TW202212305A - 極性有機溶劑之精製方法、極性有機溶劑之精製裝置、分析方法及精製極性有機溶劑之製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種極性有機溶劑之精製方法,其特徵為具有:加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑。根據本發明,可提供極性有機溶劑中之離子性雜質之去除性優良的極性有機溶劑之精製方法,此外,可提供極性有機溶劑中之離子性雜質之去除性優良且精製效率高的極性有機溶劑之精製方法。
Description
本發明係關於用以得到降低了離子性雜質含量的高純度之極性有機溶劑之極性有機溶劑之精製方法,及用以實施該精製方法之極性有機溶劑之精製裝置。此外,係關於使用精製極性有機溶劑的分析方法及精製極性有機溶劑之製造方法。
有機溶劑中的微量金屬分析,係使用ICP-MS。以ICP-MS分析測定對象之有機溶劑中之金屬時,係將添加了已知濃度的標準液以和測定對象同種類之有機溶劑之空白溶液分成數階段稀釋並製作檢量線。
在該檢量線之製作中,係將測定對象之有機溶劑中之金屬濃度設定成包含在檢量線濃度範圍內。如此之方法稱作絕對檢量線法,重要的是在空白溶液中不含有測定對象之金屬。因為若空白溶液中之金屬濃度高的話,背景濃度會變高,定量下限值會上升。
因此,在利用ICP-MS所為之有機溶劑中之微量金屬分析中使用的空白溶液中之金屬雜質含量要求需為1ppt以下。
此外,半導體製造步驟中,由於清洗使用的異丙醇(IPA)中所含有的金屬雜質很可能對於晶圓方面產生不良影響,必需將IPA中之雜質含量減低至ppt等級或1ppt以下。
就精製有機溶劑之方法而言,例如,專利文獻1中揭示一種用以從水解性有機溶劑去除離子性污染物質之方法,包含:使上述水解性有機溶劑接觸含有陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂的離子交換樹脂之混床之步驟,上述陰離子交換樹脂係選自弱鹼性陰離子交換樹脂。
此外,專利文獻2中揭示一種用以從親水性有機溶劑去除離子性污染物質之方法,上述方法包含:使上述親水性有機溶劑接觸含有陽離子性離子交換樹脂及陰離子性離子交換樹脂的離子交換樹脂之混床之步驟;(a)上述陽離子性離子交換樹脂為具有40~55重量%之保水力的氫(H)型強酸陽離子性離子交換樹脂,(b)上述陽離子性離子交換樹脂及上述陰離子性離子交換樹脂之兩者,具有0.001~0.1cm
3/g之多孔性、0.001~1.7nm之平均孔徑、及0.001~10m
2/g之BET表面積。
專利文獻1及專利文獻2,係藉由使有機溶劑接觸含有陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂之離子交換樹脂之混床來進行有機溶劑之精製。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2019-509165號公報
[專利文獻2]日本特表2019-509882號公報
[發明所欲解決之課題]
然而,專利文獻1及專利文獻2中記載之方法,雖然能夠進行有機溶劑中之金屬雜質之去除,但仍有需要更加高純度化之情形。特別是極性有機溶劑,由於係用於半導體製造步驟中的晶圓之清洗劑、乾燥劑等,變得必需更加高純度化。因此,需要金屬雜質之去除性更優良之極性有機溶劑之精製方法。
此外,由於離子性雜質在有機溶劑中之擴散速度小,此外,與離子交換樹脂之離子交換反應之反應速度亦小,故使用離子交換樹脂來進行有機溶劑中之離子性金屬雜質之去除時,相較於去除水中之離子性雜質時,去除性會變低。
或者,由於離子性雜質在有機溶劑中之擴散速度小,此外,與離子交換樹脂之離子交換反應之反應速度亦小,故去除有機溶劑中之離子性金屬雜質時,相較於去除水中之離子性金屬雜質時,必需將向離子交換樹脂之通液速度設定成小。例如,使用了強酸性陽離子交換樹脂的處理之情形,難以用與水中相同的流速得到相同的金屬去除率。因此,為了使用離子交換樹脂精製有機溶劑中之離子性金屬雜質,必須將向離子交換樹脂之通液速度設定成小,故有精製效率低的問題。
因此,本發明之第一目的,在於提供極性有機溶劑中之離子性雜質之去除性優良之極性有機溶劑之精製方法及精製極性有機溶劑之製造方法。此外,本發明之第二目的,在於提供極性有機溶劑中之離子性雜質之去除性優良且精製效率高的極性有機溶劑之精製方法及精製極性有機溶劑之製造方法。
[解決課題之手段]
基於如此之技術背景,本案發明者等經過重複潛心研究之結果,發現藉由在極性有機溶劑中添加水後使其接觸離子交換樹脂,相較於不添加水之情形,離子性金屬雜質之去除性提高,乃完成本發明。
即,本發明(1),係提供一種極性有機溶劑之精製方法,其特徵為具有下列步驟:
加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及
精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑。
此外,本發明(2),係提供如(1)之極性有機溶劑之精製方法,其中,添加水之前的上述極性有機溶劑中之含水量為200質量ppm以下。
此外,本發明(3),係提供如(1)或(2)之極性有機溶劑之精製方法,其中,上述加水步驟中,係在上述添加了水的極性有機溶劑中之含水量成為0.01~20.0質量%之範圍內,在上述極性有機溶劑中添加水。
此外,本發明(4),係提供如(1)~(3)中任一項之極性有機溶劑之精製方法,其中,上述離子交換體係陽離子交換體、陰離子交換體及H形螯合物交換體中之1種以上。
此外,本發明(5),係提供如(1)~(4)中任一項之極性有機溶劑之精製方法,上述極性有機溶劑係醇類、酯化合物、醚化合物及聚醚化合物中之任1種或此等中之1種以上之混合溶劑。
此外,本發明(6),係提供如(1)~(5)中任一項之極性有機溶劑之精製方法,其中,上述極性有機溶劑係在25℃下每100.0g可溶解1.0g以上之水之溶劑。
此外,本發明(7),係提供如(1)~(6)中任一項之極性有機溶劑之精製方法,其中,上述精製極性有機溶劑係,在使用ICP-MS的金屬濃度分析中使用之溶劑。
此外,本發明(8),係提供一種極性有機溶劑之精製裝置,具有:填充了離子交換體的離子交換體之填充部;
水添加部,用以在極性有機溶劑中添加水;及
極性有機溶劑供給部,用以將藉由該水添加部添加了水的該極性有機溶劑,供給至該離子交換體之填充部。
此外,本發明(9),係提供如(8)之極性有機溶劑之精製裝置,其中,接液部係由氟系樹脂形成或經氟系樹脂塗佈。
此外,本發明(10),係提供一種分析方法,其特徵為具有下列步驟:
加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;
精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑;及
檢量線製作步驟,使用該精製極性有機溶劑作為稀釋溶劑而製作檢量線。
此外,本發明(11),係提供一種精製極性有機溶劑之製造方法,其特徵為具有下列步驟:
加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及
精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑。
此外,本發明(12),係提供如(11)之精製極性有機溶劑之製造方法,其中,上述精製極性有機溶劑係使用ICP-MS的金屬濃度分析用之稀釋液。
[發明之效果]
根據本發明,可提供極性有機溶劑中之離子性雜質之去除性優良之極性有機溶劑之精製方法及精製極性有機溶劑之製造方法。此外,根據本發明,可提供極性有機溶劑中之金屬雜質之去除性優良,且精製效率高之極性有機溶劑之精製方法及精製極性有機溶劑之製造方法。此外,根據本發明,可提供測定精度高之分析方法。
本發明之極性有機溶劑之精製方法,其特徵為具有下列步驟:
加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及
精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑。
本發明之極性有機溶劑之精製方法之加水步驟,係在極性有機溶劑中添加水之步驟。
加水步驟中,添加水的極性有機溶劑,係在本發明之極性有機溶劑之精製方法中被精製的被處理液。
本發明之極性有機溶劑之精製方法之極性有機溶劑,若是具有極性且能夠溶解水之溶劑,並無特別限制,例如可舉例異丙醇、甲醇、乙醇、丙醇等醇類、丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)等酯化合物、丙二醇單甲醚(PGME)等醚化合物、聚醚化合物及此等中之1種以上之混合溶劑。另外,就此等中之1種以上之混合溶劑而言,例如可舉例如2種以上之醇類之混合溶劑、2種以上之酯化合物之混合溶劑、2種以上之醚化合物之混合溶劑般相同類別之溶劑之中之2種以上之混合溶劑;例如可舉例如1種以上之醇類及1種以上之酯化合物之混合溶劑般混合了至少2種不同類別之溶劑之混合溶劑。極性有機溶劑,可為質子性之極性有機溶劑,亦可為非質子性之有機溶劑。
極性有機溶劑,含有:Na、K、Li等1價之離子性金屬雜質;Cr、As、Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn等2價以上之離子性金屬雜質,作為金屬雜質。
極性有機溶劑中之各金屬雜質之含量,並無特別限制,一般來說,約為100質量ppb~20質量ppt。
本發明之極性有機溶劑之精製方法,只要是雖少量仍能夠溶解水之溶劑,便可產生效果,極性有機溶劑宜為在25℃下每100.0g可溶解1.0g以上之水之溶劑。
本發明之極性有機溶劑之精製方法之加水步驟中,在極性有機溶劑中添加的水,並無特別限制,由於離子性雜質之含量越少,離子交換體之負荷變得越少,故為適宜。加水步驟中,在極性有機溶劑中添加的水,可舉例金屬雜質含量為3ng/L以下之純水、金屬雜質含量為1ng/L以下之超純水,此等之中,以超純水為佳。
本發明之極性有機溶劑之精製方法,在加水步驟中,添加水之前的極性有機溶劑之含水量,並無特別限制。本發明之極性有機溶劑之精製方法,由於適合用於要求高純度的溶劑之精製,故在要求如此之高純度的溶劑之精製中,作為處理對象之極性有機溶劑大多為水之含量少者,在此情形,添加水之前的極性有機溶劑之含水量,宜為200質量ppm以下。此外,本發明之極性有機溶劑之精製方法,由於對於即使水之含量多的極性有機溶劑之精製亦可產生效果,故在如此之溶劑之精製中,作為處理對象之添加水之前的極性有機溶劑之含水量,例如為200質量ppm~1.0質量%。
本發明之極性有機溶劑之精製方法,在加水步驟中,藉由在作為處理對象之極性有機溶劑中添加水,金屬雜質在極性有機溶劑中變得容易離子化,官能基變得容易解離,經由離子交換反應去除之離子量增加,故金屬雜質向離子交換體之吸附量變多。因此,在加水步驟中,若在極性有機溶劑中添加水便可產生效果,故在極性有機溶劑中添加的水之量並無特別限制,關於在加水步驟中在極性有機溶劑中添加的水之量,宜在添加了水的極性有機溶劑中之含水量成為0.01~20.0質量%之範圍內,在極性有機溶劑中添加水;較宜在添加了水的極性有機溶劑中之含水量成為0.01~10.0質量%之範圍內,在極性有機溶劑中添加水;特宜在添加了水的極性有機溶劑中之含水量成為0.10~5.0質量%之範圍內,在極性有機溶劑中添加水。即,加水步驟中,添加了水之後的極性有機溶劑中之含水量宜為0.01~20.0質量%,較宜為0.01~10.0質量%,特宜為0.10~5.0質量%。
此外,加水步驟中在極性有機溶劑中添加的水之量,按相對於添加水之前的極性有機溶劑中之含水量之比率((在極性有機溶劑中添加的水之量/添加水之前的極性有機溶劑中之含水量)×100)計,宜係150質量%以上為佳,以200質量%以上為較佳,以200~500質量%為特佳。例如,添加水之前的極性有機溶劑中之含水量為0.05質量%,在加水步驟中,添加按相對於添加水之前的極性有機溶劑之比率係相當於0.05質量%之量之水時,加水步驟中,在極性有機溶劑中添加的水之量相對於添加水之前的極性有機溶劑中之含水量之比率為100質量%。
加水步驟中,在極性有機溶劑中添加水之方法並無特別限制,例如可舉例,在貯藏著要供給至離子交換體的極性有機溶劑之貯藏容器中,添加規定量之水,並因應需要攪拌貯藏容器內之溶劑之方法、將水之供給管連接至用以將極性有機溶劑供給至離子交換體之極性有機溶劑之供給管並經由水之供給管供給水以在極性有機溶劑之供給管內將水添加到極性有機溶劑中之方法等。
精製步驟,係使在加水步驟添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑之步驟。
離子交換體,可舉例陽離子交換體、陰離子交換體、H形螯合物交換體、硼選擇形離子交換體等。離子交換體可為單獨1種,亦可為2種以上之組合。離子交換體,可使用陽離子交換體、陰離子交換體、H形螯合物交換體、硼選擇形離子交換體之單床,亦可使用上述離子交換體之中之2種以上之混床或複床。
針對陽離子交換體,就能夠使離子性雜質之含量少之觀點來看,宜為H形。此外,陽離子交換體只要不含有金屬元素,亦可為如TMA形(四甲銨離子形)、TBA形(四丁銨離子形)之四烷銨離子形。此外,陽離子交換體,可為具有強酸性陽離子交換基之強酸性陽離子交換體,亦可為具有弱酸性陽離子交換基之弱酸性陽離子交換體。
陽離子交換體,可舉例粒狀之陽離子交換樹脂。陽離子交換樹脂之基體為苯乙烯-二乙烯苯共聚物。陽離子交換樹脂,可為凝膠形結構、大孔形結構、多孔形結構中之任意結構。陽離子交換樹脂之濕潤狀態之離子交換容量,以0.5(eq/L-R)以上為佳,以1.0(eq/L-R)以上為特佳。此外,陽離子交換樹脂之濕潤狀態之離子交換容量,越高則越佳,可適當地選擇。陽離子交換樹脂之調和平均徑,宜為200~900μm較佳,300~600μm為特佳。
強酸性陽離子交換樹脂,例如可舉例陶氏化學公司製之Amberlite IR120B、IR124、200CT252、Amberjet 1020、1024、1060、1220、三菱化學公司製之DIAION SK104、SK1B、SK110、SK112、PK208、PK212L、PK216、PK218、PK220、PK228、UBK08、UBK10、UBK12、奧璐佳瑙公司製之DS-1、DS-4、Purolite公司製之C100、C100E、C120E、C100x10、C100x12MB、C150、C160、SGC650、Lewatit公司製之MonoPlus S108H、SP112、S1668等。此外,弱酸性陽離子交換樹脂,可舉例奧璐佳瑙公司製之FPC3500、IRC76、三菱化學公司製之DIAION WK10、WK11、WK100、WK40L、Purolite公司製之C104、C106、C107E、C115E、SSTC104、Lewatit公司製之CNP80WS等。
陽離子交換體,可舉例有機多孔質陽離子交換體。有機多孔質陽離子交換體,係導入了陽離子交換基之有機多孔質體。有機多孔質強酸性陽離子交換體中之交換容量,宜為1~3mg當量/mL(乾燥狀態)較佳,1.5~3mg當量/mL(乾燥狀態)為特佳。
陽離子交換體,可為單獨1種,亦可為2種以上之組合。
針對陰離子交換體,就能夠使離子性雜質之含量少之觀點而言,宜為OH形。陰離子交換體,只要是不含金屬元素之離子形即可,亦可為碳酸形、重碳酸形及有機酸形。陰離子交換體,可為具有強鹼性陰離子交換基作為陰離子交換基之強鹼性陰離子交換體,亦可為具有弱鹼性陰離子交換基作為陰離子交換基之弱鹼性陰離子交換體。
強鹼性陰離子交換體之強鹼性陰離子交換基,可舉例OH形之四級銨基等。此外,弱鹼性陰離子交換體之弱鹼性陰離子交換基,可舉例三級胺基、二級胺基、一級胺基、多胺基等。此外,對於在鹼度高的OH形之陰離子交換體中會引起分解或化學反應之溶劑,亦可使用鹼度低的碳酸鹽形或重碳酸鹽形之陰離子交換體。
陰離子交換體,可舉例粒狀之陰離子交換樹脂。陰離子交換樹脂之基體,為苯乙烯-二乙烯苯共聚物。陰離子交換樹脂,亦可為凝膠形結構、大孔形結構、多孔形結構中之任意結構。陰離子交換樹脂之濕潤狀態之離子交換容量,宜為0.5~2(eq/L-R)較佳,0.9~2(eq/L-R)為特佳。陰離子交換樹脂之調和平均徑,以200~900μm為佳,以300~800μm為特佳。
陰離子交換樹脂,例如可舉例陶氏化學公司製之Amberlite IRA900、402、96SB、98、Amberjet 4400、4002、4010、三菱化學公司製之DIAION UBA120、PA306S、PA308、PA312、PA316、PA318L、WA21J、WA30、奧璐佳瑙公司製之DS-2、DS-5、DS-6、Purolite公司製之A400、A600、SGA550、A500、A501P、A502PS、A503、A100、A103S、A110、A111S、A133S、Lewatit公司製之MonoPlus M500、M800、MP62WS、MP64等。
此外,陰離子交換體,可舉例有機多孔質陰離子交換體。有機多孔質陰離子交換體,係導入了陰離子交換基之有機多孔質體,陰離子交換基,例如上述所舉例之強鹼性陰離子交換基、弱鹼性陰離子交換基。有機多孔質陰離子交換體中之交換容量,宜為1~6mg當量/mL(乾燥狀態)較佳,2~5mg當量/mL(乾燥狀態)為特佳。
陰離子交換體,可為單獨1種,亦可為2種以上之組合。
就能夠使離子性雜質之含量少之觀點來看,螯合物交換體宜為H形。此外,螯合物交換體如果不含有金屬元素,亦可為如TMA形(四甲銨離子形)、TBA形(四丁銨離子形)之銨形。
H形螯合物交換體,係使Na形、Ca形、Mg形等金屬離子形之螯合物交換體與礦酸接觸,藉此酸處理而變換成H形者。即,H形螯合物交換體,係金屬離子形之螯合物交換體之礦酸接觸處理物。
H形螯合物交換體具有之官能基,只要是能夠配位至金屬離子而形成螯合物者,並無特別限制,例如可舉例亞胺二乙酸基、胺甲磷酸基、亞胺丙酸基等具有胺基之官能基、硫醇基等。此等之中,就多數多價金屬離子之去除性變高之觀點來看,螯合物交換體之官能基宜為具有胺基之官能基,特宜為亞胺二乙酸基、胺甲磷酸基、亞胺丙酸基。
H形螯合物交換體,可舉例粒狀之H形螯合物交換樹脂。H形螯合物交換樹脂之基體,可舉例苯乙烯-二乙烯苯共聚物。H形螯合物交換樹脂,可為凝膠形結構、大孔形結構、多孔形結構中之任意結構。H形螯合物交換樹脂之交換容量,宜為0.5~2.5eq/L-R較佳,1.0~2.5eq/L-R為特佳。H形螯合物交換樹脂之平均粒徑(調和平均徑),並無特別限制,以300~1000μm為佳、以500~800μm為特佳。另外,H形螯合物交換樹脂之平均粒徑,係經由雷射繞射式粒度分布測定裝置測定之值。
此外,H形螯合物交換體,可舉例H形之有機多孔質螯合物交換體。H形之有機多孔質螯合物交換體,係導入了具有螯合能力之官能基之有機多孔質體,具有螯合能力之官能基,例如上述所舉例之具有螯合能力之官能基。H形之有機多孔質螯合物交換體中之交換容量,以0.3~2mg當量/mL(水濕潤狀態)為佳,以1~2mg當量/mL(水濕潤狀態)為特佳。
H形螯合物交換體,係藉由使Na形、Ca形、Mg形等金屬離子形之螯合物交換體接觸礦酸而進行酸處理來得到。與金屬離子形之螯合物交換體接觸的礦酸,可舉例為鹽酸、硫酸、硝酸。此等之中,就安全性之觀點來看,礦酸宜為鹽酸、硫酸。此外,由於有硫酸鈣析出之虞,從Ca形變換時,礦酸宜為鹽酸。礦酸之濃度,以0.1~6N為佳,以1~4N為特佳。
使金屬離子形之螯合物交換體接觸礦酸之方法,並無特別限制,可適宜選擇接觸形式、接觸溫度、接觸時間等。
使金屬離子形之螯合物交換體接觸礦酸後,以水清洗變換成H形的H形螯合物交換體,進行多餘的礦酸之去除,但由於螯合物交換體中之官能基係藉由與礦酸之氫鍵等而鍵結著,故以水清洗無法完全地去除多餘的礦酸。因此,H形螯合物交換體中會有在酸處理中使用過的礦酸殘留。
例如,金屬離子形之螯合物交換樹脂,可舉例三菱化學公司製之CR-10、CR-11、Sumitomo Chemtex公司製之Duolite C-467、住友化學公司製之MC-700、LANXESS公司製之Lewatit TP207、Lewatit TP208、Lewatit TP260、Purolite公司製之S930、S950、奧璐佳瑙公司製之DS-21、DS-22。
螯合物交換體,可為單獨1種,亦可為2種以上之組合。
有機多孔質陽離子交換體、有機多孔質陰離子交換體、有機多孔質螯合物交換體等有機多孔質離子交換體,例如可舉例一種有機多孔質離子交換體(以下亦記載為第一形態之有機多孔質離子交換體。),由連續骨架相及連續空洞相形成,連續骨架之厚度為1~100μm,連續空洞之平均直徑為1~1000μm,全部細孔容積為0.5~50mL/g;導入了離子交換基(螯合物交換基、陽離子交換基或陰離子交換基);在乾燥狀態之每單位重量之離子交換容量為1~6mg當量/g;離子交換基均一地分布在有機多孔質離子交換體中。
第一形態之有機多孔質離子交換體,可舉例一種有機多孔質離子交換體,具有:氣泡狀之大孔係互相重疊,且該重疊部位係形成平均直徑1~1000μm之開口的連續氣泡結構;全部細孔容積為1~50mL/g;導入了離子交換基;在乾燥狀態之每單位重量之離子交換容量為1~6mg當量/g;離子交換基均一地分布在有機多孔質離子交換體中。
此外,第一形態之有機多孔質離子交換體,可舉例為一種有機多孔質離子交換體,具有:氣泡狀之大孔係相互重疊,且該重疊的部分係形成平均直徑30~300μm之開口的連續大孔結構體;全部細孔容積為0.5~10ml/g;導入了陽離子交換基或陰離子交換基,在乾燥狀態之每單位重量之離子交換容量為1~6mg當量/g,離子交換基均一地分布在有機多孔質離子交換體中;並且,在連續大孔結構體(乾燥體)之斷面之SEM影像中,在斷面顯示之骨架部分面積為影像區域中之25~50%。
此外,第一形態之有機多孔質離子交換體,可舉例一種有機多孔質離子交換體,係共連續結構體,由在導入了離子交換基(螯合物交換基、陽離子交換基或陰離子交換基)的全部構成單元中含有交聯構成單元0.1~5.0莫耳%之芳香族乙烯基聚合物形成之平均粗胖度為1~60μm之三維連續的骨架與在該骨架間之平均直徑為10~200μm之三維連續的空洞構成;全部細孔容積為0.5~10mL/g;導入了陽離子交換基;在乾燥狀態之每單位重量之離子交換容量為1~6mg當量/g;離子交換基均一地分布在有機多孔質離子交換體中。
在精製步驟中,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體之方法,並無特別限制,例如,可舉例在填充容器或填充管柱中填充離子交換體,再將添加了水的極性有機溶劑供給至離子交換體之填充容器或填充管柱之方法。
精製步驟中,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體時之接觸條件,並無特別限制,例如,通液速度(SV)以1~30h
-1為佳,以2~10h
-1為特佳。
並且,精製步驟中,係藉由使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,以使極性有機溶劑中之離子性雜質吸附在離子交換體以去除。藉由以此方式進行精製步驟,可得到離子性雜質減少之精製極性有機溶劑。
精製步驟中,為了去除極性有機溶劑中之雜質,可將離子交換體和微粒去除過濾器組合。本發明之極性有機溶劑之精製方法,可在加水步驟前,使用微粒去除過濾器來處理被處理對象之極性有機溶劑,亦可在加水步驟後,使用微粒去除過濾器來處理被處理對象之極性有機溶劑。微粒去除過濾器,可設置在離子交換體之前段或後段之任意者,或者,亦可設置在離子交換體之前段及後段之兩者。由於已知在水中有微粒帶電荷之情形,藉由在添加水前進行使用微粒去除過濾器的極性有機溶劑之處理,或是,在添加水後,將其設置在離子交換體之前段,可以期待對離子交換體之雜質負荷量減少之效果。
進行本發明之極性有機溶劑之精製方法而得到的精製極性有機溶劑,雖然含有自處理前便含有的水及經由加水步驟而添加的水,但由於離子性雜質非常地降低,能夠精製至1質量ppt以下之雜質等級。因此,進行本發明之極性有機溶劑之精製方法而得到的精製極性有機溶劑,適合作為在使用ICP-MS進行微量金屬分析之金屬濃度分析中的稀釋用溶劑(檢量線用空白溶液)用之溶劑、樣本之稀釋用溶劑、器具及分析裝置之清洗用溶劑。即,本發明之極性有機溶劑之精製方法,適合作為在使用ICP-MS的金屬濃度分析中所使用的溶劑之製造方法。
進行本發明之極性有機溶劑之精製方法而得到的精製極性有機溶劑,能夠作為難以與水混合的低極性或非極性之有機溶劑之稀釋液,用於ICP-MS分析中。特別是由於ICP-MS之混合標準液通常是水溶液,在低極性或非極性之有機溶劑中即使添加ICP-MS之混合標準液(水溶液),亦無法充分地混合,分析精度會下降。所以,在進行本發明之極性有機溶劑之精製方法而得到的精製極性有機溶劑中,添加ICP-MS之混合標準液(水溶液),將含有混合標準液之精製極性有機溶劑,添加在作為分析對象之低極性或非極性之有機溶劑中,能夠製作檢量線。此外,藉由使用進行本發明之極性有機溶劑之精製方法而得到的精製極性有機溶劑,稀釋低極性或非極性之有機溶劑,能夠提升測定精度。因此,藉由進行本發明之極性有機溶劑之精製方法而得到的精製極性有機溶劑,亦能夠分析極性、低極性及非極性中之任一之有機溶劑。
此外,本發明之極性有機溶劑之精製方法,亦可作為使用可容許含有少量水的極性有機溶劑之電子零件及機械清洗等用途之溶劑之製造方法、回收方法使用。此外,本發明之極性有機溶劑之精製方法,在必須非常地減少溶劑中之離子性雜質之量之用途中,藉由與後段之水去除方法組合,亦可用於要求離子性雜質非常地低且含水量少,以半導體製造步驟為對象之電子零件及材料之清洗、稀釋液等用途之溶劑之製造方法。
本發明之精製極性有機溶劑之製造方法,其特徵為具有下列步驟:
加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及
精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑。
本發明之精製極性有機溶劑之製造方法之加水步驟及精製步驟,係與本發明之極性有機溶劑之精製方法之加水步驟及精製步驟相同。
進行本發明之精製極性有機溶劑之製造方法而得到的精製極性有機溶劑之用途,可舉例使用ICP-MS的金屬濃度分析用之稀釋液。即,進行本發明之精製極性有機溶劑之製造方法而得到的精製極性有機溶劑,能夠作為難以與水混合的低極性或非極性之有機溶劑之稀釋液而用於ICP-MS分析中。特別是由於ICP-MS之混合標準液通常是水溶液,在低極性或非極性之有機溶劑中即使添加ICP-MS之混合標準液(水溶液),亦無法充分地混合,分析精度會下降。所以,在進行本發明之精製極性有機溶劑之製造方法而得到的精製極性有機溶劑中,添加ICP-MS之混合標準液(水溶液),並將含有混合標準液之精製極性有機溶劑添加在作為分析對象之低極性或非極性之有機溶劑中,能夠製作檢量線。此外,藉由使用進行本發明之精製極性有機溶劑之製造方法而得到的精製極性有機溶劑來稀釋低極性或非極性之有機溶劑,能夠提升測定精度。因此,藉由進行本發明之精製極性有機溶劑之製造方法而得到的精製極性有機溶劑,亦能夠分析極性、低極性及非極性中之任一之有機溶劑。
換言之,本發明之精製極性有機溶劑之製造方法之形態例,可舉例一種精製極性有機溶劑之製造方法,係作為使用ICP-MS的金屬濃度分析用之稀釋液來使用。即,本發明之稀釋液之製造方法,係一種使用ICP-MS的金屬濃度分析用之稀釋液之製造方法,具有下列步驟:加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到作為使用ICP-MS的金屬濃度分析用之稀釋液來使用之精製極性有機溶劑。本發明之稀釋液之製造方法之加水步驟及精製步驟,係與本發明之極性有機溶劑之精製方法之加水步驟及精製步驟相同。
本發明之極性有機溶劑之精製裝置,其特徵為具有:
填充了離子交換體之離子交換體之填充部;
水添加部,用以在極性有機溶劑中添加水;及
極性有機溶劑供給部,用以將藉由該水添加部添加了水的該極性有機溶劑供給至該離子交換體之填充部。
參照圖1說明本發明之極性有機溶劑之精製裝置。圖1,係表示本發明之極性有機溶劑之精製裝置之形態例的圖。圖1中,極性有機溶劑之精製裝置1具有:填充了離子交換體的離子交換體填充管柱7;用以將作為處理對象之極性有機溶劑2供給至離子交換體填充管柱7之極性有機溶劑供給管4;及用以將經由離子交換體填充管柱7內之離子交換體處理過的處理液,即,用以將精製極性有機溶劑9予以排出之精製極性有機溶劑排出管8。極性有機溶劑供給管4係和用以將超純水3供給至極性有機溶劑供給管4之水添加管10連接。極性有機溶劑供給管4設置有用以調節極性有機溶劑2之供給量之泵5,此外,水添加管10設置有用以調節超純水3之供給量之泵6。
然後,極性有機溶劑之精製裝置1,係一邊以泵5調節供給量,一邊藉由極性有機溶劑供給管4向離子交換體填充管柱7供給極性有機溶劑2且同時以泵6調節供給量,從水添加管10將超純水3供給至極性有機溶劑供給管4內。此時,於水添加管10連接的位置11,超純水3被添加在極性有機溶劑2中,且位於相較位置11後段之極性有機溶劑供給管4內,超純水3混合在極性有機溶劑2而水溶解在極性有機溶劑中。接著,添加了水的極性有機溶劑12被供給至離子交換體填充管柱7內,離子交換體與添加了水的極性有機溶劑12接觸。然後,經由接觸離子交換體而被處理的處理液,即,精製極性有機溶劑9,從精製極性有機溶劑排出管8排出。
本發明之極性有機溶劑之精製裝置,適合用來實施上述本發明之極性有機溶劑之精製方法。
本發明之極性有機溶劑之精製裝置之離子交換體之填充部,係填充了離子交換體之部位,且係用以使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體之部位。填充在離子交換體之填充部的離子交換體,係與本發明之極性有機溶劑之精製方法之離子交換體相同。離子交換體之填充部之形態,並無特別限制,例如,可舉例填充了離子交換體的填充容器、填充了離子交換體的填充管柱、匣狀填充容器、樹脂塔等。
本發明之極性有機溶劑之精製裝置之水添加部,係用以在極性有機溶劑中添加水之部位。水添加部之形態,並無特別限制,例如可舉例一種水添加部,如圖1所示之形態例,係由連接在用以將極性有機溶劑供給至離子交換體之極性有機溶劑之供給管的水添加管、及用以調節向極性有機溶劑之供給管之水之供給量的泵、與泵連動的質流控制器、電動流量調節閥等供給裝置所構成。水添加部,可舉例其他用以進行低流量添加之注射泵等。
本發明之極性有機溶劑之精製裝置之極性有機溶劑供給部,係用以將藉由水添加部添加了水的極性有機溶劑供給至離子交換體之填充部之部位。極性有機溶劑供給部,可舉例一種極性有機溶劑供給部,如圖1所示之形態例,係由用以將極性有機溶劑供給至離子交換體之填充部之極性有機溶劑之供給管、及用以調節向離子交換體之填充部之極性有機溶劑之供給量之泵、用以調控壓力之減壓閥等之供給裝置所構成。針對極性有機溶劑供給部,此外尚可舉例藉由不活潑的氣體將已裝入壓量送液用容器中的極性有機溶劑予以壓力送液之供給裝置、及使用用以調控壓力之減壓閥的供給部等。
此外,本發明之極性有機溶劑之精製裝置,可以使供給至離子交換體之填充部而被精製過的極性有機溶劑,在即將使用時、剛使用時或未使用時,在精製裝置內部循環通液。所以,本發明之極性有機溶劑之精製裝置,可以具有:使供給至離子交換體之填充部而被精製過的極性有機溶劑在精製裝置內部循環之循環管,例如,一端連接在位於離子交換體之填充部之排出側的精製極性有機溶劑排出管之任一位置,且另一端連接在位於離子交換體之填充部之供給側之極性有機溶劑供給管之任一位置之循環管。
本發明之極性有機溶劑之精製裝置,就無金屬溶出之觀點來看,各構件之接液部宜為以四氟乙烯與全氟烷氧基乙烯之共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)等氟樹脂所形成或塗佈。若沒有去除或向測定對象之金屬溶出,接液部之材質亦可由石英等礦物所形成或塗佈。
本發明之極性有機溶劑之精製方法及本發明之精製極性有機溶劑之製造方法,由於以加水步驟,在作為處理對象之極性有機溶劑中添加水,相比於不添加水之情形,金屬雜質於極性有機溶劑中變得容易離子化,官能基變得容易解離,故藉由離子交換反應去除的離子量會增加。若換而言之,本發明之極性有機溶劑之精製方法及本發明之精製極性有機溶劑之製造方法,藉由於加水步驟,在作為處理對象之極性有機溶劑中添加水,能使可有效地使用的官能基量增加,故相較於添加水前,離子交換體之年限變長,能夠延遲更換時期。另外,極性有機溶劑之含水比率越高則離子交換變得越容易,但由於極性有機溶劑之濃度若降低,使用極性有機溶劑之效果會降低,於加水步驟添加水後之極性有機溶劑之含水量,以0.01~20.0質量%為佳,以0.01~10.0質量%為較佳,以0.10~5.0質量%為特佳。
本發明之分析方法,其特徵在於具有下列步驟:
加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;
精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑;及
檢量線製作步驟,使用該精製極性有機溶劑作為稀釋溶劑來製作檢量線。即,本發明之分析方法,係用來進行極性有機溶劑中之金屬含量之定量分析之分析方法,至少具有:加水步驟、精製步驟、及檢量線製作步驟。
本發明之分析方法之加水步驟及精製步驟,係與本發明之極性有機溶劑之精製方法之加水步驟及精製步驟相同。
本發明之分析方法之檢量線製作步驟,係使用進行精製步驟而得到的精製極性有機溶劑作為稀釋溶劑來製作檢量線之步驟。
檢量線製作步驟,係使用進行精製步驟而得到的精製極性有機溶劑作為檢量線製作用之稀釋溶劑。並且,在檢量線製作步驟中,使用精製極性有機溶劑作為稀釋溶劑來製作檢量線,意指以精製極性有機溶劑來稀釋標準液,製作金屬之含量不同的多數個稀釋試料,然後,以與進行必須掌握各金屬之含量的有機溶劑之定量分析之方法相同的分析方法,分析所製作的各稀釋試料,並基於所得到的分析結果來製作檢量線。例如,以X分析方法進行必須掌握各金屬之含量的有機溶劑之定量分析時,首先,將精製極性有機溶劑和已知濃度之標準液混合,將標準液以精製極性有機溶劑個別地製作成稀釋成a
1倍之試料1、稀釋成a
2倍之試料2、稀釋成a
3倍之試料3、稀釋成a
4倍之試料4、稀釋成a
5倍之試料5。然後,以X分析方法個別地分析試料1~試料5,藉由求得試料1~試料5之已知濃度與訊號強度之關係式來製作檢量線。訊號強度因分析方法而異,例如,ICP-MS之情形,各離子之每個質量電荷比之訊號強度,能夠以一次之測定來得到。各質量之金屬離子與已知濃度之試料與訊號強度之關係式為檢量線。藉由將未知濃度樣本之訊號強度套用到所得到的檢量線中,能夠求得濃度。
檢量線製作步驟之標準液,係含有分析對象之各金屬且各金屬之含量係正確已知的液體,只要是在高純度之有機溶劑中之雜質之定量分析之檢量線之製作中可作為標準液使用者即可,並無特別限制。
本發明之分析方法,係在進行檢量線製作步驟後,分析必須掌握各金屬之含量之有機溶劑,例如,用來稀釋含有精製後之阻劑、聚合物、顏料等的低極性或非極性之有機溶劑之高純度之極性有機溶劑、精製後之晶圓等之乾燥用之極性有機溶劑等有機溶劑,並使用所製作的檢量線,求得有機溶劑中之各金屬之含量。
在有機溶劑之定量分析及用於檢量線之製作的分析中,係使用氣相層析法、液相層析法、ICP-MS(感應耦合電漿質量分析法)、ICP發光分光分析法、原子吸收分光光度法。
[實施例]
以下基於實施例詳細地說明本發明。但是,本發明並非受限於以下實施例。
<處理對象之極性有機溶劑1>
在半導體等級之異丙醇(TOKUSO IPA SE等級、德山公司製)中,加入油基標準液Conoatan,製備各金屬濃度1ppb之處理對象之極性有機溶劑1。極性有機溶劑1之含水量為53質量ppm。
(實施例1)
在極性有機溶劑1中添加超純水,製備95質量ppm之含水量之極性有機溶劑。
然後,將添加了水的極性有機溶劑,以SV=5h
-1對於H形強酸性陽離子交換樹脂(Orlite DS-1)進行4小時通液,得到通液4小時後之精製極性有機溶劑。
然後,以ICP-MS Agilent 8900測定精製極性有機溶劑之各金屬濃度,由處理前後之分析值,求得各金屬元素之去除率(去除率(%)=((精製前之金屬元素濃度-精製後之金屬元素濃度)/精製前之金屬元素濃度)×100)。結果表示於表1。
・H形強酸性陽離子交換樹脂(DS-1):奧璐佳瑙公司製、陽離子交換容量2.0eq/L-樹脂
(實施例2)
在極性有機溶劑1中添加超純水,製備193質量ppm之含水量之極性有機溶劑,除此之外,係以與實施例1相同之方式進行,得到精製極性有機溶劑。結果表示於表1。
(比較例1)
處理對象之極性有機溶劑1中不添加水,即,通液在H形強酸性陽離子交換樹脂(Orlite DS-1)中的極性有機溶劑係處理對象之極性有機溶劑1,除此以外,係以與實施例1相同之方式進行,得到精製極性有機溶劑。結果表示於表1。
<處理對象之極性有機溶劑2>
準備半導體等級之異丙醇(TOKUSO IPA SE等級、德山公司製),作為處理對象之極性有機溶劑2。極性有機溶劑2之含水量為31質量ppm。
(實施例3)
在極性有機溶劑2中添加超純水,製備70質量ppm之含水量之極性有機溶劑。
然後,將添加了水的極性有機溶劑,以SV=4h
-1對於H形強酸性陽離子交換樹脂及OH形陰離子交換樹脂之混床(Orlite DS-7)中,通液2小時,得到通液2小時後之精製極性有機溶劑。
然後,以ICP-MS Agilent 8900測定精製極性有機溶劑之各金屬濃度,求得各金屬元素之濃度。結果表示於表2。
・H形強酸性陽離子交換樹脂及OH形陰離子交換樹脂之混床(DS-7):奧璐佳瑙公司製、陽離子交換樹脂之交換容量1.8eq/L-樹脂、陰離子交換樹脂之交換容量1.0eq/L-樹脂
(實施例4)
在極性有機溶劑2中添加超純水,製備170質量ppm之含水量之極性有機溶劑,以SV=8h
-1通液1小時,除此之外,係以與實施例3相同之方式進行,得到精製極性有機溶劑。結果表示於表2。
<處理對象之極性有機溶劑3>
準備各金屬元素濃度如表3所示之含有高濃度Na的丙二醇單甲醚(PGME),作為處理對象之極性有機溶劑3。極性有機溶劑3之含水量為154質量ppm。
(實施例5)
在極性有機溶劑3中添加超純水,製備320質量ppm之含水量之極性有機溶劑。
然後,將添加了水的極性有機溶劑,以SV=5h
-1對於H形強酸性陽離子交換樹脂(Orlite DS-1)積層在上層、H形強酸性陽離子交換樹脂與OH形強陰離子交換樹脂之混床(DS-3)積層在下層的複床的離子交換體通液4小時,得到通液4小時後之精製極性有機溶劑。
然後,以ICP-MS Agilent 8900測定精製極性有機溶劑之各金屬濃度,求得各金屬元素之濃度。結果表示於表3。
・H形強酸性陽離子交換樹脂與OH形陰離子交換樹脂之混床(DS-3):奧璐佳瑙公司製、陽離子交換樹脂之交換容量2.0eq/L-樹脂、陰離子交換樹脂之交換容量1.0eq/L-樹脂
<處理對象之極性有機溶劑4>
準備各金屬元素濃度係如表3所示之含有高濃度Na的丙二醇單甲醚(PGME),作為處理對象之極性有機溶劑4。極性有機溶劑4之含水量為141質量ppm。
(比較例2)
作為處理對象之極性有機溶劑4中不添加水,將極性有機溶劑4以SV=5h
-1對於H形強酸性陽離子交換樹脂(Orlite DS-1)積層在上層、H形強酸性陽離子交換樹脂與OH形強陰離子交換樹脂之混床(DS-3)積層在下層的複床之離子交換體通液4小時,得到通液4小時後之精製極性有機溶劑。
然後,以與實施例5相同之方式進行,求得精製極性有機溶劑之各金屬濃度。結果表示於表3。
<處理對象之極性有機溶劑5>
在半導體等級之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中,加入油基標準液Conoatan,製備各金屬濃度如表4所示之處理對象之極性有機溶劑5。極性有機溶劑5之含水量為51質量ppm。
(實施例6)
在極性有機溶劑5中添加超純水,製備92質量ppm之含水量之極性有機溶劑。
然後,將添加了水的極性有機溶劑,在H形螯合物交換樹脂(Orlite DS-21)中,以SV=5h
-1通液4小時,得到通液4小時後之精製極性有機溶劑。
然後,以ICP-MS Agilent 8900測定精製極性有機溶劑之各金屬濃度,求得各金屬元素之濃度。結果表示於表4。
・H形螯合物交換樹脂:H形之胺磷酸形螯合物樹脂(奧璐佳瑙公司製、Orlite DS-21(陽離子交換容量1.8eq/L-樹脂、調和平均徑500μm))
(比較例3)
作為處理對象之極性有機溶劑5中不添加水,即,將通液在H形螯合物交換樹脂(Orlite DS-21)中的極性有機溶劑係極性有機溶劑5,除此之外,係以與實施例6相同之方式進行,得到精製極性有機溶劑。結果表示於表4。
(實施例7)
在半導體等級之異丙醇(TOKUSO IPA SE等級、德山公司製)中添加水,製備含水量為0.1質量%、1.0質量%、5.0質量%、10.0質量%之異丙醇,然後,在各個含水量之異丙醇中,添加金屬標準液以使作為金屬雜質之Na成為1ppb。金屬標準液係使用SPEX公司製之XSTC-13(泛用混合標準液)。
然後,將H形強酸性陽離子交換樹脂(DS-1)與各含水量之異丙醇,以質量比成為1:10之方式,裝入到PFA(四氟乙烯與全氟烷氧基乙烯之共聚物)製之燒杯中,將H形強酸性陽離子交換樹脂浸漬於各個含水量之異丙醇中1小時以上,進行金屬吸附抽樣試驗。然後,測定抽樣試驗後之上清液中之金屬濃度。
由抽樣試驗前之異丙醇中之Na濃度,及抽樣試驗後之上清液中之Na濃度,計算出Na於H形強酸性陽離子交換樹脂之吸附量。另外,為了顯示因異丙醇之含水量之差異所致之吸附量變化,將設含水量為10.0質量%時之Na吸附量為100時之個別的水含水量中的Na吸附量表示於表5及圖2。
由抽樣試驗之結果,可確認若含水量從1.0質量%增加至5.0質量%,Na吸附量會劇烈地增加。此外,將含水量為5.0質量%之情形與10.0質量%之情形予以比較,雖然Na吸附量略有增加但增加幅度少。另外,若極性有機溶劑中之含水量多,對分析時之精度之影響有變大之可能性,故極性有機溶劑之濃度宜維持80.0質量%以上。因此,添加了水後之極性有機溶劑之含水量,宜為至多20.0質量%,較宜為至多10.0質量%。
1:極性有機溶劑之精製裝置
2:極性有機溶劑
3:超純水
4:極性有機溶劑供給管
5:泵
6:泵
7:離子交換體填充管柱
8:精製極性有機溶劑排出管
9:精製極性有機溶劑
10:水添加管
11:水添加管10連接的位置(位置)
12:添加了水的極性有機溶劑
圖1為表示本發明之極性有機溶劑之精製裝置之形態例的圖。
圖2為表示實施例7之各含水量之情形之Na吸附量的圖表。
Claims (12)
- 一種極性有機溶劑之精製方法,具有下列步驟: 加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及 精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑。
- 如請求項1之極性有機溶劑之精製方法,其中,添加水之前的該極性有機溶劑中之含水量為200質量ppm以下。
- 如請求項1或2之極性有機溶劑之精製方法,其中,該加水步驟中,係在該添加了水的極性有機溶劑中之含水量成為0.01~20.0質量%之範圍內,在該極性有機溶劑中添加水。
- 如請求項1或2之極性有機溶劑之精製方法,其中,該離子交換體係陽離子交換體、陰離子交換體及H形螫合物交換體中之1種以上。
- 如請求項1或2之極性有機溶劑之精製方法,其中,該極性有機溶劑係醇類、酯化合物、醚化合物及聚醚化合物中之任1種或此等中之1種以上之混合溶劑。
- 如請求項1或2之極性有機溶劑之精製方法,其中,該極性有機溶劑,係在25℃下每100.0g可溶解1.0g以上之水之溶劑。
- 如請求項1或2之極性有機溶劑之精製方法,其中,該精製極性有機溶劑係在使用ICP-MS的金屬濃度分析中作為稀釋液使用之溶劑。
- 一種極性有機溶劑之精製裝置,其特徵為具有: 填充了離子交換體的離子交換體之填充部; 水添加部,用以在極性有機溶劑中添加水;及 極性有機溶劑供給部,用以將藉由該水添加部添加了水的該極性有機溶劑供給至該離子交換體之填充部。
- 如請求項8之極性有機溶劑之精製裝置,其中,接液部係由氟系樹脂形成或經氟系樹脂塗佈。
- 一種分析方法,其特徵為具有下列步驟: 加水步驟,在極性有機溶劑中添加水; 精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑;及 檢量線製作步驟,使用該精製極性有機溶劑作為稀釋溶劑而製作檢量線。
- 一種精製極性有機溶劑之製造方法,其特徵為具有下列步驟: 加水步驟,在極性有機溶劑中添加水;及 精製步驟,使添加了水的極性有機溶劑接觸離子交換體,得到精製極性有機溶劑。
- 如請求項11之精製極性有機溶劑之製造方法,其中,該精製極性有機溶劑係使用ICP-MS的金屬濃度分析用之稀釋液。
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