，气相色谱-质谱联用法，薄层色谱法。

参考文献

[1]

武杰,庞增义.气相色谱仪器系统[M

]

.北京:

化学工业出版社,2006.[2]

食品卫生检验方法.理化部分(一).食品中六六六、滴滴涕残留量的测定(GB/T5009.19-2003)[S].北京:中国标准出版社,2003.153.