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，楊會娥

（中化近代環保化工（西安）有限公司，陜西 西安 710201）

0 引言

六氟乙烷（FC-116）可以在電子行業用作清洗氣和蝕刻氣。隨著電子消費品的升級換代，整個電子工業對電子氣體氣源的純度要求越來越高[1]。為了得到高純度甚至超高純的電子氣體，必須對雜質含量進行嚴格監控。而使用氣相氟化催化合成FC-116[2]，會在生產過程中產生氯化氫，雖然通過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氣相沉積（CVD）反應腔室的清洗過程中對設備及使用效果產生影響。根據客戶的要求，產品中的HCl 含量必須嚴格控制在一定范圍，因此，對產品中HCl 含量的監控就顯得尤為重要。

傅里葉紅外光譜儀（FTIR）可以對多組分混合氣體進行分析[3-4]，另外其分辨率高，掃描時間短，在幾十分之一秒內即可掃描一次，且其靈敏度極高，樣品量可以少到10-9～10-11g[5]，可以實現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，并實現了其對產品的在線監測分析。

1 實驗原理

實驗流程見圖1。首先將三通球閥4 切至高純氮，以其為背景氣對樣品池1 進行充分吹掃，并用儀器2 對高純氮進行掃描分析。然后將三通球閥4 切至樣品端，樣品流經三通球閥4、流量計3 后進入樣品池1，最后經過球閥5 排出，同時FTIR 對流經樣品池的樣品進行實時分析。

圖1 實驗流程圖

按照上述過程將一系列的HCl 標準樣品分別用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繪制標準曲線，未知樣品經FTIR 分析后即可根據標準曲線進行定量分析。

2 儀器及樣品

儀器：日本大 電子株式會社IG-1000 傅里葉變換紅外光譜儀系統；樣品池材質ZnSe，光程長10 cm；DLaTGS 檢測器；美國Brooks 質量流量計。

氣體樣品：10 ppm、1000 ppm HCl 標準樣品由大連光明特種氣體有限公司提供，其它濃度的標準樣品通過兩臺流量計流量配比實現；高純氮氣由西安陽光氣體公司提供。

3 結果討論

3.1 分析標線

通過用兩臺質量流量計控制高純氮和HCl配比的方法稀釋1000 ppm 的HCl 標準樣品，分別獲得50 ppm、100 ppm 和500 ppm 的HCl 標樣，并用FTIR 對表1 所示的系列HCl 標準樣品進行分析。

表1 HCl 標準樣品

接下來需要選取合適的紅外吸收特征峰作為定量依據，如何選取不同組分所對應的“特征峰”應依據兩個基本原則[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”強度要適中，應能準確地定量出低濃度。這是因為當所選擇的特征峰與其它組分的紅外吸收峰重疊時，其定量分析結果必然會因其它組分含量的變化而發生改變，從而產生分析誤差，甚至出現錯誤的結果。再者化合物的紅外吸收并不總是線性的，對某一特征峰而言，當樣品的濃度超過一定值后，其對對應紅外波段的吸收將發生吸附飽和，從而影響吸光度與樣品濃度之間的線性關系，使分析結果產生偏差。而當選取的特征峰吸收太弱時，對于痕量分析，經常會淹沒在儀器的噪聲中。

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度。通常為了確定樣品特征峰的紅外吸收強度，有兩種方法可供選擇：一是以吸收峰的高度作為吸收強度；二是以吸光度對波數的積分值，即吸收峰的峰面積作為吸收強度的量值。

按照上述過程選擇了2974～3016 cm-1范圍的吸收峰作為HCl 的特征吸收峰，見圖2。從圖中可以看出，HCl 在該波數范圍內有較強的吸收，且與其它雜質及FC-116 的紅外吸收沒有重疊。將各HCl 標準樣品依次分析，選取2974～3016 cm-1范圍內的特征吸收峰作為定量依據對其積分確定吸收強度，然后以吸收強度對HCl 標準樣品濃度作圖（圖3）。

圖3 標準曲線

由圖3 可知，所選取的特征吸收峰在0～1000 ppm 的范圍內其吸收強度與HCl 濃度呈良好的線性關系，即說明選取的特征峰除不與其它雜質譜圖重疊外，吸收強度也合適，滿足上述兩個基本原則，可以用于FC-116 產品中微量HCl 的監測。

3.2 樣品分析

使用與配制50 ppm、100 ppm 和500 ppm HCl標準樣品相同的方法獲得FC-116 與HCl 的混合氣體樣品并用FTIR 進行分析，然后根據上述標準曲線進行分析，所得分析結果見表2。

表2 樣品氣的配比濃度和測定濃度

由表2 可以看出，儀器對于低濃度樣品的分析其相對誤差較大，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度太短而造成的。要降低儀器的測量誤差，對于低濃度的樣品而言，選擇足夠長度的樣品池是必要的。

使用FTIR 對FC-116 中的痕量HCl 進行分析，發現經水堿洗及精餾后的產品中的HCl 含量可以控制在客戶要求的范圍內，如果再對產品用分子篩進行吸附，則可以將產品中的痕量HCl 完全除去。

4 結論

傅里葉變換紅外光譜法在線監測六氟乙烷中的痕量HCl，其檢測速度快，下限低，可以很好地應用于電子級高純及超高純六氟乙烷中HCl的定量分析和監測。但在方法模型的建立過程中，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果的可靠性。另外，對于低濃度樣品而言，要想獲得足夠準確的定量結果，必須選擇足夠長度的氣體樣品池。

[1]楊健芳.六氟乙烷（FC-116）應用前將和市場分析[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的多組分氣體定量分析研究[D].安徽:中國科學技術大學，2010.

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

[5]常建華，董綺功.波譜原理及解析[M].北京：科學技術出版社，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.