膠或明膠濃度和分子量分布的測(cè)試方法

1、膠或明膠濃度和分子量分布的測(cè)試方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種測(cè)試溶液中、特別是銅電解液中少量存在的（動(dòng)物）膠或明膠 的濃度和分子量分布的方法。特別是，要發(fā)明涉及一種使得測(cè)試分子量小至2500 以下的組分的濃度和分子量分布成為可能的測(cè)試方法。背景技術(shù)在粗銅的電解精煉或銅箔的生產(chǎn)中所用的電解液經(jīng)常含有少量的（動(dòng)物）膠或 明膠（下文中有時(shí)概括地統(tǒng)稱為膠）作為一種添加劑。電解液中的膠有來(lái)控制電沉 積銅比如銅箔的物理性能，例如機(jī)械強(qiáng)度、表面晶體結(jié)構(gòu)、粗糙度以及硬度。為 了生產(chǎn)出穩(wěn)定質(zhì)量的產(chǎn)品，控制電解液中的膠濃度非常重要。據(jù)說(shuō)膠的分子尺寸對(duì)銅的電沉積是有影響的。再說(shuō)，在高濃度硫酸和電解作用 下，膠很快分解成

2、低分子量的成分。由于這些原因，知道膠的分子量分布也很重要。迄今提出的用來(lái)測(cè)量銅電解液中少量膠濃度的方法包括電化學(xué)技術(shù)，例如：一 種方法包括測(cè)量極化強(qiáng)度（例如見(jiàn)日本特開(kāi)平8-304338），還有一種方法包括沉淀 少量的銅到旋轉(zhuǎn)電極上然后再溶解銅，還有一種染料吸附方法包括在濾紙上收集 膠，用一種染料將膠染色，然后測(cè)試吸光度（例如見(jiàn)特開(kāi)6-337247）然而，諸如8-304338所述那樣的電化學(xué)方法易受共存物質(zhì)的影響。6-337247 所教示的染料吸附方法的缺點(diǎn)在于，具有20，000以下分子量的膠不可能被定量收 集。另外，迄今所提出的方法沒(méi)有一個(gè)能提供膠的分子量分布信息。而且，許多傳 統(tǒng)的測(cè)試方法是

3、在電解液中電解質(zhì)組分共存的條件下進(jìn)行的，或者即使在測(cè)試前先 對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理以除去電解液中電解質(zhì)成分，這樣的預(yù)處理是費(fèi)時(shí)的，并且很可 能同時(shí)發(fā)生膠分解。因此，這些方法在分析條件下是難以正確評(píng)價(jià)膠的存在狀態(tài)。在電解液中的主要成分硫酸銅的影響下，測(cè)試膠的低分子量部分被認(rèn)為很困 難。然而這樣低分子量的膠由于對(duì)銅箔等的物理性質(zhì)有影響而受到關(guān)注，因此開(kāi)發(fā) 這樣一種測(cè)試方法迫在眉睫。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種測(cè)試溶解在溶液中的膠明膠，特別是低分子量 （ 2500）的（動(dòng)物）膠或明膠的濃度和分子量分布的有效方法。作為研究的結(jié)果，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)將高效液相色譜（下文中簡(jiǎn)稱 “HPLC”）和柱轉(zhuǎn)換技

4、術(shù)結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)上述目的。在上述發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種測(cè)試包含在電解液中的膠可明膠濃度 和分子量分布的方法，其包括結(jié)合使用柱轉(zhuǎn)換HPLC。在發(fā)明的方法使得測(cè)試溶液中的膠或明膠，特別是低分子量的膠或明膠的濃度 和分子量分布成為可能，它將對(duì)找出電解或電鍍的最適宜條件非常有益，從而對(duì)生第1頁(yè)共9頁(yè)研發(fā)部文件 產(chǎn)的銅箔的諸如伸長(zhǎng)性、抗張強(qiáng)度、粗度先進(jìn)、等類似的物理性質(zhì)實(shí)現(xiàn)有效的控制。 附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是表示本發(fā)明的測(cè)試方法的一個(gè)實(shí)例的流程圖。圖2是表示本發(fā)明的測(cè)試方法中所用的儀器的示意圖。圖3是實(shí)施例1中銅電解精煉所用的電解液的色譜圖。圖4是從圖3的色譜圖得到的膠的分子量分布。圖5是實(shí)施例2

5、中的銅電解液的色譜圖。圖6是實(shí)施例2中所用的膠分子量校正曲線。圖7是表示測(cè)試實(shí)施例1中膠濃度和銅箔抗張強(qiáng)度之間的關(guān)系圖。本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明中，溶液中特別是電解液中的膠的濃度和分子量分布通過(guò)用HPLC、特 別是凝膠滲透色譜（下文中簡(jiǎn)稱“GPC”）進(jìn)行測(cè)試。圖1中的流程圖表示了本測(cè) 試方法的一個(gè)例子。在圖1中，含膠的溶液被用作試樣。尤其優(yōu)選采用銅箔行產(chǎn)中的銅電解液。其 他用途的銅電解液和其它電解液也可以采用。同時(shí)，本測(cè)試方法也適用于銅電鍍?cè)?或其他電鍍?cè)?。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，使用含有3體積以上的乙臘和97體積以下的濃度 為0.002到0.01M的稀硫酸的混合溶液作為流動(dòng)相。通過(guò)使用這種流動(dòng)相

6、，陰止了 膠吸附到柱子中尺寸排除模式的吸附劑上，保證了測(cè)試的精確性。如果乙臘的濃度 少于3% （體積），阻止膠吸附的效果不夠。足夠高的乙臘濃度使效果保持較好，但 是太高的乙臘濃度會(huì)負(fù)面影響柱子中尺寸排除模式的吸附劑。優(yōu)選的乙臘濃度是 5%20% （體積）令人滿意的是，用排除極限為2500以下的尺寸排除模式的填料填充的一個(gè)柱 子作為預(yù)處理柱（A）在預(yù)處理柱（A）中，膠和試樣（電解液）中的電解質(zhì) 組分分開(kāi)，然后膠進(jìn)一步被送到分離柱（B），而電解質(zhì)組分流出體系。預(yù)處理 柱（A）的一個(gè)例合適例子包括一個(gè)聚醚醚酮（下文中簡(jiǎn)稱“PEEK”）柱子， 內(nèi)徑7.5mm，長(zhǎng)250mm，填充SephadexG-15

7、填料（顆粒尺寸：66um以下； 排除極限：1500； Pharmacia Biosystems 公司產(chǎn)品）。既然試樣中大于填料最大孔徑的溶質(zhì)不能被填料抓住，也就是排除了吸附，它們則不能 從試樣的基體組分中被分開(kāi)。這個(gè)排除分子量的極限被稱用排除極限，它代表了在GPC 上能從基體組分中被分開(kāi)的分子量的上限。在分離柱（B）中優(yōu)選用排除極限為10000以上的尺寸排除模式的填料。當(dāng)通過(guò)分離柱（B）， 溶液中的膠按照分子量的大小被分離開(kāi)，并按分子量遞減的順序流出。合適的分離柱的 例子包括：SHODEX PROTEIN KW-802.5 （排除極限：50000；內(nèi)徑：8mm ;長(zhǎng)度：300mm： 昭和電工有

8、限公司產(chǎn)品），Asahipak GS-320HQ （排除極限：40000；內(nèi)徑：7.6mm;長(zhǎng)度： 300mm;昭和電工有限公司產(chǎn)品），以及Ohpak SB-803HQ （排除極限：100000；內(nèi)徑：8mm；長(zhǎng)度：300mm;昭和電工有限公司產(chǎn)品）。優(yōu)選的是用二個(gè)以上分離柱串聯(lián)以增加膠從銅離子和硫酸根離子中的分離效率。分離柱 中可以用的填料包括二氧化硅、羧基化的聚乙烯醇和聚羥基丙烯酸酯。從分離柱中流出的膠在一個(gè)檢測(cè)器中被檢測(cè)，比如吸光度檢測(cè)器。流出的膠的濃度和平 均分子量可以分別由峰面積和流出時(shí)間計(jì)算得到。更明確地說(shuō)，濃度是通過(guò)運(yùn)用校正曲 線來(lái)確定的，校正曲線是通過(guò)在相同的條件下測(cè)量已知濃度

9、的膠水溶液的峰面積來(lái)得到 的。分子量分布是運(yùn)用代表分子量和流出時(shí)間之間關(guān)系的校正曲線來(lái)確定的，該校正曲 線是通過(guò)對(duì)已知分子量的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)進(jìn)行同樣分析，然后將流出時(shí)間和分子量作圖來(lái)得 到的。本發(fā)明中的測(cè)試電解液中膠的濃度和分子量分布的方法將在下面作詳細(xì)描述。象前面提 到的一樣，該方法是HPLC和柱轉(zhuǎn)換相結(jié)合使用而成的。該方法優(yōu)選按如下方式實(shí)現(xiàn)。（a）可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)該測(cè)試的儀器包括：一個(gè)溶液輸送泵；一個(gè)六通閥；一人連接在溶 液輸送泵和六通閥第一連結(jié)口之間的進(jìn)樣器；一個(gè)連接在六通閥第二連結(jié)口上的 預(yù)處理柱；一個(gè)連接在預(yù)處理柱和六通閥第五連結(jié)口間的第一檢測(cè)器；一個(gè)連接 在六通閥第六連結(jié)口上的分離柱；一個(gè)

10、連接在分離柱和六通閥第三連結(jié)口間的第 二檢測(cè)器；一個(gè)根據(jù)第二檢測(cè)器出來(lái)的信息得到膠濃度和分子量分布的數(shù)據(jù)處理 器；一個(gè)連接在六通閥第四連結(jié)口上的排液管；以及一個(gè)保持預(yù)處理柱和分離柱 在恒定溫度的恒溫箱。（b）一種含有3體積以上的乙臘和97體積以下的稀硫酸的混合溶液被用作流動(dòng)相。（c）一種排除極限為2500以下的尺寸排除模式的填料被用來(lái)作為預(yù)處理柱的填料。（d）一種排除極限為10000以上的尺寸排除模式的填料被用作分離柱的填料。（e）少量含有膠的電解液被注入到進(jìn)樣器中，并被輸送到預(yù)處理柱中。（f）在預(yù)處理柱中，電解液被分成膠和電解質(zhì)組分。膠繼續(xù)被輸送到分離柱中，而電 解質(zhì)組分被排出至體系之外。（

11、g）在分離柱中，膠按照分子量的大小被分離開(kāi)并在第二檢測(cè)器中檢測(cè)。檢測(cè)數(shù)據(jù)處 理器中處理，以得到膠濃度和分子量分布。本發(fā)明的測(cè)試方法參照?qǐng)D2進(jìn)一步進(jìn)行了描述，圖2示意性地表示用在本發(fā)明方法中的 儀器。所示的儀器包括一個(gè)溶液輸送泵1； 一個(gè)通閥3； 一個(gè)連接在溶液輸送泵1和六通 閥3第一連結(jié)口 4之間的進(jìn)樣器2； 一個(gè)連接在六通閥3第二連結(jié)口 5上的預(yù)處理柱10； 一個(gè)連接在預(yù)處理柱10和六通閥3第五連結(jié)口 8間的第一檢測(cè)器11； 一個(gè)連接在六通閥 3第六連結(jié)口 9上的分離柱12； 一個(gè)連接在分離柱12和六通閥3第三連結(jié)口 6間的第二 檢測(cè)器13； 一個(gè)根據(jù)第二檢測(cè)器13出來(lái)的信息得到膠濃度和分子

12、量分布的數(shù)據(jù)處理器 （圖中未顯示出）；一個(gè)連接在六通閥3第四連結(jié)口 7上的排液管14； 一個(gè)保持預(yù)處理柱 10和分離柱12在恒定溫度的恒溫箱15；以及一個(gè)流動(dòng)相槽16。這些單元通過(guò)用PEEK 或特氟隆制造的管子組成的管道系統(tǒng)互相連接。含有作為PH值緩沖液的磷酸緩沖液和作為中性鹽的氯化鈉的流動(dòng)相是尺寸排除色譜常 第3頁(yè)共9頁(yè)研發(fā)部文件 用的一種流動(dòng)相。然而，如果用這種流動(dòng)相進(jìn)行含有膠的電解液的尺寸排除色譜，部分 膠將被柱子中的尺寸排除模式的填料吸附，導(dǎo)致準(zhǔn)確測(cè)量的失敗。然而另一方面，當(dāng)用 一種含有97體積以下的稀硫酸和3體積以上的乙臘的混合溶液作流動(dòng)相，可以避免 膠被尺寸排除模式的填料吸附，因此

13、達(dá)到準(zhǔn)確的測(cè)量。用預(yù)處理柱的目的是除去在電解液中共存的電解質(zhì)組分。測(cè)試膠濃度和分子量分布的目 的是想知道那些對(duì)向電解液中添加膠有效的分子量范圍的膠的量。因此，預(yù)處理柱中所 用的尺寸排除模式的填料的排除極限是由膠的有效分子量范圍的下限和共存的電解質(zhì)組 分的分子量決定的。如前所述，預(yù)處理柱中尺寸排除模式填料的排除極限通常是2500以 下，例如：1500。用分離柱的目的是測(cè)試存在于電解液中的少量膠的濃度和分子量的分布。因此，分離柱 中所用的尺寸排除模式填料的排除極限決定于電解液中膠的有效分子量范圍的上限。如 前所述，分離柱中尺寸排除模式填料的排除極限通常是10000以上，例如：50000。可以用在本

14、發(fā)明中的檢測(cè)器包括那些HPLC中常用的檢測(cè)器，用它們膠可以被檢測(cè)到毫 克/每升級(jí)，例如：吸光度檢測(cè)器。可以用在本發(fā)明中的數(shù)據(jù)處理器沒(méi)有特別限制，包括任何裝備計(jì)算功能的數(shù)據(jù)處理器， 以根據(jù)檢測(cè)器出來(lái)的信息獲得膠的濃度和分子量分布。利用上述儀器開(kāi)始測(cè)試時(shí)，六通閥3的第一連結(jié)口 4和第二連結(jié)口 5連接，第五連結(jié)口 8 和第六結(jié)口9相連接，以及第三連結(jié)口6和第四連結(jié)口7相連接。在這個(gè)階段，通過(guò)溶 液輸送泵1使用使含有例如0.005M體積比為95： 5的硫酸和乙臘的流動(dòng)相從流動(dòng)相槽 16中流出，流動(dòng)順序?yàn)檫M(jìn)樣器2六通閥3一預(yù)處理柱10第一檢測(cè)器11一六通閥3- 分離柱12第二檢測(cè)量器13六通閥3一排液管

15、14。當(dāng)流動(dòng)相在系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)，200 ul 含有膠的電解液，或者按原樣或者用純水稀釋到200ul，加入到進(jìn)行器2中，電解液流進(jìn) 裝有排除極限為2500以下的水性的尺寸排除模式填料的預(yù)處理10，例如：一根聚醚醚酮 PEEK 柱子，內(nèi)徑 7.5mm，長(zhǎng) 250mm，填充 SephadexG-15 填料（排除極限：1500； PharmaciaBiosystems公司產(chǎn)品），在此，電解質(zhì)按照尺寸排除色譜的分離原理被分開(kāi)。結(jié)果， 具有高分子量的膠先流出，接著流出低分子量的電解質(zhì)組分。從預(yù)處理10流出的膠和電解液組分通過(guò)第一檢測(cè)11檢測(cè)，例如，在波長(zhǎng)210nm處 的吸光度檢測(cè)器。在膠進(jìn)入分離柱12之后，

16、大量電解液組分進(jìn)入分離柱12之前，六通 閥3被轉(zhuǎn)換以分別使第一連結(jié)口 4和第六連結(jié)口 9連接，第三連結(jié)口 6和第二結(jié)口 5連 接，以及第五連接結(jié)口 8和第四連結(jié)口 7連接。在這個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束階段，流動(dòng)相按照以下 順序流動(dòng)：槽16進(jìn)樣器2六通閥 i分離柱12 第二檢測(cè)器 H 六通閥3 預(yù)處理柱10一 第一檢測(cè)器11 六通閹冊(cè) 排液管14并且電解質(zhì)組分通過(guò)管道14 流出體系。分離柱12用的是一裝有排除極限為10000以上的水性的尺寸排除模式填料的 柱子，例如：SHODEX PROTEIN KW-802.5的柱子（排除極限：50000；內(nèi)徑：8mm；長(zhǎng)度：300mm;昭和電工有限公司產(chǎn)口）。進(jìn)入到分離柱

17、12的膠按照分子量的大小和分子 量分布分離開(kāi)，然后流出。流出的膠通過(guò)第二檢測(cè)器檢測(cè)，例如，在波長(zhǎng)210nm處的吸 第4頁(yè)共9頁(yè)研發(fā)部文件 光度檢測(cè)器。根據(jù)檢測(cè)器數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理器計(jì)算出膠的濃度和分子分布。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)膠在裝配于分離柱前的預(yù)處理柱中的流動(dòng)相中流動(dòng)時(shí)，膠可以從電解 質(zhì)組分中自動(dòng)被分離開(kāi)。這就消除了在進(jìn)行測(cè)試之前對(duì)電解液進(jìn)行初步預(yù)處理的必要， 并且結(jié)果導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程中的膠的分解降到最小程度。由于大量共存的電解液組分通過(guò)轉(zhuǎn) 換六通閥而被排出測(cè)試系統(tǒng)，共存物質(zhì)的影響可以減小。分離柱的工作提供了膠分子量 分布以及濃度的信息，這使檢測(cè)膠隨時(shí)間的分解進(jìn)程成為可能。本發(fā)明的方法使我們可能測(cè)試在各

18、種電解液和電鍍?cè)≈猩倭浚ê量嗣可?jí)）膠的濃度 和分子量分布。例如，在分析銅電解液中，該方法使用權(quán)得測(cè)量分子量至790以上的膠 的濃度和分子分布是可行的。這將顯示出迄今為止為不可測(cè)的的低分子量（如790到 2500）膠組分對(duì)電沉積銅箔物理性質(zhì)的影響，例如高溫伸長(zhǎng)性，粗度以及抗張強(qiáng)度。這 樣顯示出的信息可以利用來(lái)進(jìn)行某些情況應(yīng)當(dāng)對(duì)流動(dòng)相組成進(jìn)行必要的變更，預(yù)處理柱 和分離柱中的種類也要進(jìn)行必要的變化，并且根據(jù)試樣中膠的分子尺寸優(yōu)選柱子。下面將參照實(shí)施例如測(cè)試?yán)袑?duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解到本發(fā)明并不 局限于下面所解釋的。實(shí)施例1從銅電解精煉中所用的銅電解液中抽取一試樣，取樣后立即用純水稀

19、釋二倍。試樣（稀 釋的）保存在冰箱在冰箱中直到分析。用圖2所于的儀器進(jìn)行分析，其中：流動(dòng)相：0.005M硫酸/乙臘體積比為95/5溶液。預(yù)處理柱：聚醚醚酮PEEK柱子（內(nèi)徑：7.5mm，長(zhǎng)：250mm）填充Sephadex G-15 填料（顆粒尺寸：小于等于66微米，排除極限：1500Pharmacia Biosystems公司產(chǎn)品）。分離柱：SHODEX PROTEIN KW-802.5柱子（排除極限：50000，內(nèi)徑8mm，長(zhǎng)度為 300mm，昭和電工有限公司產(chǎn)口）。兩根柱子恒溫在25度。流動(dòng)相以恒定流速0.6mm/min輸送到體系中，當(dāng)基線穩(wěn)定后， 將200微升試樣注入到進(jìn)樣器中并流入預(yù)處理柱中。膠首先流出。當(dāng)銅離子開(kāi)始流出， 轉(zhuǎn)換六通閥結(jié)果使隨后含有銅離子的流體進(jìn)入分離柱，在這里明膠按照分子量的大小被 分開(kāi)。流出的膠用一個(gè)測(cè)試波長(zhǎng)在210納米處的吸光度檢測(cè)器檢測(cè)。檢測(cè)器出來(lái)的信號(hào) 被輸入數(shù)據(jù)處理器的內(nèi)存，它能借助于預(yù)先做好的分子量校正曲線和濃度曲線進(jìn)行GPC 計(jì)算以得到分子量分布和濃度。各種平均分子量，如數(shù)均分子量和重均分子量，可以從 如此得到的分子量分布曲線中計(jì)算出。對(duì)試樣進(jìn)行分析得到的色譜圖如圖3所示。從色譜圖得出的膠的分子量分布見(jiàn)圖4所 于。通過(guò)剛剛在銅離子流出前的膠的峰面積得出具