挑戰(zhàn)

　　很多工藝使用無機(jī)酸作為重要原料。在確定特定應(yīng)用的適用性時(shí)，尤其是在確定該應(yīng)用對工藝和產(chǎn)品的影響時(shí)，準(zhǔn)確評估酸的質(zhì)量是至關(guān)重要的。

　　酸中的可溶性雜質(zhì)會(huì)影響生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量。過量的有機(jī)污染物帶來以下問題：

　　•生產(chǎn)工藝效率低下

　　•產(chǎn)品被污染

　　•生產(chǎn)批次不合格

　　•工藝和產(chǎn)品偏差

　　化工行業(yè)都需要確定和控制無機(jī)酸的質(zhì)量。這些行業(yè)包括：原料藥物（API，Active Pharmaceutical Ingredient）、化肥、半導(dǎo)體加工、化學(xué)衍生物。酸用于離子交換樹脂再生，也可以是產(chǎn)品配方的原料。

　　在半導(dǎo)體行業(yè)中，硫酸用于晶圓蝕刻工藝。酸的純度和潔凈度對生產(chǎn)至關(guān)重要，這就要求硫酸供應(yīng)商對產(chǎn)品批次進(jìn)行污染控制，以滿足工藝要求。很多行業(yè)在電鍍工藝中使用硫酸銅。為了提高化學(xué)品的性能，生產(chǎn)商添加有機(jī)基體的勻染劑和增白劑。了解添加劑的用量及其潛在的分解物，有助于控制產(chǎn)品質(zhì)量和工藝。

　　解決方案

　　由于有機(jī)污染物的種類繁多，用總有機(jī)碳（TOC，Total Organic Carbon）作為評估酸質(zhì)量的參數(shù)不失為檢測樣品雜質(zhì)的有效方法。但是，分析儀器必須具有酸基體的化學(xué)耐受性，并能在低pH值下有效氧化有機(jī)碳，這樣才能得到正確的檢測結(jié)果。Sievers InnovOx ES實(shí)驗(yàn)室型TOC分析儀采用超臨界水氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技術(shù)來檢測酸溶液中的TOC的ppm和ppb含量。事實(shí)證明，SCWO技術(shù)能夠?qū)α姿?、鹽酸、硝酸、硫酸進(jìn)行精準(zhǔn)的TOC定量分析。

　　技術(shù)

　　Sievers InnovOx實(shí)驗(yàn)室型分析儀采用SCWO技術(shù)，將有機(jī)碳分子氧化成CO2，然后用非分散紅外（NDIR，Non-dispersive Infrared）檢測技術(shù)進(jìn)行精確定量。在使用SCWO技術(shù)時(shí)，先在水的臨界點(diǎn)以上對樣品進(jìn)行加熱和加壓。在一定條件下（375?C和220巴），水成為超臨界流體，水中的有機(jī)物高度可溶，而無機(jī)鹽不溶。這就提高了氧化效率，能夠精確檢測腐蝕性和復(fù)雜基質(zhì)中的TOC，甚至濃酸中的TOC。

　　硫酸中含有來自其自身生產(chǎn)過程的各種雜質(zhì)，包括有機(jī)污染物。這些污染物即使含量極低，也會(huì)給要求使用高純度原料的工藝帶來風(fēng)險(xiǎn)，尤其是給半導(dǎo)體和電化學(xué)沉積工藝帶來風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了優(yōu)化工藝操作、提供產(chǎn)量，必須對酸的質(zhì)量進(jìn)行定量分析。

　　硫酸（H2SO4）

　　在測試中，向H2SO4中加入不同濃度的鄰苯二甲酸氫鉀（KHP），以此來評估Sievers InnovOx實(shí)驗(yàn)室型分析儀的分析硫酸中TOC的能力。將96%濃度的ACS級(jí)硫酸稀釋到24%，然后分別加入0.2、0.5和2 ppm TOC的KHP，進(jìn)而證明了分析儀的分析能力。

　　分析在0-100 ppm范圍內(nèi)進(jìn)行，由于樣品的pH值適用于TOC分析，故無需使用酸劑。10%過硫酸鈉氧化劑足以分析此范圍的TOC。

　　表1中的分析數(shù)據(jù)包括加標(biāo)濃度、測自空白24%硫酸溶液的TOC、實(shí)測TOC、以及回收TOC的含量和百分比。回收的TOC值等于實(shí)測TOC減去空白TOC。表中的數(shù)據(jù)證明了分析儀能夠定量分析濃酸溶液中的低濃度TOC。當(dāng)TOC從2 ppm降至0.2 ppm時(shí)，回收率百分比就會(huì)從100%偏離，這主要是因?yàn)榧訕?biāo)濃度（200 ppb）接近空白濃度（180 ppb）。在這種低濃度下，空白濃度或儀器基線的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的波動(dòng)。

　　第二項(xiàng)測試分析了各種濃度硫酸的TOC回收率。將1 ppm TOC的KHP分別加到1、5、10和24%的H2SO4中，檢測數(shù)據(jù)如表2所示?；厥盏腡OC值等于實(shí)測TOC減去空白TOC。

　　5-24%H2SO4的1 ppm TOC回收率非常好，但1%H2SO4的TOC回收率就偏離了45%。當(dāng)TOC濃度接近空白TOC濃度時(shí)，空白檢測值的波動(dòng)會(huì)顯著影響到計(jì)算的TOC結(jié)果。

　　測試還評估了Sievers InnovOx實(shí)驗(yàn)室型分析儀分析24%ACS級(jí)硫酸中0.1-0.5 ppm范圍TOC的能力。分別將100、200、300 ppb KHP加到ACS級(jí)硫酸中，檢測結(jié)果如表3所示。

　　檢測結(jié)果顯示了預(yù)期的增長趨勢。100 ppb加標(biāo)顯示了50 ppb的增長，200 ppb加標(biāo)顯示了120 ppb的增長，300 ppb加標(biāo)顯示了230 ppb的增長。顯然，分析儀能夠檢測出410 ppb基線上的50 ppb的增長，這表明分析儀的靈敏度適用于分析如此低的濃度。對硫酸進(jìn)行高靈敏度分析的限制因素是基體中的基線TOC。同任何其它分析一樣，基線值附近的結(jié)果容易變化。人們都知道，H2SO4的純度低于同樣濃度的其它無機(jī)酸（如HCl、HNO3等）的純度，因此不難預(yù)料，純品H2SO4中含有一定量的有機(jī)雜質(zhì)。

　　結(jié)論

　　Sievers InnovOx實(shí)驗(yàn)室型分析儀能夠精準(zhǔn)地檢測出濃度最高為24%的硫酸中的TOC。最高2 ppm KHP的實(shí)測回收率具有出色的精確性和準(zhǔn)確性。空白檢測值的大小和穩(wěn)定性是對H2SO4進(jìn)行高靈敏度TOC分析的限制因素。分析儀的靈敏度（檢測限LOD=水中的50 ppb）足以區(qū)分100、200和300 ppb TOC。分析儀在整個(gè)測試過程中表現(xiàn)出較佳的耐用性，且能耐受H2SO4基質(zhì)，無降解跡象。

• SieversInnovOx在線TOC分析儀

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