Paal-Knorr 反應(yīng)機(jī)理研究

原位檢測(cè)與過程分析

01 技術(shù)平臺(tái)

原位檢測(cè)與過程分析（以下簡(jiǎn)稱ICPA）技術(shù)平臺(tái)是以RC HP-1000A型反應(yīng)量熱儀為基礎(chǔ)，并搭載在線分子光譜儀、在線粘度計(jì)、在線pH計(jì)、在線顆粒度檢測(cè)儀等探頭式原位檢測(cè)儀器的高技術(shù)多參量測(cè)控平臺(tái)。通過對(duì)上述儀器組件在硬件與軟件層面的集成，可實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)工藝過程模擬、多參量測(cè)控、數(shù)據(jù)分析與聯(lián)用等功能。

其中，ICPA技術(shù)平臺(tái)的多參量測(cè)控功能可原位采集化學(xué)反應(yīng)過程中體系溫度、壓力、反應(yīng)熱、組分、pH值、粘度和顆粒度等參量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而GX獲取化學(xué)反應(yīng)特征信息。由于無須進(jìn)行取樣、樣品前處理等操作，與傳統(tǒng)的離線分析手段相比，ICPA技術(shù)具有不破壞樣品、不引入干擾因素、不丟失過程信息等優(yōu)勢(shì)，可用于反應(yīng)機(jī)理研究、反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、工藝參數(shù)快速優(yōu)化等。另外，由于具備高自動(dòng)化、高數(shù)據(jù)通量的特點(diǎn)，該技術(shù)是未來實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、智能工廠的重要基礎(chǔ)。

圖1  原位檢測(cè)與過程分析技術(shù)平臺(tái)組成

圖2  原位檢測(cè)與過程分析技術(shù)平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

02 應(yīng)用實(shí)例

有機(jī)化學(xué)中從1,4-二羰基化合物產(chǎn)生吡咯、呋喃或噻吩的反應(yīng)稱為Paal-Knorr反應(yīng)。取代的吡咯、呋喃和噻吩是許多具有生物活性的天然產(chǎn)物和藥物活性成分（APIs）的基本結(jié)構(gòu)單元，因此Paal-Knorr反應(yīng)是一類比較有價(jià)值的合成方法。對(duì)于利用胺類與1,4-二羰基衍生物合成吡咯的Paal-Knorr反應(yīng)，一般認(rèn)為半縮醛胺中間體的環(huán)化是反應(yīng)的決速步驟，因此測(cè)定該中間體的生成與變化是研究反應(yīng)機(jī)理的關(guān)鍵。

圖3  Paal-Knorr吡咯合成反應(yīng)機(jī)理

本實(shí)驗(yàn)以2,5-己二酮為底料、滴加乙醇胺的方式進(jìn)行Paal-Knorr吡咯合成。利用ICPA技術(shù)平臺(tái)分子光譜（中紅外）原位檢測(cè)功能，可表征反應(yīng)過程中體系紅外吸收光譜隨時(shí)間變化。通過對(duì)全譜圖進(jìn)行基線校正和特征峰趨勢(shì)分析，可以識(shí)別出反應(yīng)體系各組分濃度的變化，其中波數(shù)1110 cm^-1處的吸收峰呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且符合仲胺基上C-N鍵的伸縮振動(dòng)峰位置，可初步識(shí)別為半縮醛胺中間體的特征峰。

圖4  (a) Paal-Knorr吡咯合成反應(yīng)紅外光譜隨時(shí)間變化；(b) 關(guān)鍵特征峰變化趨勢(shì)

利用特征峰強(qiáng)度變化可對(duì)反應(yīng)物、產(chǎn)物和中間體的濃度及相對(duì)濃度變化過程進(jìn)行半定量分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物和產(chǎn)物的相對(duì)濃度之和在1110 cm^-1吸收峰出現(xiàn)前后恒等于1，且在反應(yīng)過程中出現(xiàn)的下降趨勢(shì)與1110 cm^-1吸收峰的變化趨勢(shì)相吻合。由此可以確認(rèn)1110 cm^-1是半縮醛胺中間體的特征峰。

圖5  反應(yīng)物、產(chǎn)物、中間體相對(duì)濃度變化趨勢(shì)

確認(rèn)中間體的特征峰之后，可以通過原位采集紅外數(shù)據(jù)GX研究工藝條件對(duì)反應(yīng)過程的影響。如圖6所示，提高反應(yīng)溫度會(huì)YZ中間體的生成，驗(yàn)證了半縮醛胺中間體脫水是Paal-Knorr反應(yīng)的決速步驟，溫度對(duì)這一步反應(yīng)速率的影響更顯著；另外，投料順序也影響反應(yīng)過程，以乙醇胺為底料、滴加2,5-己二酮的反應(yīng)方式?jīng)]有明顯的中間體生成。

圖6  (a)反應(yīng)溫度與(b)投料順序?qū)χ虚g體生成的影響

03 結(jié)語

ICPA技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)、儀器科學(xué)和現(xiàn)代計(jì)量學(xué)的結(jié)合體，是研究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與工藝開發(fā)的新興手段。后續(xù)我們將介紹更多ICPA檢測(cè)方法以及該技術(shù)在醫(yī)藥、農(nóng)藥、聚合物、新能源等行業(yè)研發(fā)與生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例。

應(yīng)用分享|描繪信息顯示技術(shù)演變進(jìn)程

顯示技術(shù)已成為我們生活中不可或缺的部分，將清晰的文字、生動(dòng)的圖片和精彩的視頻透過我們每天瀏覽的屏幕進(jìn)行呈現(xiàn)。對(duì)顯示設(shè)備制造商而言，這帶來了重要的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

機(jī)遇存在于越來越多的應(yīng)用中，從我們手腕上的智能手表，到互聯(lián)網(wǎng)汽車的互動(dòng)屏幕，再到quan球各地的體育場(chǎng)館的動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)和屏幕。

在確保更好的圖像質(zhì)量的細(xì)節(jié)增強(qiáng)方面出現(xiàn)了挑戰(zhàn)：如分辨率、刷新率、色域、亮度、對(duì)比度等。實(shí)現(xiàn)下一代性能需要在背板技術(shù)和光轉(zhuǎn)換效率等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新。

搭建市場(chǎng)空間模型

簡(jiǎn)單地說，顯示技術(shù)市場(chǎng)涵蓋了三個(gè)基本類別：行業(yè)、應(yīng)用和外觀性能。除了消費(fèi)電子產(chǎn)品，其他值得關(guān)注的領(lǐng)域還有汽車、醫(yī)療健康和零售行業(yè)。顯示技術(shù)在這些以及更多行業(yè)領(lǐng)域中，主要應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、數(shù)字標(biāo)牌、高清電視以及臺(tái)式電腦和筆記本電腦的顯示屏（圖1）。

圖1. 對(duì)于顯示設(shè)備制造商而言，這種市場(chǎng)空間模型只是機(jī)會(huì)的冰山一角。

對(duì)于制造商和終端用戶而言，外觀性能是創(chuàng)新的關(guān)鍵領(lǐng)域。圍繞可彎曲、可折疊、可伸縮或透明顯示的新材料的持續(xù)研究正取得巨大的進(jìn)展。在移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)汽車領(lǐng)域的下一代應(yīng)用備受矚目。

勾勒顯示技術(shù)的發(fā)展路線圖

在顯示技術(shù)行業(yè)中，發(fā)展路徑將經(jīng)過主流的，近期新興的和未來將探索的技術(shù)。目前的主流技術(shù)是液晶顯示屏（LCD）和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）技術(shù)，且越來越多的應(yīng)用正從LCD向OLED技術(shù)轉(zhuǎn)變。為了與OLED制造商競(jìng)爭(zhēng)，許多LCD制造商正在開發(fā)如量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）和迷你發(fā)光二極管等新技術(shù)。

展望未來，顯示設(shè)備制造商正積極投資如有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管（AMOLED）、微型有機(jī)發(fā)光二極管和下一代量子點(diǎn)技術(shù)（例如：量子點(diǎn)彩色光轉(zhuǎn)換膜）。他們還投資如微型發(fā)光二極管和電致發(fā)光量子點(diǎn)等下一代技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)都需要更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)參數(shù)。

面臨的挑戰(zhàn)

對(duì)于主流顯示技術(shù)而言，加工工藝控制（例如：測(cè)量）和失效分析（FA）是提高良率和質(zhì)量的關(guān)鍵。zui新的顯示屏結(jié)構(gòu)需要對(duì)背板和發(fā)光單元的關(guān)鍵尺寸（橫向和縱向）進(jìn)行精確控制（圖2）。而這就需要高度jing準(zhǔn)的測(cè)量。由于顆粒、污染或工藝偏差造成的缺陷會(huì)嚴(yán)重影響良率和質(zhì)量，因此在產(chǎn)品生命周期的早期階段，越來越詳細(xì)的失效分析是必不可少的。

圖2：該示例圖展示了移動(dòng)設(shè)備顯示屏中影響良率和質(zhì)量的堆疊層。

在針對(duì)材料工程的研發(fā)中，關(guān)鍵的研究主題包括用于創(chuàng)新外觀的新背板技術(shù)和例如OLED薄膜封裝（TFE）技術(shù)等新領(lǐng)域，還有量子點(diǎn)發(fā)光和納米級(jí)封裝，以及微型發(fā)光二極管的量子效率。

滿足行業(yè)的需求

在半導(dǎo)體器件的研發(fā)、測(cè)量和失效分析方面，賽默飛世爾科技（TFS）提供一套獨(dú)特而全面的工作流程，來滿足顯示設(shè)備制造商的需求。我們的測(cè)量解決方案提供zhuo越的可復(fù)現(xiàn)性和高質(zhì)量的納米級(jí)分析能力。對(duì)于缺陷的隔離和分析，我們的掃描電子顯微鏡（SEM）、聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）的解決方案可提供自動(dòng)化、高精度的樣品制備和行業(yè)領(lǐng)先的成像技術(shù)。

      熒光原位雜交（Fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）是應(yīng)用熒光染料標(biāo)記探針DNA，以熒光標(biāo)記取代同位素標(biāo)記組織、細(xì)胞核或染色體DNA進(jìn)行雜交的一種研究DNA序列在染色體上位置的新的原位雜交方法，常被稱為是生命科學(xué)的“釣魚”技術(shù)。利用這一技術(shù)可對(duì)待測(cè)核酸定性、定位或相對(duì)定量的分析。

      傳統(tǒng)的原位雜交方法是將標(biāo)記的核酸探針與細(xì)胞或組織中的核酸進(jìn)行雜交后采用放射自顯影進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)限制了雜交技術(shù)的廣泛應(yīng)用，20世紀(jì)末由于人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)，F(xiàn)ISH技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

      FISH技術(shù)是一種非放射性原位雜交技術(shù)，結(jié)合了生物學(xué)和細(xì)胞遺傳學(xué)，將真核生物細(xì)胞的染色體區(qū)帶與特定DNA片段聯(lián)系起來的一種快速而直接的檢測(cè)手段，廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究中，可作為免疫組化表達(dá)初步篩查的shou選方法，提高了基因定位的準(zhǔn)確性。

通過熒光顯微鏡觀察雜交信號(hào)。FISH在熒光顯微鏡下可以確認(rèn)出腫瘤所在的位置。

      因其安全性高、特異性好、快速準(zhǔn)確，可以同時(shí)檢測(cè)多種序列、使用周期長(zhǎng)，在基因定位、染色體結(jié)構(gòu)分析與數(shù)目測(cè)定、人類產(chǎn)前診斷、病毒感染分析、腫瘤遺傳學(xué)等方面都發(fā)揮了不容小覷的作用。 今后在研究細(xì)胞核骨架與基因表達(dá)的關(guān)系、基因擴(kuò)增，基因組結(jié)構(gòu)與哺乳動(dòng)物的染色體調(diào)控等領(lǐng)域?qū)?huì)起到積極的作用。

（來源：廣州市明美光電技術(shù)有限公司）

隨著超快激光器的發(fā)展，有關(guān)超快激光與物質(zhì)相互作用的研究越來越受到人們的關(guān)注。由于超快光脈沖具有短脈沖和高光強(qiáng)兩個(gè)主要特性，超快光與物質(zhì)的相互作用就形成了超快光譜學(xué)和強(qiáng)場(chǎng)物理兩個(gè)分支。其中，超快光譜學(xué)研究物理的超快光學(xué)特性以及超快光與物質(zhì)的相互作用，主要利用超快光的窄脈沖特性來研究物質(zhì)隨時(shí)間演化的特性，時(shí)間分辨和實(shí)現(xiàn)相干態(tài)等是其主要特色。

超快光譜學(xué)可以應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、材料、YL、能源及環(huán)境等眾多領(lǐng)域。在物理領(lǐng)域，超快光譜還可以應(yīng)用于半導(dǎo)體磁性材料、超導(dǎo)體、絕緣體、復(fù)雜材料、量子結(jié)構(gòu)、納米和表面體系等等。

超快光譜與物質(zhì)相互作用的本質(zhì)是電磁波與物質(zhì)的相互作用。超快光能夠與物質(zhì)中的電荷、晶格、自旋、軌道角動(dòng)量等多個(gè)自由度相互作用，由于超快光可與這些自由度單獨(dú)相互作用，因此，某些時(shí)候可以通過這些相互作用來感知、探測(cè)和解釋凝聚態(tài)物質(zhì)內(nèi)部的自身的量子激發(fā)態(tài)之間的相互作用，例如改變外部物理?xiàng)l件（如溫度、磁場(chǎng)、電壓、壓力等）時(shí)，通過感受某一種或兩種元激發(fā)的動(dòng)力學(xué)特性的改變來感知內(nèi)部的相互作用的改變，從而探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部相變的發(fā)生。相互作用大多伴隨著能量的轉(zhuǎn)移，也即非彈性光散射過程。

在凝聚態(tài)物質(zhì)中，由電磁相互作用的強(qiáng)度和原子間距的尺度所決定的凝聚態(tài)物質(zhì)內(nèi)部的物理過程，大多數(shù)發(fā)生在fs、ps甚至是ns的時(shí)間尺度上即所謂的超快物理過程，例如吸收光子后處于激發(fā)態(tài)的載流子的弛豫過程，自旋相干性的消失，晶格的周期振動(dòng)和衰減等。在凝聚態(tài)物質(zhì)中，每個(gè)原子與大量其他原子相連接著，這提供了大量的衰減渠道，使得處于激發(fā)態(tài)的單個(gè)和集體元激發(fā)會(huì)很快地衰減到基態(tài)，從而表現(xiàn)為超快物理過程。

研究超快物理過程，目前大多采用超快激光器所發(fā)射的超短激光脈沖串來實(shí)現(xiàn)。激光器分為兩類：一是連續(xù)波激光器；二是超快激光器。

目前，超快光譜學(xué)的一個(gè)重要特色是時(shí)間分辨。時(shí)間分辨是指物理事件隨時(shí)間的演化過程在時(shí)間維度上展示出來，其是相對(duì)于時(shí)間積分而言的；由于物質(zhì)總是不能脫離開時(shí)間而存在，一個(gè)可探測(cè)物理量如果不是時(shí)間分辨信號(hào)，那么它通常是時(shí)間積分或時(shí)間平均的信號(hào)。通常時(shí)間分辨信號(hào)涉及的時(shí)間尺度比較大，可以從ns到as尺度。

對(duì)應(yīng)于不同時(shí)間尺度上發(fā)生的物理過程，時(shí)間分辨的探測(cè)技術(shù)也會(huì)有所不同。
（1）在>0.01 s的時(shí)間尺度上發(fā)生的物理事件

       用攝像機(jī)記錄下來

（2）在ms - ns量級(jí)的尺度上發(fā)生的物理過程

      用示波器等進(jìn)行記錄，也可以用計(jì)算機(jī)控制的電子學(xué)或光電子學(xué)器件來進(jìn)行記錄，不過，這些方法往往Z終受限于微觀上電路的RC響應(yīng)時(shí)間常數(shù)。
（3）在幾十ps - ns之間的時(shí)間分辨過程
       用專門開發(fā)的電子學(xué)方法進(jìn)行探測(cè)比如時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)（TCSPC技術(shù)）
（4）在fs - ps之間發(fā)生的物理事件
       用超快光譜學(xué)的方法來探測(cè)時(shí)間分辨信號(hào)

從時(shí)間分辨信號(hào)可以直接獲得物理體系隨時(shí)間演化的超快過程信息，對(duì)于揭示物理機(jī)制起著重要的作用，故時(shí)間分辨對(duì)于超快動(dòng)力學(xué)研究幾乎是不可或缺的。

目前，常見的超快光譜技術(shù)主要有如下幾種：
1、泵浦/抽運(yùn)-探測(cè)超快光譜（pump-probe detection）
2、相干態(tài)的產(chǎn)生和探測(cè)
3、時(shí)間分辨發(fā)光光譜
4、瞬態(tài)吸收光譜
5、時(shí)間分辨四波混頻技術(shù)
6、時(shí)間分辨紅外光譜
7、THz時(shí)域超快光譜
8、X射線超快光譜

近幾年來，隨著固體超快激光器和高速探測(cè)器的發(fā)展，超快光譜技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，同時(shí)也加快了與其他技術(shù)的結(jié)合，促進(jìn)了學(xué)科交叉融合。目前，較為常見的結(jié)合技術(shù)有與電子衍射、原子力顯微鏡（AFM）、近場(chǎng)光學(xué)掃描顯微鏡（SNOM）、微波技術(shù)、角分辨光電子能譜、掃描隧道顯微鏡（STM）、電子光束成像等技術(shù)的結(jié)合。這些融合技術(shù)帶來了Z新的研究結(jié)果，拓展了超快光譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，這些融合技術(shù)往往也是其他單一實(shí)驗(yàn)技術(shù)所無法替代的。

補(bǔ)充：
1、原子分子中發(fā)生的大多數(shù)光物理過程都具有一定的時(shí)間尺度，比如原子核的運(yùn)動(dòng)，化學(xué)鍵的扭轉(zhuǎn)等發(fā)生在fs - ps時(shí)間范圍內(nèi)；電荷分離和轉(zhuǎn)移、能量傳遞等發(fā)生在fs - ns時(shí)間尺度；發(fā)光材料的熒光壽命一般發(fā)生在ns量級(jí)等。
2、超短脈沖激光激發(fā)物質(zhì)后可以產(chǎn)生豐富的瞬態(tài)產(chǎn)物比如激發(fā)態(tài)分子、中性自由基、正或負(fù)離子型自由基等，穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法只能反映整個(gè)過程的一個(gè)積分效應(yīng)，而不能體現(xiàn)過程是如何隨時(shí)間變化的。時(shí)間分辨的研究則可以深入認(rèn)識(shí)分子本身的性質(zhì)。
3、光脈沖的脈寬在約10 fs以上，其可用于研究涉及外層電子的特性，可以很好地研究涉及固態(tài)物質(zhì)的物理內(nèi)容，這主要是由于固態(tài)物質(zhì)的豐富的物性多由外層電子與體系的相互作用決定；脈寬低于1 fs的光脈沖，稱作阿秒技術(shù)，此時(shí)的每個(gè)光脈沖只含有約單個(gè)左右的光波周期。阿秒技術(shù)有助于揭示內(nèi)層電子的量子躍遷動(dòng)力學(xué)過程，適合于研究原子分子體系。短于10 fs脈沖的光脈沖可用于研究電子的運(yùn)動(dòng)，適用于原子體系的研究，比如觀測(cè)原子的外層電子的電離過程。
4、激光脈沖寬度決定了時(shí)間分辨探測(cè)的時(shí)間分辨率，隨著超短激光脈沖技術(shù)的發(fā)展，激光脈沖的脈寬已經(jīng)縮短到了ps、fs甚至是as量級(jí)。對(duì)于ns和更長(zhǎng)時(shí)間的分辨光譜探測(cè)，一般的電子設(shè)備產(chǎn)生的延時(shí)精度及分辨率就可以滿足需要，不過在ps - fs時(shí)間尺度上，除了條紋相機(jī)能分辨到ps量級(jí)外，其他電子設(shè)備只能分辨到ns量級(jí)，要達(dá)到fs量級(jí)的分辨率，只能通過其他方法來完成，比如光學(xué)延時(shí)方法，將時(shí)間尺度的問題轉(zhuǎn)化為空間尺度的問題，使一束光經(jīng)過電動(dòng)延時(shí)線來實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨，1 μm的空間精度對(duì)應(yīng)3.3 fs的時(shí)間精度（t=s/c，s是位移臺(tái)的空間精度比如1 μm，c是光速）。

1 兆聲清洗技術(shù)背景

Schwartzman等人，1993在SC1、SC2清洗時(shí)使用了兆頻超聲技術(shù)，獲得前所未有的清洗效果，使得該方法在清洗工藝中被廣泛采用，也引發(fā)了對(duì)超聲波增強(qiáng)清洗效果的規(guī)律與機(jī)理的研究。1995年Busnaina的研究表明，兆頻超聲波去除粒子的能力與溶液的組成、粒子的大小、超聲波的功率及處理時(shí)間有關(guān)。1997年Olim發(fā)現(xiàn)兆頻超聲去除粒子的效率與粒子直徑的立方成正比，并由此推斷兆頻超聲無法去除0.1μm以下的粒子。但是，兆聲波清洗拋光片可去掉晶片表面上＜0.2μm的粒子，起到超聲波起不到的作用。這種方法能同時(shí)起到機(jī)械擦片和化學(xué)清洗兩種方法的作用。兆聲波清洗方法已成為拋光片清洗的一種有效方法。但是，隨著頻率升高，聲傳播的效率會(huì)降低，所以兆聲波清洗技術(shù)效果并不是頻率越高越好。目前，一般用的頻率范圍是（700～1000）kHz。

2 兆聲波清洗原理簡(jiǎn)介

聲能在液體內(nèi)傳播時(shí)，液體會(huì)沿聲傳播的方向運(yùn)動(dòng)，形成聲學(xué)流（Acousticstreaming），聲學(xué)流是由聲波生產(chǎn)的力和液體的聲學(xué)阻力以及其他的氣泡阻力形成的液體的流動(dòng)的效果，兆聲波清洗就是利用聲能產(chǎn)生的液體流動(dòng)來去除硅片表面的污染物，其原理見圖1。

兆聲波清洗是由高頻（700～1000kHz）的波長(zhǎng)短（1.5μm左右）的高能聲波推動(dòng)溶液做加速運(yùn)動(dòng)，使溶液以加速的流體形式連續(xù)沖擊硅片表面，使硅片表面的顆粒等污染物離開硅片進(jìn)入溶液中，達(dá)到去除污染物的目的。隨著聲能的增高，表面張力會(huì)下降，這可改善浸潤(rùn)效果及小顆粒的浸潤(rùn)。而且，能量越高，聲學(xué)流的速度越快，硅片表面被帶走的顆粒也隨之增多反應(yīng)速率也會(huì)升高，這可降低反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)，也可以降低化學(xué)液的濃度。隨著頻率升高，空洞現(xiàn)象的閥值會(huì)升高，所以兆聲不會(huì)像超聲一樣會(huì)產(chǎn)生氣泡而損傷硅片表面。

而根據(jù)超聲頻率的高低對(duì)應(yīng)的去除污染物顆粒大小的能力，選用的頻率見表1。

3 兆聲波清洗技術(shù)的特點(diǎn)

（1）美國(guó)VEＲTEQ公司的M.Olesen.Y.Fan等人研究發(fā)現(xiàn)，兆聲技術(shù)有如下特點(diǎn)。

能大大降低邊界層的厚度，使其具有清除深亞微米顆粒的能力，可滿足現(xiàn)行工藝以及0.1μm（線寬）技術(shù)對(duì)清洗工藝的需求。有兆聲時(shí)邊界厚度的對(duì)比（見圖2）。

（2）可以極大的提高清洗效率，從圖3有無兆聲時(shí)的清洗效率對(duì)比圖中可以看到，當(dāng)兆聲關(guān)閉時(shí)，用30s的時(shí)間清洗效率只能達(dá)到20%，有兆聲時(shí)，只需10s的時(shí)間清洗效率就可達(dá)到99.99%。

（3）由于兆聲波清洗可以使用稀釋倍數(shù)大的化學(xué)液，從而大大減少了化學(xué)藥品的用量和消耗，降低了清洗工序的工藝成本，有效減少了化學(xué)液的污染，保護(hù)環(huán)境。圖3是在極低濃度的化學(xué)液中有無兆聲的清洗效果對(duì)比圖。

由于兆聲波清洗具備以上諸多優(yōu)點(diǎn)，因此使得兆聲波清洗很快成為硅片清洗行業(yè)中廣泛應(yīng)用于去除微細(xì)顆粒的重要手段。

4 兆聲波清洗技術(shù)在清洗設(shè)備中的應(yīng)用

結(jié)合常規(guī)的濕法清洗工藝開發(fā)出適合相關(guān)工藝階段的兆聲清洗設(shè)備，按照這些設(shè)備的不同結(jié)構(gòu)，大體可分為兩類，一類是融匯在濕法清洗機(jī)兆聲清洗槽或兆聲漂洗槽，它們作為設(shè)備的一部分，只完成單個(gè)的清洗或漂洗過程。另一類則是以獨(dú)立的設(shè)備形式出現(xiàn)。這就是兆聲清洗機(jī)，該種設(shè)備通常配備兩個(gè)槽體，一個(gè)清洗槽和一個(gè)沖洗槽，清洗槽是在兆聲環(huán)境下用化學(xué)液來去除硅片表面的微細(xì)顆粒及化學(xué)污染物等，沖洗槽則是對(duì)清洗完的硅片用去離子水進(jìn)行沖洗，從而達(dá)到生產(chǎn)需要的潔凈度。

但是由于兆聲傳播是一種介質(zhì)傳播，聲音傳播中的能量會(huì)轉(zhuǎn)化成介質(zhì)的動(dòng)能，因此在使用兆聲清洗的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生兆聲能量的衰減。導(dǎo)致能量衰減的因素，首先是兆波的反射，如圖4所示。

兆聲能量的衰減可通過以下公式計(jì)算：

衰減系數(shù)γ可表示為：γ=γ吸收+γ分散；γ分散在液體中，不在計(jì)算內(nèi)。在水液體中，γ吸收系數(shù)（dB/m）=0.2F2（MHz）。

由此計(jì)算可得，在頻率為950kHz時(shí)，衰減度約為0.002dB/m；在頻率為40kHz時(shí)，衰減度約為0.000003dB/m，在水液體中，兆聲波衰減約為低頻超聲波衰減的1000倍，如圖5所示。因此，在兆聲清洗中，液位不能超過500mm。而在低頻超聲波中，超聲波能量可傳至（1.5～2）m高。

安裝時(shí)，石英缸底部有一定傾斜角度更利于高頻兆聲波的傳播，由圖7中角度與聲壓的關(guān)系可知，當(dāng)θ=2°時(shí)，最有利于兆聲波的傳播。

由于聲波傳播時(shí)一種介質(zhì)傳播，因此在不同的頻率下石英缸作為傳遞介質(zhì)，它的厚度也對(duì)兆聲的傳播有一定影響。

通過下面公式可以計(jì)算出不同介質(zhì)中聲波的傳播率D：

從圖8可見，當(dāng)厚度t=3mm時(shí)，兆聲波在石英中具備更好的傳播率。

兆聲發(fā)生器在石英循環(huán)溢流槽中的安裝原理見圖9。

5 兆聲清洗技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

由于兆聲波能去除硅片表面的微小顆粒，并且不會(huì)對(duì)硅片表面造成損傷，近幾年兆聲波清洗被大量的應(yīng)用在清洗工藝中。兆聲波用在SC－1中，可提高去除顆粒尤其是小顆粒的效果；用在DHF，臭氧水、純水中都能起到增強(qiáng)清洗效果的作用。目前兆聲清洗技術(shù)被廣泛應(yīng)用于液晶、手機(jī)鏡片、光學(xué)器件照相機(jī)鏡頭制造業(yè)，汽車、摩托車制造業(yè)，電子、微電子、電子電器元器件制造業(yè)，五金業(yè)、機(jī)械的零件業(yè)，航天、航空清洗精密零部件業(yè)，鐘表、眼境、珠寶制造業(yè)，家電產(chǎn)品制造業(yè)，電鍍業(yè)，鐵路機(jī)車造業(yè)等各個(gè)行業(yè)。（轉(zhuǎn)）

具體應(yīng)用涉及：

• 帶圖案或不帶圖案的掩模版和晶圓片

• Ge, GaAs以及InP晶圓片清洗

• CMP處理后的晶圓片清洗

• 晶圓框架上的切粒芯片清洗

• 等離子刻蝕或光刻膠剝離后的清洗

• 帶保護(hù)膜的分劃版清洗

• 掩模版空白部位或接觸部位清洗

• X射線及極紫外掩模版清洗

• 光學(xué)鏡頭清洗

• ITO涂覆的顯示面板清洗

• 兆聲輔助的剝離工藝

石油化工是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，涉及行業(yè)多、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高，石化相關(guān)分析檢測(cè)技術(shù)作為石化全產(chǎn)業(yè)鏈的重要質(zhì)量支撐，阿美特克將于2022年11月24日開展 “石油化工分析檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用” 為主題的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。

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直播間隨機(jī)抽獎(jiǎng)

本次研討會(huì)活動(dòng)將于2022年11月24日14：00 正式開始，我們邀請(qǐng)了阿美特克集團(tuán)旗下 5 大部門，5 位深耕石化分析檢測(cè)領(lǐng)域的專家，在阿美特克直播間分享技術(shù)干貨，敬請(qǐng)期待！

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ACQUITY APC自2013年推出以來，以其速度、分離度和應(yīng)用靈活性的提高，更清晰地展示低分子量段化合物的情況，更精細(xì)把控樣品狀態(tài)，更快速遞交可供決策的數(shù)據(jù)，解決了不少高分子分析遇到的難題。沃特世戰(zhàn)略合作伙伴“禾川化學(xué)”展示了他們?cè)诓牧戏治鲋械膽?yīng)用案例，快來一睹為快吧！

高分子與低分子同時(shí)測(cè)定

APC(GPC)可以同時(shí)分析而不必進(jìn)行預(yù)先分離，一般來說從高分子材料的分子量分布可以同時(shí)看到三個(gè)區(qū)域：

• 高分子 　

• 添加劑和齊聚物　

• 未反應(yīng)的單體和低分子的污染物

案例一

某熱熔膠樣：THF溶解后做APC測(cè)試(XT450、XT200、XT125)。

圖1.  熱熔膠的APC測(cè)試結(jié)果（THF流動(dòng)相）。

高分子材料中小分子的鑒別

和其他色譜方法一樣，APC(GPC)也可以用保留體積來鑒別中小分子物質(zhì)。

案例二

聚酯多元醇聚合反應(yīng)監(jiān)控，尤其小分子副產(chǎn)物部分。流動(dòng)相：THF、XT200、XT125、XT45。

選擇己二酸、丁二醇為單體合成的聚酯多元醇，將不同反應(yīng)時(shí)間，投料比微調(diào)整的3批次產(chǎn)品，選用APC做分子量分布測(cè)試。

圖2.  聚酯多元醇不同批次產(chǎn)品的APC測(cè)試結(jié)果（THF流動(dòng)相）。

在塑煉時(shí)分子量分布的變化（檢測(cè)橡膠）

在塑煉過程中定時(shí)取樣分析，結(jié)果如圖，隨時(shí)間的增加，高分子量組分裂解增加，GPC曲線向低分子量方向移動(dòng)，經(jīng)過25 min以后，高分子量組分幾乎完全消失。如果塑煉的目的就是消除該組分，那么25 min足夠了。通過GPC數(shù)據(jù)可以幫助工作人員確定塑煉時(shí)間。

控制聚合反應(yīng)的終點(diǎn)

用GPC對(duì)聚合物進(jìn)行中間反應(yīng)分析，使生產(chǎn)人員能在達(dá)到預(yù)定的單體/聚合物比后即時(shí)中止反應(yīng)。

案例三

TDI三聚體的合成，用APC表征其聚合程度，測(cè)試條件(XT45、XT45、XT125，流動(dòng)相THF，流速0.4 mL/min)。

市售的TDI三聚體，一般的NCO含量為22.0%，理想產(chǎn)物的分子量600 - 700。客戶自己合成的三聚體，NCO值18.5%，以五聚體為主（部分是5個(gè)TDI聚合生成兩個(gè)三元環(huán)），有少量七聚體，三聚體并不占主體。

圖3. 不同反應(yīng)時(shí)間取樣的APC測(cè)試圖（反應(yīng)未淬滅）。

圖4. 反應(yīng)6小時(shí)后GPC的測(cè)試結(jié)果。

圖5. 6小時(shí)后APC測(cè)試的分子量分布。

高分子材料老化過程研究

用APC(GPC)可以研究高分子材料在使用過程中的老化；多數(shù)聚合物加工時(shí)，必須加適量抗氧劑。

案例四

太陽能背板EVA膠老化前后分子量測(cè)試。流動(dòng)相：THF，0.5 mL/min, XT450+XT125+XT45。

老化前后對(duì)比，老化后出現(xiàn)一些中、低分子量的分布，說明EVA發(fā)生降解。

講座預(yù)告

近兩年，APC在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷更新。2月22日（周三）19:30 - 20:30，沃特世將基于目前熱點(diǎn)分析的可降解材料、再生塑料的分析領(lǐng)域，分享APC最 新應(yīng)用案例。歡迎掃描下方二維碼預(yù)約直播間， 報(bào)名成功后，您將收到會(huì)前提醒和會(huì)后回放。

掃描上方二維碼報(bào)名講座

12月5日，由TA儀器與沃特世主辦、材料人承辦的OLED技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用線上研討會(huì)取得圓滿成功。會(huì)議從OLED材料與柔性技術(shù)的研究進(jìn)展、制造工藝、表征技術(shù)及市場(chǎng)趨勢(shì)等方面進(jìn)行了深入探討。

會(huì)議直播部分概覽如下：

報(bào)告人：孟鴻

北京大學(xué)深圳研究生院講席教授，

博士生導(dǎo)師，特聘專家

報(bào)告人：李潤(rùn)明

TA儀器技術(shù)專家，上海交通大學(xué)材料學(xué)博士

報(bào)告人：蔡麒

沃特世大中華區(qū)材料科學(xué)市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理

報(bào)告人：段羽

吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師

全程錄像回看請(qǐng)掃描下方圖片二維碼

概念

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)是在ＤＮＡ芯片技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)。其原理是將大量不同的蛋白質(zhì)分子（如酶、抗原、抗體、受體、配體、細(xì)胞因子等）通過微陣列的形式有序排列在固相載體表面，利用蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)或者蛋白質(zhì)與其他分子之間的特異性結(jié)合，獲得與之特異性結(jié)合的待測(cè)蛋白（如血清、血漿、淋巴、間質(zhì)液、尿液、滲出液、細(xì)胞溶解液、分泌液等）的相關(guān)信息，便于我們分析未知蛋白的組分、序列，體內(nèi)表達(dá)水平、生物學(xué)功能、與其他分子的相互調(diào)控關(guān)系、藥物篩選、藥物靶位的選擇等。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)，為我們提供了一種比傳統(tǒng)的凝膠電泳、Western blot和Elisa更為方便和快速研究蛋白質(zhì)的方法。該方法具有高通量，微型化和快速平行分析等優(yōu)點(diǎn)，不僅對(duì)基礎(chǔ)分子生物學(xué)的研究產(chǎn)生重要影響，也在臨床診斷、療 效分析、藥物篩選及新藥研發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

特點(diǎn)

①蛋白芯片具有高特異性、重復(fù)性、準(zhǔn)確性。這是由抗原抗體之間、蛋白與配體之間的特異性結(jié)合決定的。

②蛋白芯片具有高通量和操作自動(dòng)化的特點(diǎn)，在一次實(shí)驗(yàn)中可對(duì)上千種目標(biāo)蛋白同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，效率極高。

③可發(fā)現(xiàn)低豐度、小分子量蛋白質(zhì)，并能測(cè)定疏水蛋白質(zhì)，特別是膜蛋白質(zhì)。

④蛋白芯片具有高靈敏性，只需0.5-5μL樣品，或2000個(gè)細(xì)胞即可檢測(cè)。

蛋白芯片技術(shù)在分子生物學(xué)及生物化學(xué)基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用

01 在蛋白質(zhì)水平上檢測(cè)基因的表達(dá)

由于基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA數(shù)量并不能準(zhǔn)確反映基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)的質(zhì)與量，因此在蛋白質(zhì)水平上檢測(cè)基因的表達(dá)對(duì)于了解基因的功能非常重要。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)產(chǎn)生前，蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)是蛋白質(zhì)組規(guī)模上進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)研究的僅有方法，但這種技術(shù)操作繁瑣而且難以快速檢測(cè)樣品中成百上千種蛋白質(zhì)的表達(dá)變化。蛋白質(zhì)芯片的特異性、靈敏性和高通量等特點(diǎn)，在檢測(cè)基因表達(dá)終產(chǎn)物蛋白質(zhì)譜的構(gòu)成及變化中發(fā)揮著不可替代的作用。

02 高通量篩選抗原/抗體相互作用

目前蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)利用最廣泛的生物分子相互作用是抗原抗體的特異性識(shí)別和結(jié)合，單克隆抗體是蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)中使用最廣泛的生物分子。運(yùn)用蛋白質(zhì)芯片可以研究不同抗原/抗體的特異性作用，而且對(duì)于檢測(cè)樣品中極微量的抗原/抗體分子作用非常有利。

03 蛋白質(zhì)/蛋白質(zhì)相互作用分析

酵母雙雜交系統(tǒng)是近年來基因組規(guī)模上研究蛋白質(zhì)相互作用的主要方法，但存在體內(nèi)操作、假陽性、假陰性和外源蛋白質(zhì)折疊、修飾等局限。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)不依靠任何生物有機(jī)體而在體外直接檢測(cè)目標(biāo)蛋白質(zhì)，實(shí)驗(yàn)條件可隨意控制，同時(shí)實(shí)驗(yàn)步驟自動(dòng)化程度高，一次分析的蛋白質(zhì)數(shù)量巨大，因而成為目前除酵母雙雜交系統(tǒng)外進(jìn)行大規(guī)模研究蛋白質(zhì)相互作用的主要方法。

04 酶/底物作用分析

耶魯大學(xué)的Snyder小組用蛋白芯片對(duì)酵母基因組編碼的119種蛋白激酶的底物專一性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)中將蛋白激酶表達(dá)為谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）融合蛋白，針對(duì)17種不同的底物，平行測(cè)定了119種GST2蛋白激酶融合蛋白的底物專一性，發(fā)現(xiàn)了許多新的酶活性，大量蛋白激酶可以對(duì)酪氨酸進(jìn)行磷酸化，而這些激酶在催化區(qū)域附近有共同的氨基酸殘基。也證明了蛋白質(zhì)芯片可作為高通量篩選酶-底物作用的良好平臺(tái)。

蛋白芯片的檢測(cè)目前蛋白芯片的檢測(cè)主要有兩種方式。一種是以質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ)的直接檢測(cè)法，采用表面增強(qiáng)激光解析離子化-飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)，用激光解析電離的方法將保留在芯片上的蛋白質(zhì)解離出來。具體過程為：芯片經(jīng)室溫干燥后，加能量吸附因子如芥子酸，使其與蛋白質(zhì)結(jié)合成混合晶體，以促進(jìn)蛋白質(zhì)在飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測(cè)中的解析和離子化，利用激光脈沖輻射使芯池中的分析物解析成荷電粒子，根據(jù)不同質(zhì)荷比離子在儀器場(chǎng)中的飛行時(shí)間長(zhǎng)短不一，通過飛行時(shí)間質(zhì)譜來精確地測(cè)定出蛋白質(zhì)的質(zhì)量，并由此繪制出一張質(zhì)譜來，以分析蛋白質(zhì)的分子量和相對(duì)含量。另一種為蛋白質(zhì)標(biāo)記法，樣品中的蛋白質(zhì)預(yù)先用熒光染料或同位素等標(biāo)記，結(jié)合到芯片上的蛋白質(zhì)就會(huì)發(fā)出特定的信號(hào)，用CCD照相技術(shù)及熒光掃描系統(tǒng)等對(duì)激發(fā)的熒光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。與飛行時(shí)間質(zhì)譜相比，該方法定量更加準(zhǔn)確，操作也更加簡(jiǎn)便。與DNA芯片一樣，蛋白質(zhì)芯片同樣蘊(yùn)含著豐富的信息量，必須利用專門的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像分析、結(jié)果定量和解釋。其中應(yīng)用最廣的是熒光染料標(biāo)記法，原理較為簡(jiǎn)單、使用安全、靈敏度高，且有很好的分辨率?？芍苯佑?b>廣州博鷺騰 GelView 6000Plus進(jìn)行拍攝。

GelView 6000Plus智能圖像工作站

GelView 6000Plus 配備600萬像素科學(xué)級(jí)制冷CCD相機(jī)，制冷溫度為環(huán)境溫度下 55℃，極低的暗電流，很大程度降低背景干擾。而且獨(dú)有的紅外感應(yīng)開關(guān)，自動(dòng)控制樣品臺(tái)的開啟與關(guān)閉，同時(shí)也減少了實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)儀器的污染。