高純六氟乙烷中氯化氫的傅里葉變換紅外定量分析

王民濤，柴 華，曾昌華，楊會(huì)娥

（中化近代環(huán)?；ぃㄎ靼玻┯邢薰?，陜西 西安 710201）

0 引言

六氟乙烷（FC-116）可以在電子行業(yè)用作清洗氣和蝕刻氣。隨著電子消費(fèi)品的升級(jí)換代，整個(gè)電子工業(yè)對(duì)電子氣體氣源的純度要求越來(lái)越高[1]。為了得到高純度甚至超高純的電子氣體，必須對(duì)雜質(zhì)含量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。而使用氣相氟化催化合成FC-116[2]，會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生氯化氫，雖然通過(guò)水堿洗可以除去絕大部分的HCl 氣體，但是殘余的微量HCl 仍然可能在等離子刻蝕或化學(xué)氣相沉積（CVD）反應(yīng)腔室的清洗過(guò)程中對(duì)設(shè)備及使用效果產(chǎn)生影響。根據(jù)客戶的要求，產(chǎn)品中的HCl 含量必須嚴(yán)格控制在一定范圍，因此，對(duì)產(chǎn)品中HCl 含量的監(jiān)控就顯得尤為重要。

傅里葉紅外光譜儀（FTIR）可以對(duì)多組分混合氣體進(jìn)行分析[3-4]，另外其分辨率高，掃描時(shí)間短，在幾十分之一秒內(nèi)即可掃描一次，且其靈敏度極高，樣品量可以少到10-9～10-11g[5]，可以實(shí)現(xiàn)氣體樣品的微量甚至痕量分析。本文采用傅里葉變換紅外光譜法建立了HCl 的痕量分析方法，并實(shí)現(xiàn)了其對(duì)產(chǎn)品的在線監(jiān)測(cè)分析。

1 實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。首先將三通球閥4 切至高純氮，以其為背景氣對(duì)樣品池1 進(jìn)行充分吹掃，并用儀器2 對(duì)高純氮進(jìn)行掃描分析。然后將三通球閥4 切至樣品端，樣品流經(jīng)三通球閥4、流量計(jì)3 后進(jìn)入樣品池1，最后經(jīng)過(guò)球閥5 排出，同時(shí)FTIR 對(duì)流經(jīng)樣品池的樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

按照上述過(guò)程將一系列的HCl 標(biāo)準(zhǔn)樣品分別用FTIR 分析其紅外譜圖，然后選取HCl 的特征吸收峰作為定量依據(jù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，未知樣品經(jīng)FTIR 分析后即可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。

2 儀器及樣品

儀器：日本大 電子株式會(huì)社IG-1000 傅里葉變換紅外光譜儀系統(tǒng)；樣品池材質(zhì)ZnSe，光程長(zhǎng)10 cm；DLaTGS 檢測(cè)器；美國(guó)Brooks 質(zhì)量流量計(jì)。

氣體樣品：10 ppm、1000 ppm HCl 標(biāo)準(zhǔn)樣品由大連光明特種氣體有限公司提供，其它濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品通過(guò)兩臺(tái)流量計(jì)流量配比實(shí)現(xiàn)；高純氮?dú)庥晌靼碴?yáng)光氣體公司提供。

3 結(jié)果討論

3.1 分析標(biāo)線

通過(guò)用兩臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)控制高純氮和HCl配比的方法稀釋1000 ppm 的HCl 標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別獲得50 ppm、100 ppm 和500 ppm 的HCl 標(biāo)樣，并用FTIR 對(duì)表1 所示的系列HCl 標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行分析。

表1 HCl 標(biāo)準(zhǔn)樣品

接下來(lái)需要選取合適的紅外吸收特征峰作為定量依據(jù)，如何選取不同組分所對(duì)應(yīng)的“特征峰”應(yīng)依據(jù)兩個(gè)基本原則[6]：一是所選擇的“特征峰”在同一體系中盡可能不要重疊；二是所選擇的“特征峰”強(qiáng)度要適中，應(yīng)能準(zhǔn)確地定量出低濃度。這是因?yàn)楫?dāng)所選擇的特征峰與其它組分的紅外吸收峰重疊時(shí)，其定量分析結(jié)果必然會(huì)因其它組分含量的變化而發(fā)生改變，從而產(chǎn)生分析誤差，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果。再者化合物的紅外吸收并不總是線性的，對(duì)某一特征峰而言，當(dāng)樣品的濃度超過(guò)一定值后，其對(duì)對(duì)應(yīng)紅外波段的吸收將發(fā)生吸附飽和，從而影響吸光度與樣品濃度之間的線性關(guān)系，使分析結(jié)果產(chǎn)生偏差。而當(dāng)選取的特征峰吸收太弱時(shí)，對(duì)于痕量分析，經(jīng)常會(huì)淹沒(méi)在儀器的噪聲中。

圖2 HCl 特征峰選取

選定特征峰之后，需要確定吸收峰的吸收強(qiáng)度。通常為了確定樣品特征峰的紅外吸收強(qiáng)度，有兩種方法可供選擇：一是以吸收峰的高度作為吸收強(qiáng)度；二是以吸光度對(duì)波數(shù)的積分值，即吸收峰的峰面積作為吸收強(qiáng)度的量值。

按照上述過(guò)程選擇了2974～3016 cm-1范圍的吸收峰作為HCl 的特征吸收峰，見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，HCl 在該波數(shù)范圍內(nèi)有較強(qiáng)的吸收，且與其它雜質(zhì)及FC-116 的紅外吸收沒(méi)有重疊。將各HCl 標(biāo)準(zhǔn)樣品依次分析，選取2974～3016 cm-1范圍內(nèi)的特征吸收峰作為定量依據(jù)對(duì)其積分確定吸收強(qiáng)度，然后以吸收強(qiáng)度對(duì)HCl 標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度作圖（圖3）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖3 可知，所選取的特征吸收峰在0～1000 ppm 的范圍內(nèi)其吸收強(qiáng)度與HCl 濃度呈良好的線性關(guān)系，即說(shuō)明選取的特征峰除不與其它雜質(zhì)譜圖重疊外，吸收強(qiáng)度也合適，滿足上述兩個(gè)基本原則，可以用于FC-116 產(chǎn)品中微量HCl 的監(jiān)測(cè)。

3.2 樣品分析

使用與配制50 ppm、100 ppm 和500 ppm HCl標(biāo)準(zhǔn)樣品相同的方法獲得FC-116 與HCl 的混合氣體樣品并用FTIR 進(jìn)行分析，然后根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行分析，所得分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣品氣的配比濃度和測(cè)定濃度

由表2 可以看出，儀器對(duì)于低濃度樣品的分析其相對(duì)誤差較大，隨著樣品濃度的增大，誤差逐漸減小。這是由于配備的樣品池長(zhǎng)度太短而造成的。要降低儀器的測(cè)量誤差，對(duì)于低濃度的樣品而言，選擇足夠長(zhǎng)度的樣品池是必要的。

使用FTIR 對(duì)FC-116 中的痕量HCl 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)水堿洗及精餾后的產(chǎn)品中的HCl 含量可以控制在客戶要求的范圍內(nèi)，如果再對(duì)產(chǎn)品用分子篩進(jìn)行吸附，則可以將產(chǎn)品中的痕量HCl 完全除去。

4 結(jié)論

傅里葉變換紅外光譜法在線監(jiān)測(cè)六氟乙烷中的痕量HCl，其檢測(cè)速度快，下限低，可以很好地應(yīng)用于電子級(jí)高純及超高純六氟乙烷中HCl的定量分析和監(jiān)測(cè)。但在方法模型的建立過(guò)程中，需要注意選取合適的特征吸收峰以最大限度的降低分析結(jié)果的可靠性。另外，對(duì)于低濃度樣品而言，要想獲得足夠準(zhǔn)確的定量結(jié)果，必須選擇足夠長(zhǎng)度的氣體樣品池。

[1]楊健芳.六氟乙烷（FC-116）應(yīng)用前將和市場(chǎng)分析[J].浙江化工，2008，39（10）：14-17.

[2]Barry A.六氟乙烷的制備[J].綠箭信息，2000,1（11）：1-5.

[3]高明亮.基于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)的多組分氣體定量分析研究[D].安徽:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[4]齊汝賓，尹新，楊立，等.多成分有機(jī)氣體的近紅外光譜定量檢測(cè)方法[J].光譜學(xué)與光譜分析，2008，28（12）：2855-2858.

[5]常建華，董綺功.波譜原理及解析[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[6]周澤義.FTIR 光譜法定量分析微痕量氣體苯系物[J].分析儀器,2010 (3) :42-46.