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)不失為測量樣 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測量結(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 測量酸溶液中的 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 測量腐蝕性和復(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?；厥盏?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)，回收率百分比就會從 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)會導(dǎo)致結(jié)果的波動(dòng)。

表 1：在 24% H2SO4中的 TOC 分析

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， 測量數(shù)據(jù)如表 2 所示。回收的 TOC 值等于實(shí)測 TOC 減 去空白 TOC。

表 2：1 - 24% H2SO4的 KHP 回收率

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)，空白測量值的波動(dòng)會顯著影響到計(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 級硫酸中，測 量結(jié)果如表 3 所示。

表 3：24% H2SO4的低于 500 ppb 的 KHP 回收率

測量結(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完全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)地測量出濃度Z 高為 24%的硫酸中的 TOC。 Z 高 2 ppm KHP 的 實(shí)測回收率具有出色的精確性和準(zhǔn)確性。空白測量值 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)出極 佳的耐用性，且能耐受 H2SO4基質(zhì)，無降解跡象。

       按照歐洲藥典(EP 2.2.44)與美國藥典 (USP 643), 制YY水中TOC的濃度應(yīng)≤ 0.1 mg/l ，用于TOC分析的儀器的檢出限應(yīng)為0.05 mg/l 或更低。
       檢測的強(qiáng)制性限制遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了acquray TOC。圖1顯示的是使用acqurayTOC分析的0.05 mg/l TOC標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰值，與基線明顯不同，與TOC濃度為0.03 mg/l的純水相比，峰值面積更高。兩種樣品的TIC濃度相同，達(dá)到了要求的重現(xiàn)性。注射量為10毫升，可用40毫升的小瓶進(jìn)行三次重復(fù)分析。使用acquray TOC可以獲得更高的注射量，Z高可達(dá)40毫升，這將進(jìn)一步改善由于碳量差異較大而導(dǎo)致的低濃度分離。

圖1. 分析含30ppb TOC 的純水與含50ppb TOC的標(biāo)液， TOC與TIC顯示在同一譜圖中

       采用五種標(biāo)準(zhǔn)溶液對acquray TOC進(jìn)行校準(zhǔn)， TOC濃度范圍為0.05mg/至0.09 mg/l。 標(biāo)液的線性和重現(xiàn)性均良好(見圖1和表1)。根據(jù)校準(zhǔn)報(bào)告，可以計(jì)算出檢測限為2ppb。

表 1.采用acquray TOC分析TOC含量為50-90ppb的標(biāo)液的結(jié)果

圖 2. 0.05 mg/l 至0.09 mg/l的5點(diǎn)校準(zhǔn)

       在樣品制備之前，對玻璃器皿進(jìn)行消毒，并進(jìn)行非常精確的操作是非常重要的，以達(dá)到穩(wěn)定可靠的結(jié)果。此外，所有潛在的污染都必須避免。使用過硫酸鹽作為氧化劑是可以避免的，因?yàn)閺?qiáng)紫外線燈的功率足以氧化如此低的碳量。另外，酸化還應(yīng)使用痕量分析用的磷酸(純度≥99.999%)。

結(jié)論

       結(jié)果表明， acquary TOC適合分析低ppb級的碳。因此，acquray TOC 分析儀是實(shí)驗(yàn)室分析超低碳濃度的樣品的li想選擇。