李 智，程 鵬

·分析與測試·

全氟丙烷中的多種雜質(zhì)色譜(DID)分析

李 智1，程 鵬2

(1.廣東華特氣體股份有限公司，廣東 佛山 528241；2.愛爾蘭AGC儀器有限公司 北京代表處，北京 102628)

概述了采用配置DID檢測器的氣相色譜分析全氟丙烷的原理及方法。利用中心切割技術(shù)對全氟丙烷中的H2、O2+Ar、N2、CH4、CO、CF4、CO2、C2F6、C3F8、C3F6、C3H2F6、C4F8、C3HF7進行定量分析，用多種不同標氣進行定性分析。實驗結(jié)果證明，該方法能很好的避免C3F8主峰對各種碳氟化物雜質(zhì)峰的干擾，分離效果好，響應(yīng)高。

氦離子化；全氟丙烷；中心切割；碳氟化物

全氟丙烷，也叫八氟丙烷，英文名為Perfluoropropane，其分子式為C3F8，沸點為-36.6℃，熔點為-147.6℃。八氟丙烷具有很好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。它的無毒、無嗅、不燃、不溶于水和油，在有機溶劑中溶解度甚小、電絕緣性好、介電率高、導熱性佳和生理耐藥性能等的特點而被人們所青睞，目前，八氟丙烷被廣泛應(yīng)用于電子、微電子等行業(yè)。在醫(yī)學臨床上還有兩大主要用途，一是如報道所說的用作玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)后填充物，二是用于超聲造影劑[1]。

由于八氟丙烷無毒無嗅、穩(wěn)定性強，作為蝕刻劑、清洗劑而被廣泛應(yīng)用在半導體制造過程。隨著半導體和太陽能及LED的蓬勃發(fā)展，在未來很長時間內(nèi)其需求量會呈上升趨勢，市場對高純電子級八氟丙烷的需求量將越來越大。由于該產(chǎn)品國內(nèi)沒有生產(chǎn)廠家，完全依賴進口，價格昂貴，常常會因國際形勢緊張和政策變化而受到限制。

1 實驗方法

1.1 方法簡述

本實驗采用配置雙DID檢測器的NovaChrom1000氣相色譜儀分析，該儀器配置電子流量顯示，在進樣分析時可以讓進樣量更精確，維護時也可更方便的調(diào)節(jié)流量。DID檢測器對雜質(zhì)組分的檢測限低，靈敏度高，能夠滿足樣品中微量雜質(zhì)的檢測要求。雙檢測器能避開兩根柱子在選擇進檢測器時產(chǎn)生的基線漂移而導致的數(shù)據(jù)偏差。

因氦放電離子化檢測器對包括氖在內(nèi)的幾乎所有物質(zhì)均有響應(yīng)，所以這些碳氟化物雜質(zhì)都會有響應(yīng)。因響應(yīng)高，全氟丙烷在進入色譜柱后會覆蓋部分碳氟化物的雜質(zhì)峰，這里采用中心切割技術(shù)切除大部分的全氟丙烷來減少對雜質(zhì)峰的干擾。用反吹的方法分析全氟丙烷里的常規(guī)組分。

1.2 檢測器工作原理[2]

DID檢測器的主體由上下兩個小室構(gòu)成，稱為電離室和放電室，兩室之間狹縫相通。放電室內(nèi)兩個高壓電極上加以高壓電后，產(chǎn)生放電，得到一束400～500 nm的紫外光輻。高能光子先將載氣氦原子激發(fā)至亞穩(wěn)態(tài)(He*)，然后He*再與樣品中雜質(zhì)分子發(fā)生非彈性碰撞并使其電離。此時在極化集上加一極化電壓，使被電離的電子形成定向移動，在收集極上收集到被電離的電子流，并將其傳送信號放大器進行放大和記錄，即得到被測組分的譜峰。由于光子和He*具有較高能量(24.8 eV)，因此可使包括氖在內(nèi)的一切物質(zhì)分子電離[2]。

圖1 DID檢測器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of DID Detector

2 試驗過程[3]

2.1 流程圖

試驗流程分別見圖1、圖2。

圖2 MS流程圖Fig.2 MS Pluming diagram

圖3 HS流程圖Fig.3 HS Pluming diagram

2.2 實驗儀器及配套設(shè)施

AGC NovaCHROM 1000 DID氣相色譜儀，檢測器：DID放電離子化檢測器。標氣(佛山華特氣體)，標氣濃度見表1。

表1 標氣濃度Table 1 Concentration of stangard gas

2.3 實驗條件

檢測器放電電壓500 V，檢測器溫度：100℃。色譜柱1：0.5 m ×1/8’Hayesep Q，溫度80℃；色譜柱2：3 m×1/8’ 5A分子篩，溫度100℃；色譜柱3：3 m×1/8’改性石墨化碳黑柱，溫度80℃；色譜柱4：3 m×1/8’改性石墨化碳黑柱，溫度80℃。載氣：6N高純氦氣，載氣流速：40 mL/min。

2.4 定性定量分析

碳氟化物種類繁多，先用多種標氣定性，在進行樣品分析。

無機氣體定量分析，高低壓置換樣品5～10次直至氧氮不再降低，控制進樣量后進行采樣分析。

2.4.1 標樣譜圖

標樣譜圖分別見圖4～10。

圖4 標樣1譜圖Fig.4 Chromatogram of standard gas No.1

圖5 標樣2譜圖Fig.5 Chromatogram of standard gas No.2

圖6 標樣3譜圖Fig.6 Chromatogram of standard gas No.3

圖7 標樣4譜圖Fig.7 Chromatogram of standard gas No.4

圖8 標樣5譜圖Fig.8 Chromatogram of standard gas No.5

圖9 標樣6譜圖Fig.9 Chromatogram of standard gas No.6

圖10 標樣7譜圖Fig.10 Chromatogram of standard gas No.7

2.4.2 樣品譜圖

樣品譜圖見圖11～12。

2.5 定量方法

采用峰面積定量，外標法計算結(jié)果，計算公式如下：

式中，Ci為樣品中被測雜質(zhì)體積分數(shù)(10-6)；Ai為譜圖中該雜質(zhì)峰的峰面積(mVs)；Cs為標樣中該雜質(zhì)的濃度；As為標樣譜圖中該雜質(zhì)組分的峰面積。

圖11 C3F8樣品一中碳氟化物雜質(zhì)譜圖Fig.11 Fluorochemicals in C3F8 sample 1# gas

圖12 C3F8樣品二中碳氟化物雜質(zhì)譜圖Fig.12 Fluorochemicals in C3F8 sample 2# gas

3 結(jié) 論

碳氟化物的定性需要多種標氣配合使用。該方法能很好的分離全氟丙烷中的多種碳氟化物，中心切割法能完美的排除C3F8主峰對雜質(zhì)峰的干擾，提高分析結(jié)果的準確度。

[1] 孫福楠.特種氣體實用手冊[G].大連：中昊光明化工設(shè)計研究院有限公司《低溫與特氣》編輯部，2011.

[2] 曾素芳，王非非.AGC氦放電離子化檢測器(DID)氣相色譜儀在特種氣體分析中的應(yīng)用[J].低溫與特氣,2011,29(3): 37-44.

[3] 程鵬.DID氦離子化檢測器對高純硅烷的分析及探討[C]//全國特種氣體第十七次年會論文集.大連：《低溫與特氣》編輯部,2013.

The Analysis of Impurities in C3F8Using DID Gas Chromatograph

LI Zhi1,CHENG Peng2

( 1.Guangdong Huate Gas Co.,Ltd.,Foshan 528241,China; 2.Beijing Office,AGC Instruments Co.,Ltd.,Beijing 102628,China )

This paper introduces the principle and method to analysis the C3F8using the GC with DID detector.Using the heart cut technology to analysis H2,O2+Ar,N2,CH4,CO,CF4,CO2,C2F6,C3F8,C3F6,C3H2F6,C4F8,C3HF7,and using different calibration gas to do the qualitative analysis work.The results shows this method can avoid the influence of the C3F8to the other fluorochemicals,with well separation and high response.

DID detector; C3F8; heart cut; fluorochemicals

2017-07-01

TQ117

A

1007-7804(2017)04-0035-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.04.011

李 智(1975)，男，廣東華特氣體股份有限公司品管部副經(jīng)理，畢業(yè)于華南理工大學化學與工程技術(shù)專業(yè)。20余年來一直來在公司從事氣體檢測方面的工作，近幾年來主要研發(fā)了多種高純碳氟氣分析工作。