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小碳：小碳又和大家见面啦！我们的#小碳微课堂#第五期将于8月28日开课。

本期直播课，我们还将从报名观众中随机抽取10名幸运儿，送出一份小礼品，快来报名吧！

（报名时，请准确填写您的邮寄地址。获奖名单将于9月初在微信公众号中公布，敬请留意。）

TOC分析仪和硼分析仪

在微电子/半导体行业中的应用

      微电子/半导体超纯水系统旨在降低水中的潜在污染物，这些污染物可能造成电子器件细微缺陷，从而降低产品质量和生产率。

       芯片尺寸的缩小和线宽的降低，对超纯水系统提出了更高要求，甚至需要将有机污染物控制到小于1 ppb。而为了准确检测如此微量的指标，要求所用的分析技术能够检出所有有机物组分，并且读值不受背景电导、pH和溶氧值变化的影响。

       总有机碳（TOC）分析仪为半导体超纯水检测需求提供了一种量化指标，可用于检测污染物，并适用于故障排除，或改进水系统和特种化学品的处理过程。

此次直播课程中，我们将与您分享以下议题，欢迎收看：

● 微电子/半导体行业超纯水系统中TOC监测的重要性

● TOC检测方法评审和Sievers®分析仪的解决方案

● TOC应用在超纯水系统中的监测点和目的

● 硼分析仪的介绍

● TOC对废水排放和生产化学品溶液纯度的监测

讲师介绍

   王延弘

   项目渠道经理

   Sievers分析仪

       王延弘经理是苏伊士水务技术与方案-Sievers分析仪的项目渠道经理，具有20余年水处理工艺系统设计的工作经验，熟悉制药和半导体用水处理系统中的预处理、反渗透、EDI、TOC等关键设备和仪器的性能，具有9年TOC分析仪的操作、使用和维护经验。

报名方式

       扫下列二维码，进行会议注册，注册成功后，我们将于直播当天通过微信公众号给您发送课程直播提醒，直播时登录直播链接，验证注册时的手机号，即可收看课程。

      若您未收到微信提醒，直播时可通过苏伊士Sievers分析仪的微信公众号菜单：ZX资讯-小碳微课堂进入课程直播。

       如您当天无法收看直播，课程结束后您也可以登录直播链接，验证注册时的手机号，收看课程回放。

概况 

       很多成品Z终质量完全由原材料的初始质量决定， 如聚合物、有机和无机溶剂、清洁剂、纸和杀虫剂。 Z普遍的原材料是氯气与氢氧化钠等，由氯碱行业生产。 

       氯碱工艺就是通过电解近饱和、饱和以及超饱和的盐水来制取氢氧化钠和氯气。在强电流下，盐水分解产生氢氧化钠、氯气和氢气。这就是氯碱工艺， 工艺过程越GX，产品质量和利润就越高。 

       世界氯碱年产量已超过了 4500 万吨，其中北美和亚洲合计产出 1400 万吨，欧洲 1000 万吨，许多其 他区域提供余下的 2100 万吨。

生产方法 

       图 1 即为氯碱制造的大致的流程，从原始的盐水溶 液开始。盐水溶液浓度在 3.5% － 28.0%之间。对 此溶液用盐使之饱和、过滤、然后置入电解池。通强电流后，溶液被电解生成氯气、氢气和产生苛性碱溶液。此过程生成的三种产物都被净化，然后出售或用于其他内部工艺。进入电解池前，在盐水处理工艺的任何工艺点（如灰色区域所示）都可以进行总有机碳 TOC 检测。 

图 1 氯碱工艺

       在苛性碱溶液工艺区（橙色区域），可以进行氢氧 化钠溶液中无机碳（IC）的质量保证检测。

       饱和食盐水在直接电流刺激下被电解，在阳极产生 氯气，在阴极产生氢氧化钠和氢气。 为了避免氢氧化钠、氢气，与氯气发生化学反应，在电解槽中插入一张有孔的隔膜将其隔为阳极室和阴极室 （见图 2）。

       随着氢氧化钠在阴极富集，水被分解成氢气和氢氧根离子，化学方程式如 下： 2Na⁺ + 2H₂O + 2e^-→ H₂+ 2NaOH 要电解出氢氧化钠必须防止氢氧化钠和氯气发生反应。通常，有三种处理方式：在电解槽中加入汞池、隔膜法和使用隔膜池工艺。其中，隔膜池工艺是Z经济有效的电解制碱方法，因为它耗电Z少，在碱浓缩过程中需要的蒸汽也相对较少。 

       膜池工艺使用全氟磺酸膜，具有离子选择性，以分隔阳极与阴极反应。只有钠离子和少量的水可以通过这张膜。 这样可以生产高质量的氢氧化钠（NaOH）。

图 2 氯碱生产

为什么检测总有机碳？ 

       精良的氯碱工艺是建立在严格的变量控制基础上的， 电化过程中的各种影响因子需被监测和控制在一个稳定水平。其中一项重要指标就是盐水溶液中的总有机碳含量。通常，溶液中的总有机碳含量不能超过 10ppm。低于这个值，离子膜可以正常使用，但如果高于这个值，过量的有机物则可能会使溶液发泡阻塞离子膜，局部脱水，严重的甚至灼烧离子膜。 一旦离子膜遭到破坏，就必须重换一张以确保Z佳 效果。如果继续使用原离子膜，就必须大幅加强电压。不管用何种方法处理，一旦制碱过程受到干扰， 生产成本就会增加。

Sievers InnovOx方法学 

       Sievers 分析仪在总有机碳分析领域一直引ling创新的潮流，旨在为Z困难的基体提供Z有力的分析仪。 Sievers InnovOx 总有机碳分析仪在原有基础上进一步创新 ， 采 用 超 有 效 的 超 临 界 水 氧 化 （Supercritical Water Oxidation，SCWO）技术， 能连续分析成百上千的水样，而无需重新校准，无 需系统维护，无更换部件。 

       Sievers InnovOx 分析仪的工作原理基于湿化学氧化技术，在水样中加入酸和氧化剂。通过吹扫去除无机碳，然后在升高的温度下样品被过硫酸盐氧化。 产生的二氧化碳被非色散红外光度计检测。

       分析仪内部配有加温装 置使水样和试剂温度升高，促进有效的氧化反 应，并使液态水转化成超临界水。到这个阶段 就产生了超临界水氧化 （SCWO）现象。这一突破性技术实现了99% 的氧化效率，确保分析结果有很高的准确度和 精确度。 

       同时，每次分析过程结束，InnovOx分析器都会自动去除样品基体中 的污物杂质，以保证没有盐或者氧化副产物遗 留在反应室、管道或阀中。

样品数据 

       表1和图3的数据显示了氯化钠溶液中总有机碳含量的回收率。这说明InnovOx能够有效分析TOC，不被溶液中的盐离子影响。数据表明InnovOx能够测定饱和盐水溶液中的TOC。

表1 TOC 回收率

图3 NaCl回收率

结论 

       氯碱行业负责为成千上万的消费产品提供原材料。 产品的制造商需要一个可接受的纯度起始水平，以保证Z终产品的质量。氯碱行业通过使用TOC及几个其他的关键指标来监测其制造工艺的纯度。

       InnovOx分析仪重新定义了饱和盐水分析的生产量和生产效率。以前使用燃烧法分析仪需要两周才能完成分析的水样，现在使用InnovOx一个晚上就能解决，成本非常小。得益于先进的超临界水氧化 （SCWO）技术，Sievers InnovOx总有机碳TOC分析仪可以对各种困难基体的水样进行分析，可靠、 方便、Z低维护。

挑战 

很多工艺使用无机酸作为重要原料。在确定特定应用的 适用性时，尤其是在确定该应用对工艺和产品的影响时， 准确评估酸的质量是至关重要的。 

酸中的可溶性杂质会影响生产工艺和产品质量。过量的有机污染物带来以下问题：

- 生产工艺效率低下 

- 产品被污染 

- 生产批次不合格 

- 工艺和产品偏差

化工行业都需要确定和控制无机酸的质量。这些行业包 括：原料药物（ API ， Active Pharmaceutical  Ingredient）、化肥、半导体加工、化学衍生物。酸用 于离子交换树脂再生，也可以是产品配方的原料。

在半导体行业中，硫酸用于晶圆蚀刻工艺。酸的纯度和 洁净度对生产至关重要，这就要求硫酸供应商对产品批 次进行污染控制，以满足工艺要求。很多行业在电镀工 艺中使用硫酸铜。为了提高化学品的性能，生产商添加 有机基体的匀染剂和增白剂。了解添加剂的用量及其潜 在的分解物，有助于控制产品质量和工艺。

解决方案

由于有机污染物的种类繁多，用总有机碳（TOC，Total  Organic Carbon）作为评估酸质量的参数不失为测量样 品杂质的有效方法。但是，分析仪器必须具有酸基体的 化学耐受性，并能在低 pH 值下有效氧化有机碳，这样才能得到正确的测量结果。

Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪采用超临界水 氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技术来 测量酸溶液中的 TOC 的 ppm 和 ppb 含量。事实证明，SCWO 技术能够对磷酸、盐酸、硝酸、硫酸进行精 准 的 TOC 定量分析。

技术

Sievers InnovOx 实验室型分析仪采用 SCWO 技术， 将有机碳分子氧化成CO2，然后用非分散红外 （NDIR，Non-dispersive Infrared）检测技术进行精 确定量。在使用 SCWO 技术时，先在水的临界点以上 对样品进行加热和加压。在一定条件下（375˚C 和 220 巴），水成为超临界流体，水中的有机物高度可 溶，而无机盐不溶。这就提高了氧化效率，能够精确 测量腐蚀性和复杂基质中的 TOC，甚至浓酸中的 TOC。

硫酸中含有来自其自身生产过程的各种杂质，包括有 机污染物。这些污染物即使含量极低，也会给要求使 用高纯度原料的工艺带来风险，尤其是给半导体和电 化学沉积工艺带来风险。因此，为了优化工艺操作、 提供产量，必须对酸的质量进行定量分析。

硫酸（H2SO4）

在测试中，向 H2SO4 中加入不同浓度的邻苯二甲酸氢 钾（KHP），以此来评估 Sievers InnovOx 实验室型 分析仪的分析硫酸中 TOC 的能力。将 96%浓度的 ACS 级硫酸稀释到 24%，然后分别加入 0.2、0.5 和 2  ppm TOC 的 KHP，进而证明了分析仪的分析能力。

分析在 0 - 100 ppm 范围内进行，由于样品的 pH 值 适用于 TOC 分析，故无需使用酸剂。10%过硫酸钠氧 化剂足以分析此范围的 TOC。

表 1 中的分析数据包括加标浓度、测自空白 24%硫酸 溶液的 TOC、实测 TOC、以及回收 TOC 的含量和百分比。回收的 TOC 值等于实测 TOC 减去空白 TOC。

表中的数据证明了分析仪能够定量分析浓酸溶液中的 低浓度 TOC。当 TOC 从 2 ppm 降至 0.2 ppm 时，回收率百分比就会从 偏离，这主要是因为加标浓度（200 ppb）接近空白浓度（180 ppb）。在这种低浓 度下，空白浓度或仪器基线的波动会导致结果的波动。

表 1：在 24% H2SO4中的 TOC 分析

第二项测试分析了各种浓度硫酸的 TOC 回收率。将 1  ppm TOC 的 KHP 分别加到 1、5、10 和 24%的 H2SO4中， 测量数据如表 2 所示。回收的 TOC 值等于实测 TOC 减 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 回收率就偏离了 45%。 当 TOC 浓度接近 空白 TOC 浓度时，空白测量值的波动会显著影响到计 算的 TOC 结果。

测试还评估了 Sievers InnovOx 实验室型分析仪分析 24% ACS 级硫酸中 0.1 - 0.5 ppm 范围 TOC 的能力。分 别将 100、200、300 ppb KHP 加到 ACS 级硫酸中，测 量结果如表 3 所示。

表 3：24% H2SO4的低于 500 ppb 的 KHP 回收率

测量结果显示了预期的增长趋势。100 ppb 加标显示 了 50 ppb 的增长，200 ppb 加标显示了 120 ppb 的增 长，300 ppb 加标显示了 230 ppb 的增长。显然，分 析仪能够检测出 410 ppb 基线上的 50 ppb 的增长， 这表明分析仪的灵敏度完全适用于分析如此低的浓度。 对硫酸进行高灵敏度分析的限制因素是基体中的基线 TOC。同任何其它分析一样，基线值附近的结果容易 变化。人们都知道，H2SO4的纯度低于同样浓度的其 它无机酸（如 HCl、HNO3等）的纯度，因此不难预料， 纯品 H2SO4中含有一定量的有机杂质。

结论 

Sievers InnovOx 实验室型分析仪能够精 准地测量出浓度Z 高为 24%的硫酸中的 TOC。 Z 高 2 ppm KHP 的 实测回收率具有出色的精确性和准确性。空白测量值 的大小和稳定性是对 H2SO4进行高灵敏度 TOC 分析的 限制因素。分析仪的灵敏度（检测限 LOD = 水中的 50 ppb）足以区分 100、200 和 300 ppb TOC。分析仪 在整个测试过程中表现出极 佳的耐用性，且能耐受 H2SO4基质，无降解迹象。

挑战 

       过氧化氢（H₂O₂）是许多行业在生产工艺中广泛使用的 重要化学品。许多应用（例如半导体制造）都需要使用高纯度、低污染的 H₂O₂溶液。有效地测量 H₂O₂溶液中的 杂质浓度（特别是有机碳浓度），是确定过 H₂O₂溶液在工艺中的适用性以及 H₂O₂溶液对工艺和产品的影响的关键。 

       H₂O₂ 溶液中的可溶性有机杂质会对半导体工艺和半导体产品造成影响。由于基体产生化学反应，因此分析 H₂O₂ 溶液中的有机物含量极为困难。此外，H₂O₂ 溶液中的有 机化合物很稳定，即使在高反应条件下也难以被完全氧 化。要想对 H₂O₂溶液进行准确而稳健的总有机碳分析， 就需要一种能够有效氧化稳定的有机化合物的仪器和方法。 

解决方案

       TOC 分析被广泛用来评估在半导体工艺中使用的高纯度化学品的质量。但分析仪器必须对易反应的基体具有化学耐受性，并在低 pH 值下能够有效氧化有机碳，以获得有效结果。 

       Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪采用超临界水 氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技术， 能够有效氧化基体中的难以分析的不稳定有机化合物， 从而测量出 TOC 的 ppm 和 ppb 浓度。我们已经用磷酸、盐酸、硝酸、硫酸等酸剂成功完成了 TOC 定量测量。

技术 

        Sievers InnovOx TOC 分析仪采用超临界水氧化技术， 将有机碳分子氧化为 CO₂，然后用非色散红外（NDIR， Non-Dispersive Infrared）检测技术进行精确定量。 在 超临界水氧化过程中，样品被加热、加压，直到水的临 界点以上。在此条件下（375˚C 和 220 巴），水成为超 临界流体，水中的有机物高度可溶，而无机盐不可溶。 此条件提高了氧化效率，从而能够测量出反应性基体或 复杂基体中的 TOC。

过氧化氢 (H₂O₂)  

       我们用 30％H₂O₂ 溶液中的加标咖啡 因的浓度来评估 Sievers InnovOx ES 实验室型分析仪分析 H₂O₂溶液中 TOC 的能力。我们分析了加标样品，并将实际 TOC 结果与预期值进行比较，从而证明了此评估方法的可行性。 

       我们在两个范围（0 - 5000 ppm 和 0 - 20000 ppm） 内进行分析，证明了分析仪在宽广的 TOC 范围内具有适用性 。我们还确定了酸剂 （ HCl ） 和氧化剂 （(NH₄)₂S₂O₈）的Z佳设置，以得到Z准确和Z精确的测量结果。 

       表 1 中的分析数据包括加标浓度、从加标的 30％H₂O₂ 样品中测得的 TOC、TOC 百分比回收率。用实测 TOC 值除以加标值来计算回收的 TOC 值。 分析数据显示，分析仪能够对不同浓度的 H₂O₂ 溶液进 行 TOC 定量测量。为了减少在氧化环境中损失咖啡 因，我们在加标后 3 小时内完成分析。

表 1：对 30％ H₂O₂（0 - 5000 ppm 范围）进行 TOC 分析

       第二项测试评估了在一系列氧化剂设置下的 TOC 回收率的优化情况。向 30％H₂O₂溶液中加入 500 ppm 咖啡 因， 然后在 0 - 20000 ppm 范围内进行分析。测量数据如表 2 所示。用实测 TOC 值除以加标值来计算回收的 TOC 值。

表 2：对 30％ H₂O₂（0 - 20000 ppm 范围）进行 TOC 分析

       在各种氧化剂设置下，500 ppm TOC 的回收率都非常 好。 相对标准偏差（RSD）表明，分析范围的测量精确 度符合标准。用 5％到 10％范围的氧化剂设置，得出了 Z佳结果。 

结论 

    Sievers InnovOx ES 实验室型分析仪能够准确地、精确 地测量 30％的浓缩 H₂O₂溶液中的各种 TOC 浓度。测量 的精确度和准确度很高，咖啡 因回收率可达 500 ppm。 在整个测量过程中，分析仪器表现出极 佳的稳定性，并 且耐受 H₂O₂基体，在规定的维护周期内没有发生降解。 

建议 

       表 3 是建议的 H₂O₂分析参数。使用对各个 TOC 浓度范围建议的参数组，就能得到Z准确和Z精确的测量数据。

表 3：对 30％ H₂O₂的建议的 TOC 分析参数

       挑战 

       过氧化氢（H₂O₂）是许多行业在生产工艺中广泛使用的重要化学品。许多应用（例如半导体制造）都需要使用高纯度、低污染的 H₂O₂溶液。有效地测量 H₂O₂溶液中的杂质浓度（特别是有机碳浓度），是确定过 H₂O₂溶液在工艺中的适用性以及 H₂O₂溶液对工艺和产品的影响的关键。 

       H₂O₂ 溶液中的可溶性有机杂质会对半导体工艺和半导体产品造成影响。由于基体产生化学反应，因此分析 H₂O₂ 溶液中的有机物含量极为困难。此外，H₂O₂ 溶液中的有机化合物很稳定，即使在高反应条件下也难以被完全氧化。要想对 H₂O₂溶液进行准确而稳健的总有机碳分析， 就需要一种能够有效氧化稳定的有机化合物的仪器和方法。

       解决方案 

       TOC 分析被广泛用来评估在半导体工艺中使用的高纯度化学品的质量。但分析仪器必须对易反应的基体具有化 学耐受性，并在低 pH 值下能够有效氧化有机碳，以获 得有效结果。 Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪采用超临界水氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技术， 能够有效氧化基体中的难以分析的不稳定有机化合物， 从而测量出TOC的ppm和ppb浓度。我们已经用磷酸、盐酸、硝酸、硫酸等酸剂成功完成了 TOC 定量测量。

       技术  

       Sievers InnovOx TOC 分析仪采用超临界水氧化技术， 将有机碳分子氧化为 CO₂，然后用非色散红外（NDIR， Non-Dispersive Infrared）检测技术进行精确定量。 在超临界水氧化过程中，样品被加热、加压，直到水的临界点以上。在此条件下（375˚C 和 220 巴），水成为超临界流体，水中的有机物高度可溶，而无机盐不可溶。 此条件提高了氧化效率，从而能够测量出反应性基体或复杂基体中的 TOC。

       过氧化氢 (H₂O₂)  

       我们用 30％H₂O₂ 溶液中的加标咖啡 因的浓度来评估 Sievers InnovOx ES 实验室型分析仪分析 H₂O₂溶液中 TOC 的能力。我们分析了加标样品，并将实际 TOC 结果与预期值进行比较，从而证明了此评估方法的可行性。 

       我们在两个范围（0 - 5000 ppm 和 0 - 20000 ppm）内 进行分析，证明了分析仪在宽广的 TOC 范围内具有适用性 。 我们还确定了酸剂（ HCl ） 和氧化剂（(NH₄)₂S₂O₈）的Z佳设置，以得到Z准确和Z精确的测量结果。

       表 1 中的分析数据包括加标浓度、从加标的 30％H₂O₂ 样品中测得的 TOC、TOC 百分比回收率。用实测 TOC 值除以加标值来计算回收的 TOC 值。 

       分析数据显示，分析仪能够对不同浓度的 H₂O₂ 溶液进行 TOC 定量测量。为了减少在氧化环境中损失咖啡 因，我们在加标后 3 小时内完成分析。

表 1：对 30％ H₂O₂（0 - 5000 ppm 范围）进行 TOC 分析

      第二项测试评估了在一系列氧化剂设置下的 TOC 回收率的优化情况。向 30％H₂O₂溶液中加入 500 ppm 咖啡 因， 然后在 0 - 20000 ppm 范围内进行分析。测量数据如表 2 所示。用实测 TOC 值除以加标值来计算回收的 TOC 值。

表 2：对 30％ H₂O₂（0 - 20000 ppm 范围）进行 TOC 分析

       在各种氧化剂设置下，500 ppm TOC 的回收率都非常好。相对标准偏差（RSD）表明，分析范围的测量精确度符合标准。用 5％到 10％范围的氧化剂设置，得出了Z佳结果。

       结论 

       Sievers InnovOx ES 实验室型分析仪能够准确地、精确 地测量 30％的浓缩 H₂O₂溶液中的各种 TOC 浓度。测量的精确度和准确度很高，咖啡 因回收率可达 500 ppm。 在整个测量过程中，分析仪器表现出极 佳的稳定性，并 且耐受 H₂O₂基体，在规定的维护周期内没有发生降解。

       建议 

       表 3 是建议的 H₂O₂分析参数。使用对各个 TOC 浓度范围 建议的参数组，就能得到Z准确和Z精确的测量数据。

挑战 

       食品和饮料（F＆B，Food and Beverage）生产商 在生产过程中面临着质量、效率、环保等多方面的 挑战，其中包括： 

1.生产商必须提高生产效率 

2. 生产商必须满足食品安全现代化法案（FSMA， Food Safety Modernization Act）的规定，以确保消费者的安全 

3. 生产商面临减少水和资源使用量的压力 

4. 生产效率和消费者安全方面的产品召回带来影响 

       2015 年底发布了 FSMA Z终规则和规定，要求食品饮料公司在生产过程中采取预防性控制措施，而 非反应性措施，来改善产品安全和质量控制。对生产设备进行清洁和灭菌，能够使食品饮料公司更加 主动地防范质量问题。例如，在不同产品共用的生 产设备上消除不同产品之间的交叉污染，对于产品安全和质量至关重要，特别是对含有过敏原的食品 的安全和质量至关重要。 

       在进行灭菌（或消毒）之前，必须先彻底清除生产设备上的污垢和产品残留物，才能确保有效灭菌。 对不干净的设备进行灭菌，不仅浪费时间和金钱， 还会损害该设备上生产的下一批产品的质量。

       美国加州的一家年产 350 多种产品的食品饮料公司， 打算采用新的工艺工具来改善产品质量和安全。该公司位于环保意识很强的加州，因此公司还打算提高生产效率、减少用水量。目前公司采用 ATP 拭 子测试来检测微生物污染，但不断遇到质量问题， 导致产品损失。公司意识到设备清洁验证的重要性， 想要找到一种快速、简便、可靠的方法来改善清洁 过程的质量控制。

解决方案 

       该公司用配置 Turbo 模式的 Sievers* M9 TOC 分 析 仪 成 功 地 进 行 了 总 有 机 碳 （ TOC ， Total  Organic Carbon）分析，以监测原位清洁（CIP， Clean-in-place）周期后的淋洗样品，从而确认 生产设备的清洁度。公司进一步改进清洁过程， 在对设备灭菌之前进行 TOC 分析，以免浪费时 间对不清洁的设备进行灭菌。虽然其他技术（如 ATP 拭子测试）也能检测设备上的微生物污染， 却对于残留污垢来说缺乏测试的准确度和选择性， 而且容易产生“假正”的误报。在清洁验证过程中 增加 TOC 分析，能够使用户更全面地了解设备 的清洁度，排除残留污垢对设备的污染。 

       在过去 15 年甚至更长时间，制药和生物技术行业普遍采用淋洗和擦拭清洁样品的 TOC 分析法， 来确认是否从生产设备上彻底清除了活性药物化合物、辅料、清洗剂等。食品和饮料本身是有机化合物，或含有有机成分（如香料、色料等）， 因此食品饮料行业将淋洗样品的 TOC 分析法作 为确定设备清洁度的GX工具。通过测量 TOC， 就能够检测到生产设备上的任何产品或清洁剂的残留物。

结果 

       表 1 显示了在 CIP Z后淋洗的Z后一分钟内测量到的加州生产厂的吸样样品的 TOC 值。所显示的数据来自用自来水清洗后的同一设备上生产的两种不同的产品。

表 1：淋洗样品的 TOC 测量结果表明，在产品 B 的 CIP 周期后，设备不干净。

       对该设备进行的 ATP 拭子测试结果表明，在产品 A 和产品 B 的 CIP 周期之后，设备上已没有微生 物污染。但 TOC 结果清楚显示，在产品的 CIP 周 期之后，该设备上仍有有机污染物或产品残留物。 操作人员目视检查后确认，生产设备仍然不干净， 需要进行进一步清洁才能确保产品质量和安全。 

       在采用 TOC 分析技术之前，该公司仅仅根据 ATP 拭子测试结果来决定是否进行灭菌。这就可能导致 在不干净的设备上生产下一批产品，造成产品损失。 TOC 结果能够清楚显示设备上是否有有机残留物， 因此食品饮料企业非常愿意用 TOC 分析法来确保 产品质量和安全。此外，监测生产设备上的 TOC 数据趋势，能够使企业主动及时地解决清洁和维护 问题，避免设备故障或产品不洁。

降低用水量和节省成本 

       人口增长、气候干旱、环境问题使得企业越来 越重视降低用水量。清洁工艺是食品饮料企业在减 少用水量时首要考虑的问题之一。企业进行 TOC 分析来验证生产设备的清洁度，就可以在不牺牲质 量的情况下缩短 CIP 周期。例如，TOC 测量时的 数据分析可以帮助企业优化 CIP 周期，确认缩短的清洁周期是否足以清除设备上的所有污垢。缩短 CIP 周期，即使每次缩短几秒钟，都可以积少成多， 大大减少用水量、节约成本。 

       在食品饮料生产设备的清洁过程中，另一个问题就是如何确认设备在空闲一段时间后的清洁度。该加 州生产厂估计，如果减少对空闲超过规定时间的设 备进行清洁的次数，每月节省的水费、劳动力成本、 化学品支出总计可高达 1 万美元。该家工厂很快就会采用淋洗样品的 TOC 分析法来确定空闲后的 设备是否仍然干净，以避免进行不必要的 CIP 周期。 

生产设备故障排除 

       该加州食品饮料生产厂使用配置吸样模式的 Sievers M9 TOC 分析仪来监测整个设备的多个取样点，他们发现有一段生产设备在 CIP 周期中未能被正确淋洗。生产厂从生产容器的上游和下游 的几个端口取样，用 TOC 测量结果来确定故障位置（见图1）。生产厂找到问题所在之后，就能够更改未来 CIP 周期中的水流，并进行工程方面的改变。

图1：生产容器上游和下游的吸样样品的 TOC 分析显示了故障的位置。

投资回报 

       该加州食品饮料生产厂在 36 小时的生产时段中生产多达 50 批产品。如果在生产时段中发生问题、造成产品损失，就会浪费掉至少 20 万美元。 在确定灭菌前的设备清洁度时， TOC 测量法比其他方法都更加准确，能够将产品损失的风险Z小化。因此工厂在生产过程中进行 TOC 分析的投资回报，远远大于购买分析仪的成本，一个生产时段后即可收回成本。 

       此外，一个生产时段之后，通常需要 3 到 7 天才能确认产品可以安全销售。在此期间生产不能停 止，通常还会完成 2 到 3 个生产时段的生产。如果diyi个生产时段中有未纠正的问题，在发现问 题之前就会累计造成 60 多万美元的产品损失。 TOC 分析是一种简便的方法，能够以近乎实时的速度检测出清洁周期中的任何问题，避免发生产品和资金的严重损失。 

       用 TOC 分析法来优化 CIP 周期、减少水量，还能 提高生产效率，每月节省数万美元的劳动力成本、 水费、化学品支出等。 

Sievers M9 TOC 分析仪 

       在此应用中，所选用的 TOC 分析仪应具有较宽的动态范围、能够分析自来水基体（因为许多食品饮 料厂用自来水清洁设备）、能够快速提供可用于决 策的可靠数据。该加州生产厂选用的 Sievers M9  TOC 分析仪，可以分析 0.03 ppb 至 50 ppm TOC 的样品，采用 EPA（美国环保局）和标准方法 （Standard Methods）所批准的方法来分析城市自来水。该款分析仪每年只需校准一次，无需载气。 此外，M9 还能运行在线样品和吸样样品，这就使 其能够用于很多取样位置，以及整个设施的淋洗水流。 

       操作人员用配置 Turbo 模式的 M9 对 CIP 淋洗进行 在线分析，能够实时监测设备的淋洗过程。此外， 还可以在整个淋洗周期的各个点、同一设备部分的各个取样位置、以及多个设备部分上进行吸样取样。 将在线分析和吸样（旁线 at-line）分析结合起来， 就能清楚地看到清洁过程的效率，看到 CIP 周期或设备本身问题的早期征兆。

结论 

       该加州食品饮料厂使用 Sievers M9 TOC 分析仪进行 TOC 分析，改善了清洁过程的效率和质量控制。 事实证明，TOC 分析法比其他方法更加准确，更 能帮助厂家确认设备的清洁度，从而帮助厂家做出正确决策、避免产品损失。在食品饮料生产中采用 TOC 分析法还有更多的优势，这些优势都可以通过优化 CIP 周期、排除生产过程故障来实现。

气相色谱、液相色谱和气相色谱-质谱联用一般用于样品中有机物的定性或定量测试，进行此类测试时为了避免储样容器内残留的有机物影响测试结果，需对取样瓶内有机碳含量进行严格控制。

现取5组不同材质、不同规格的样品瓶及配套瓶盖，按照标准对样品进行前处理，将所得溶液进行有机碳含量的分析检测。根据测试要求，我们选用检测灵敏度高、检出限低的TOC-3000型总有机碳分析仪进行测试，以观察这5种不同规格、型号的样品瓶是否能符合《中华人民共和国药典》2020年版 第四部中9622“药用玻璃材料和容器指导原则”中对储样容器的要求。

一、仪器与试剂

仪器：TOC-3000型总有机碳分析仪（上海元析仪器有限公司）

试剂：邻苯二甲酸氢钾 （基准试剂）、过硫酸钠（优级纯）、磷酸 （优级纯）、

去二氧化碳蒸馏水。

二、溶液配制

1、标准溶液的配制 [ρ（有机碳，C）=1000 mg/L ] ： 

称取2.1254g邻苯二甲酸氢钾（先在115℃下干燥2h），定容至1000mL，混匀，配制成TOC值为 1000mg/L的标准溶液。  

2、过硫酸钠溶液（体积分数为8%）

称取40g过硫酸钠，加入50mL98%的磷酸，用纯水定容至500 mL，混匀。

三、实验方法及实验数据

1、标准曲线的绘制

将标准溶液配制成有机碳浓度分别为0.0、0.5、1.0、2.0、5.0mg/L的标准使用液，选用直接法（NPOC）模式，采用同体积不同浓度进样，以碳的质量为横坐标，以积分面积信号为纵坐标，绘制校准曲线；

NPOC曲线方程：Y=-1737955.6X2+266286.9X+18.3，相关系数R= 0.9999

图1   NPOC标准曲线

2、样品介绍

“样品1”、“样品2”、“样品3”均为2mL进样瓶，瓶身为硼硅酸玻璃材质，瓶盖为聚丙烯材质，内附红色硅胶隔垫（见图2）；“样品4”为20mL顶空螺口进样瓶，瓶身为硼硅酸玻璃材质，瓶盖为铝塑组合盖，内附白色PTFE（聚四氟乙烯）硅胶复合垫片（见图3）；“样品5”为30 mL进样瓶，瓶身为硼硅酸玻璃材质，瓶盖为PP（聚丙烯）塑料盖，内附透明PE（聚乙烯）硅胶垫（见图4）。因五种样品的瓶盖及垫片均为高分子材料，碳元素的存在易对气相色谱、液相色谱等有机物的定性、定量测试产生影响，故需对整套样品瓶以2020年版第四部《中华人民共和国药典》0682章节中“制药用水中总有机碳测定法”为指导原则进行前处理，收集样品瓶中溶液，进行有机碳含量的测试，检测产品是否能符合相关标准及要求。

                                    图2                                                         图3                                                               图4

3、样品前处理

3.1供试溶液配制

取适量现制现用的超纯水，使用98%的磷酸将其pH调至3-4，作为供试溶液，待用。

3.2样品制备

用超纯水清洗干净的滴管将供试溶液倒满20瓶2mL的“样品1”，拧紧瓶盖，在实验室环境下倒置存放48h；

用超纯水清洗干净的滴管将供试溶液倒满20瓶2mL的“样品2”，拧紧瓶盖，在实验室环境下倒置存放48h；

用超纯水清洗干净的滴管将供试溶液倒满20瓶2mL的“样品3”，拧紧瓶盖，在实验室环境下倒置存放48h；

将供试溶液直接倒满5瓶20mL的“样品4”，拧紧瓶盖，在实验室环境下倒置存放48h；

将供试溶液直接倒满3瓶30mL的“样品5”，拧紧瓶盖，在实验室环境下倒置存放48h。

3.3储样容器准备

准备6个100mL容量瓶，制取超纯水后将准备好的容量瓶清洗三遍，放入烘箱烘干，使储样容器条件一致且不会对测试结果产生影响。

3.4样品收集

将制备好的20瓶“样品1”、20瓶“样品2”、20瓶“样品3”、5瓶“样品4”、3瓶“样品5”中溶液分别收集于5个处理干净的100mL容量瓶中，作为样品溶液待测，另取一洁净的容量瓶倒入供试溶液作为空白样，待测。

3.5测试结果

将收集的5个容量瓶中的5个样品溶液及1个空白溶液，使用TOC-3000型总有机碳分析仪，选用NPOC模式进行有机碳含量测试，测试结果如下表所示：

表2 测试结果

注：上表中样品溶液测试数据均为扣除空白后溶液中总有机碳测试结果。

四、总结

TOC-3000型总有机碳分析仪采用高强紫外射线和强氧化剂配合的紫外消解方式来消解样品，进样量高达20mL，可满足超纯水级别样品的应用需求；采用先进的精密气体流量控制技术，屏蔽流速波动带来的影响，保证实验数据的稳定性；自主研发的高性能非色散型红外检测器（NDIR），采用进口光源和探测器，检测灵敏度高、稳定性好，符合2020版第四部《中华人民共和国药典》 的相关测试要求，在制药用水、注射用水、纯化水等质量控制方面有着十分重要的作用。

面对电子半导体行业研发、品质的各种观察、分析、测量要求。

比如打线结合，BGA高度，镀层的表面通常很难直观地观察及测量，但是基恩士VHX-7000N系列高清数码显微镜能够提供精 准的数据支持和高清结构观察。

金线高度检测

BGA高度检测

同时也能直接观察和测量镀层表面面积占比，为改善镀层工艺提供更精 准的数据参考。

连接器镀层检测

挑战 

       在许多工业过程中，硝酸等无机酸被用作原料或成分。在确定这些酸是否适用于生产时，质量评估手 段起关键作用。 

       无机酸溶液中的可溶性杂质会给生产过程和产品造成损害。微量的有机物杂质是可以接受的，但过量 的有机污染物会导致以下问题： 

- 生产过程受到干扰或生产停顿 

- 产品污染 

- 生产批次不合格 

- 生产过程和产品质量不稳定 

       这些挑战导致产品质量降低、生产效率低下、设备 损坏、产品潜在的降解或损失。 

       化工行业需要监测无机酸原料和成分的质量，以确保其符合生产标准。这些行业应用包括：原料药 （API，Active Pharmaceutical Ingredient）、化肥、 化学衍生物等生产行业。现行的有机物监测方法均 采用耗时的、劳动密集型的分析技术，无法帮助企业进行快速决策，监测方法也达不到可接受的精确度。

解决方案 

       测量总有机碳（TOC，Total Organic Carbon）是测量样品中杂质的有效方法，是一种简单的、非特定的、适用范围广的有机污染物测量方法。 

      为了提供稳定可靠的测量结果，有机物监测工具必须对酸性基体有化学耐受性，并能够在低 pH 值下GX地氧化有机碳，以获得有效的、可接受的、可操作的测量结果。

      Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪采用超 临界水氧化 （ SCWO ， Supercritical Water  Oxidation）技术，能够测量酸溶液中的 TOC。分析仪的分析时间为 15 - 30 分钟，具体时间取决于所选的操作模式（TOC 或 NPOC）和所选的分析任务。 

       用 Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪测量含有 100 ppm TOC 蔗糖的 6N (26.5%) HNO₃样品溶液中的 TOC 值。上述酸浓度和有机物的预期含量通常在 API、化肥、化学衍生物行业中都有需要。 

       由于 pH 值较低，无机碳（IC，Inorganic Carbon） 的预期含量也较低，因此无需在不可去除有机碳 （NPOC，Non-purgeable Organic Carbon）模式下吹扫样品。 

       在运行样品之前，先从仪器中取出酸剂，代之以去离子水。用去离子水替换酸剂之后，至少进行 10 次冲洗，确保仪器中没有残留酸剂（先前使 用 3N HCl）。 在 NPOC 模式下，用 Sievers 自动进样器对 20 个样品进行 2 次运行分析。每次运行之后，用 8 个样品瓶去离子水冲洗掉仪器中的 HNO₃。结果 见表 1，其中 σ 是标准偏差，RSD 是相对标准偏差。

表 1：6N HNO₃样品的 NPOC 和 TOC 结果

结论 

       Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪能够准确地、精确地测量 6N HNO₃中的 100 ppm TOC。 运行这些样品的建议模式是 NPOC，无需吹扫样品， 使用 10-15％的氧化剂。在分析 6N HNO₃样品之后， 请务必用去离子水漂洗仪器，以尽量减小仪器损坏的可能。 

建议 

       Sievers InnovOx ES 实验室型 TOC 分析仪非常适合上述应用。如果使用以下附件和配置，分析仪的 性能就可以进一步加强。可选的空气过滤器可以让分析仪使用环境空气来代替加压氮气或仪表空气作为载气。 

       此外，Sievers 自动进样器Z多可以使用 120 个 35 ml 样品管，或者 63 个 40 ml 或 60 ml 样品瓶。建议使用可选的搅拌站和清洗台，以保持样品的均匀性，并且每天清洗自动进样器的针。 

       请务必使用带隔片并经过 TOC 测量认证的玻璃样瓶。经过认证的样瓶能够大大减少来自样品容器的污染，样瓶的隔片能够在分析过程中保持良好的密封。请勿使用塑料容器，因为塑料会向样品中释放有机物。Sievers 提供各种类型的样瓶。 

       请及时维护和更换分析仪的部件（例如管子），确保分析仪在应用中达到Z佳性能。

半导体业务中的典型供应链， 显示了需要材料表征、材料选择、质量控制、工艺优化和失效分析的不同工艺步骤

热分析在半导体封装行业中有不同的应用。使用的封装材料通常是环氧基化合物（环氧树脂模塑化合物、底部填充环氧树脂、银芯片粘接环氧树脂、圆顶封装环氧树脂等）。具有优异的热稳定性、尺寸稳定性以及良好户外性能的环氧树脂非常适合此类应用。固化和流变特性对于确保所生产组件工艺和质量保持一致具有重要意义。

通常，工程师将面临以下问题：

特定化合物的工艺窗口是什么？

如何控制这个过程？

优化的固化条件是什么？

如何缩短循环时间？

珀金埃尔默热分析仪的广泛应用可以提供工程师正在寻找的答案。

差示扫描量热法(DSC)

此项技术Z适合分析环氧树脂的热性能，如图1所示。测量提供了关于玻璃化转变温度(Tg)、固化反应的起始温度、固化热量和工艺Z终温度的信息。

图 1. DSC曲线显示环氧化合物的固化特征

DSC可用于显示玻璃化转变温度，因为它在给定温度下随固化时间（图2）的变化而变化。

图 2. DSC 曲线显示玻璃化转变温度

随着固化时间的延长而逐渐增加

玻璃化转变温度(Tg)是衡量环氧化合物交联密度的良好指标。事实上，过程工程师可以通过绘制玻璃化转变温度与不同固化温度下固化时间的关系图来确定Z适合特定环氧化合物的工艺窗口（图3）。

图 3. 玻璃化转变温度与不同固化温度下的固化时间的关系

如果工艺工程师没有测试这些数据，则生产过程通常会导致产品质量低下，如图4所示。

图 4. 玻璃化转变温度与不同固化温度下的固化时间的关系

在本例中，制造银芯片粘接环氧树脂使用的固化条件处于玻璃化转变温度与时间的关系曲线的上升部分（初始固化过程）。在上述条件下，只要固化时间或固化温度略有改变，就有可能导致结果发生巨大变化。

结果就是组件在引脚框架和半导体芯片之间容易发生分层故障。通过使用功率补偿DSC（例如珀金埃尔默的双炉DSC），生成上述玻璃化转变温度与温度 / 时间关系曲线，可确定Z佳工艺条件。使用此法，即使是高度填充银芯片粘接环氧树脂的玻璃化转变也可以被检测出。这些数据为优化制造工艺提供了极有帮助的信息。

使用DSC技术，可以将固化温度和时间转换至160° C和2.5小时，以此达到优化该环氧树脂固化条件的目的。这一变化使过程稳定并获得一致的玻璃化转变温度值。在珀金埃尔默，DSC不仅被用于优化工艺，而且还通过监测固化产物的玻璃化转变温度值，发挥质量控制工具的作用。

DSC 8000 差示扫描量热仪

DSC 还可以用于确定焊料合金的熔点。用DSC分析含有3%（重量比）铜(Cu)、银(Ag)或铋(Bi)的锡合金。图5中显示的结果表明，不同成分的合金具有非常不同的熔点。含银合金在相同浓度（3%（重量比））下熔点Z低。

图 5. DSC：不同焊接合金在不同湿度环境下的熔点分析

热重分析(TGA)

珀金埃尔默热分析仪有助于设计工程师加深对材料选择的理解。例如，珀金埃尔默TGA 8000®（图6）可以检测出非常小的重量变化，并可用于测量重要的材料参数，如脱气性能和热稳定性。这将间接影响组件的可焊性。图7显示了在230°C 和260° C下具有不同脱气性能的两种环氧树脂封装材料。重量损失（脱气）程度越高，表明与引脚框架接触的环氧树脂密封剂的环氧—引脚框架分离概率越高。

图 6. 珀金埃尔默TGA 8000

图 7. TGA结果显示两种材料具有不同的脱气性能

热机械分析(TMA)

当材料经受温度变化时，TMA可精确测量材料的尺寸变化。对于固化环氧树脂体系，TMA可以输出热膨胀系数(CTE)和玻璃化转变温度。环氧树脂的热膨胀系数是非常重要的参数，因为细金线嵌入环氧化合物中，并且当电子元件经受反复的温度循环时，高热膨胀系数可能导致电线过早断裂。不同热膨胀系数之间的拐点可以定义为玻璃化转变温度（图8）。TMA还可以用于确定塑料部件的软化点和焊料的熔点。

图 8. 显 TMA 4000 测试的典型的 TMA 图

动态力学分析(DMA)

选择材料时，内部封装应力也是关键信息。将DMA与 TMA技术结合，可以获得关于散装材料内应力的定量信息。DMA测量材料的粘弹性，并提供不同温度下材料的模量，具体如图9所示。当材料经历热转变时，模量发生变化，使分析人员能够轻松指出热转变，如玻璃化转变温度、结晶或熔化。

图 9. DMA 8000 测试的典型的 DMA 图

热分析仪用于ASTM® 和IPC材料标准试验、质量控制和材料开发。图10显示了一个涉及热分析仪的IPC试验。珀金埃尔默DMA目前已在半导体行业得到广泛应用。

图 10. DMA：显示透明模塑化合物的内应力

热分析仪是半导体封装行业的重要工具。它们不仅在设计和开发阶段发挥了重要作用，而且还可用于进行故障分析和质量控制。许多标准方法都对热分析的使用进行了描述（图11）。使用珀金埃尔默热分析仪，用户可以优化加工条件并选择合适的材料以满足性能要求，从而确保半导体企业能够生产出高品质的产品。考虑到此类分析可以节省大量成本，热分析仪无疑是一项“必备”试验设备！

图 11. 用于标准方法的热分析仪

失效分析是对于电子元件失效原因进行诊断，在进行失效分析的过程中，往往需要借助仪器设备，以及化学类手段进行分析，以确认失效模式，判断失效原因，研究失效机理，提出改善预防措施。其方法可以分为有损分析，无损分析，物理分析，化学分析等。其中在进行微观形貌检测的时候，尤其是需要观察断面或者内部结构时，需要用到离子研磨仪+扫描电镜结合法，来进行失效分析研究。

离子研磨仪目前是普遍使用的制样工具，可以进行不同角度的剖面切削以及表面的抛光和清洁处理，以制备出适合半导体故障分析的 SEM 用样品。

离子研磨仪

TECHNOORG LINDA

扫描电镜

Phenom SEM

01 离子研磨仪的基本原理

晶片失效分析思路和方法

案例分享 1

优先判断失效的位置

锁定失效分析位置后，决定进行离子研磨仪进行切割

离子研磨仪中进行切割

切割后的样品，放大观察

放大后发现故障位置左右不对称

进一步放大后，发现故障位置挤压变形，开裂，是造成失效的主要原因

变形开裂位置

放大倍数：20,000x

变形开裂位置

放大倍数：40,000x

IC封装测试失效分析

案例分享 2

1、对失效位置进行切割

2、离子研磨仪中进行切割

3、位置1. 放大后发现此处未连接。放大倍数：30,000x

4、位置2. 放大后发现此处开裂。放大倍数：50,000x

PCB/PCBA失效分析

案例分享 3

离子研磨仪

SC-2100

• 适用于离子束剖面切削、表面抛光

• 可预设不同切削角度制备横截面样品

• 可用于样品抛光或最 终阶段的细抛和清洁

• 超高能量离子枪用于快速抛光

• 低能量离子枪适用后处理的表面无损细抛和清洁

• 操作简单，嵌入式计算机系统，全自动设定操作

• 冷却系统标准化，应用于多种类样本

• 高分辨率彩色相机实现实时监控抛光过程

       为了尽可能地降低使工艺和法规风险，选择Z适合其用途的总有机碳（TOC） 测量装置至关重要。美国 FDA 在 法 规 21CFR 211.194 中为制药行业指出，“所有使用的测试方法的适用性应在实际的使用条件下进行验证。” 在要求TOC分析仪的应用中，如果使用TOC传感器（图1），会导致更大的产品和法规风险 ， 更 多超出规范 （Out-of-specification，OOS）结果的产品成本，以及相应的产品召回。

图 1. TOC 传感器与 TOC 分析仪示例

表1. TOC分析仪和传感器的一般特征

       相反地，当使用传感器更合适时使用了TOC分析仪可导致多余的资金消耗和维护费用。当确定TOC分析仪或传感器的选择时，表1对于分析装置的一般特性及其常见用途很有帮助。

评估用途和准确度 

       所有TOC传感器的准确度都低于TOC分析仪。如果TOC装 置准备用于法规报告、管理重要的工艺控制变量、实时控 制参数放行或其他影响质量的产品属性，准确度非常重 要，使用TOC分析仪较合适。另一方面，如果准备用于一 般的TOC监控而不是用于关键的质量决定，则其他特性可 能比准确度更重要，使用TOC传感器较合适。 

       传感器一般用于监控工艺，而分析仪更适合管理工艺。传感器提供的数据仅供参考，分析仪提供的数据用于进行关 键的质量决定。TOC分析仪和传感器都具有重要的作用， 但在当前的超纯水（UPW）应用中其用途和作用不同（表 2）。

TOC技术

       水中的 TOC 测量涉及测量初始CO2（无机碳，IC），将 所有有机物完全氧化为 CO2，然后测量其氧化后的 CO2总 浓度（总碳，TC）。TC – IC = TOC。 

       某些TOC传感器只是部分地将 有机物氧化为CO2，这也解释了 其对UV光难于氧化的化合物， 诸如甲醇和尿素，回收率低。其 他TOC分析仪和传感器将有机 物完全氧化为CO2。TOC传感器 都通过电导率池直接测量CO2（直接电导率，DC方法），会 产生假正及假负的TOC结果。与 之对比，TOC分析仪将CO2通过 选 择 性 膜 扩 散 到 去 离 子 （Deionized，DI）水中，然后使 用膜电导 （Membrane-Eonductometric， MC）法在电导池测量电离的CO2。

图2显示水中不同有机物的回收率表现，显示出传感器和分析仪的功能不同。

在线TOC传感器和分析仪 

       TOC传感器比分析仪更小、便携、快速而且成本更低。Sievers 的CheckPoint TOC传感器对这些特点提供新一代的增强，而且是提供电池操作的第 一台也是唯 一的TOC测量装置。 图2显示分析仪和传感器之间的TOC性能差别。该图总结了不同 类别的有机物在三个TOC分析传感器 — Anatel 643、Thornton  5000、CheckPoint以及两台TOC分析仪 — Sievers* 500和900 上的响应的研究结果。

表2. 预期用途 — TOC分析仪和传感器

       所有传感器对含氯、硫和氮的有机物显示虚假的高回收 率，而对有机酸显示虚假的低回收率。Thornton 5000只 部分氧化有机物并报告较低的甲醇回收率结果。此外，该传感器对于难于氧化的尿素显示不同的回收率，该化合物 在半导体加工过程中非常重要。这些传感器还对痕量的非有机离子敏感，因此对标准品和系统适用性测试造成困难。

       使用膜电导测量方法的Sievers 900和500系列分析仪对所有测试化合物报告接近100％的回收率。 

结论 

• TOC分析仪和传感器都具有重要的作用，但在当前的 UPW应用中其作用不同（表2）。 

• 选择TOC装置时应着重考虑准确度和用途。 

• 使用MC方法的TOC分析仪比传感器更准确，应当应用于涉及法规报告、测量产品质量、实时放行、管理工 艺控制限值和进行系统验证的关键质量决策。 

• 使用DC方法的TOC传感器，无论制造厂商，与生俱来的对于许多类别的有机化合物测定不准确，不应依靠它们进行法规报告或对质量很关键的工艺。其合适用途是一般趋势、故障排查和一般诊断。

随着经济持续快速的增长，为线型滑轨产品提供了巨大的市场空间，在改革开放短短的几十年，中国直线导轨制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。与此同时，很多线型导轨品牌的自主研发能力以及生产能力都在不断提升，台湾高技就是这么一家企业。在质量上，产品是获得ISO 9001国际质量认证以及ISO14001环保认证，在款式和功能上，台湾高技产品可以轻松实现对同类日韩系、台系产品的整套替换。

随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对直线导轨的需求也将迅速增长，未来直线导轨行业还有巨大的发展潜力。

一方面线型滑轨主要用在自动化机械上比较多,像德国进口的机床,折弯机,激光焊接机等等。

另一方面线型滑轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上,直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。因为滚动钢球适应于高速运动、摩擦系数小、灵敏度高，满足运动部件的工作要求，如机床的刀架，拖板等。如果作用在钢球上的作用力太大，钢球经受预加负荷时间过长，导致支架运动阻力增大。

寻求改进质量和提GX率的药品生产商对使用Sievers®总有机碳（TOC）分析仪进行清洁验证的兴趣越来越浓。大多数制药或生物科技厂家目前都配有TOC分析仪以符合美国药典USP、ZG药典ChP的水检测要求，以放行纯化水或注射用水用于清洁或生产过程。因此，大多数厂家已经拥有用于清洁验证的TOC测定方法。

TOC是FDA认可的一种方法➀，用于评估所给样品中所有含碳的化合物，以确保所有设备的清洁都符合所建立的清洁标准。TOC分析允许开发一种方法，用于检测由化合物、分析物或残留物通过直接（擦拭）或间接（冲洗）取样而形成的碳浓度。潜在目标残留物包括药物活性成分（API）、药品赋形剂、蛋白质、蛋白质副产品和清洁剂或成分。

1996年，国际协调会议（ICH）在FDA（CDER & CBER➁）的协助下，创建了指导文件《Q2B：分析步骤的验证》。本文档的目的是为制药公司提供指导，以考虑用于清洁验证的分析方法验证中的具体特征。此应用说明提供了与下列参数相关的多个实例，这些实例均与TOC方法验证有关，因而此应用说明呼应了Q2B指导文件：

■ 检出限和定量限

■ 确定分析物的准确度和精确度

■ 线性和回收百分比

■ 分析方法的稳固性➂

检出限和定量限

检出限（LOD）用于评估何时信号是仪器噪音的结果还是化合物的反应。LOD被视为样本中分析物的ZD检测量，但没有必要的足够的统计确定性来定量。

定量限（LOQ）是对数据有意义还是无意义提供指导而建立的值。低于LOQ的仪器反应表示存在有机物，但无法定量实际浓度。分析仪中的读数高于已建立的LOQ则被视为可定量或有意义的数据。

为了确定背景TOC的浓度并推导出用于清洁验证方案的LOD和LOQ，必须准备低TOC的水空白或棉签空白（如果适用）来计算实验中水和小瓶的碳成分。一旦已经从这些样本中确定了标准偏差，则通常是将标准偏差分别乘以3和10来获得LOD和LOQ➃。

确定分析物的准确度和精确度

了解TOC分析方法验证中准确度和精确度的区别非常重要。准确度与测得值和分析物的真实值的接近程度相关。通常，准确度是计算仪器验证时测得的标准品的TOC浓度与预期的标准品TOC浓度的差值百分比（即+7%）所得。

精确度通过标准偏差或RSD（相对标准偏差）度量。精确度与所给样本的多个分析结果相互之间的接近程度相关。

在TOC方法验证期间，通过分析加了（添加）已知浓度的目标残留物的样品可以测定准确度和精确度，并可以评定差值百分比和RSD。ICH文件推荐至少在三个浓度级别上至少进行九次测定来评估准确度和精确度，这三个浓度级别涵盖了仪器的指定范围➄。

线性和回收百分比验证

通常，线性测试校验仪器反应值是否与所研究分析物的浓度具有线性关系。图1演示了TOC浓度范围从1.00ppm到7.50ppm，牛血清白蛋白（BSA）的线性关系，其中含低TOC水的小瓶中加了已知浓度的BSA。这个例子演示了理论浓度（x轴）对所测得的浓度（y轴）作图所得到的两者之间的线性关系，y=(m)x+b。分析仪的反应值与所研究化合物的相关系数（R2）应大于0.97。

为了确定TOC方法用于分析目标残留物的适用性，有必要确定分析方法可达到的回收率。以下例子使用CIP-100制备已知TOC度的溶液，并将已知量的样本放到不锈钢片上，演示了直接取样方法。在BSA的例子中，在不锈钢片上添加三个递增浓度的CIP-100清洁液，擦拭不锈钢片，然后将此棉签放到已知量的低TOC水中。表1提供了从不锈钢片表面获得的回收百分比结果。

分析方法的稳固性

与实际回收率同样重要的是，用于确定所研究化合物回收百分比的TOC分析方法的重现性或稳健性。在清洁验证方法开发中稳固性是指结果不受方法中参数、或样本之间的小而微妙的变化的影响的能力。还提供了正常使用期间的可靠性指示（例如各个分析员的取样方法）。若希望得到高回收率，回收率一直保持可重复性也同等重要或更为重要，并在整个方法开发期间一直需要对回收率进行检测。表1和表2提供了CIP-100棉签回收率分析信息，由两个不同的分析员测试样本间的变化。

要考虑的ZH几点

评估制药产品质量水平的测试步骤要遵从各项要求。具体到清洁验证来说，当前的药品生产质量管理规范［21 CFR 211.194(a)] 要求，用于评估药品是否符合已建立规范的测试方法必须满足准确度和可靠性的合适标准➆。

同时考虑到分析方法的验证是通过实验室研究建立的过程，本应用说明中说明的（TOC）方法的性能特征满足计划进行的分析应用的某些要求，例如符合药典的水排放和清洁验证。

参考文献

➀.FDA网站：www.fda.gov/cder/guidance/cGMPs/equipmenthtm。

➁.药品评估与研究ZX（CDER）和生物制品评估和研究ZX（CBER)。

➂.Guidance for industry Q2B: Validation of Analytical Procedures. Methodology. November 1996. ICH, FDA, CDER, CBER.

➃.Taylor, John K. Quality Assurance of Chemical Measurements. Lewis Publishers imprint of CRC Press; 1987.

➄.USP <1225> Validation of Compendial Methods..

➅.The Swab Recovery Determination of CIP-100 in Solutions by TOC Analysis Using a Sievers TOC Analyzer, Steris Corporation Analytical Method; 1993. 7. 21 CFR 211.194(a) Laboratory Records.

➆.21 CFR 211.194(a) Laboratory Records.

　　随着节能环保观念深入人心，各个行业也在进行节能环保改变。三元锂电池因其高能量密度、长续航、长寿命等众多优势，被应用在各个行业中。三元锂电池价格优惠市场还逐步扩大，市场也对正负极材料的需求也大幅增加。

　　三元锂电池中含有镍钴锰、镍钴铝、钴酸锂等元素，而钴元素是三元锂电池中的重要的元素之一，因为钴元素不仅有助于提高某些电池的能量密度，还能给延长电池的使用寿命，采用仪景通手持光谱分析仪可以检测出铁和镍共存的钴元素，手持光谱分析仪不仅能筛选出废旧电池当中的元素材料，还能大大提高废旧金属资源回收的利用率。

　　而若是报废后的三元锂电池不安全处理的话，那么其中含有的六氟磷酸锂、碳酸酯类有机物以及钴、铜等重金属，必然会对环境造成潜在的污染威胁。而另外一方面，钴元素也是三元锂电池当中最重要的宝贵资源，具有更高的回收价值，因此要对三元锂电池进行更加有效的科学处理才不会对环境造成损害，且拥有良好的经济效益。

　　仪景通手持光谱分析仪在三元锂电池行业中有以下应用：

　　原材料分析：手持光谱分析仪可以用于对三元锂电池的原材料进行快速分析，例如正极材料(如钴、镍、锰等)、负极材料(如石墨、石墨烯等)以及电解液成分的检测。通过分析和比对不同原材料的光谱特征，可以判断其纯度和质量。

　　质量控制和品质检测：手持光谱分析仪可以用于对三元锂电池生产过程中的质量控制和品质检测。通过收集样本的光谱数据，并与标准比对，可以实时监测各个环节的生产质量，识别可能存在的缺陷或污染物。

　　总的来说，手持光谱分析仪在三元锂电池行业中可以帮助提高生产质量、节约时间和资源成本，并且为电池制造商提供快速、准确的分析数据，从而提升产品竞争力和市场份额。

　　赢洲科技作为奥林巴斯一级品牌代理商，拥有完整的售前售后服务体系，如有仪器购买或维修需求，可联系赢洲科技为您提供原装零部件替换、维修。

       按照欧洲药典(EP 2.2.44)与美国药典 (USP 643), 制YY水中TOC的浓度应≤ 0.1 mg/l ，用于TOC分析的仪器的检出限应为0.05 mg/l 或更低。
       检测的强制性限制远远超过了acquray TOC。图1显示的是使用acqurayTOC分析的0.05 mg/l TOC标准溶液的峰值，与基线明显不同，与TOC浓度为0.03 mg/l的纯水相比，峰值面积更高。两种样品的TIC浓度相同，达到了要求的重现性。注射量为10毫升，可用40毫升的小瓶进行三次重复分析。使用acquray TOC可以获得更高的注射量，Z高可达40毫升，这将进一步改善由于碳量差异较大而导致的低浓度分离。

图1. 分析含30ppb TOC 的纯水与含50ppb TOC的标液， TOC与TIC显示在同一谱图中

       采用五种标准溶液对acquray TOC进行校准， TOC浓度范围为0.05mg/至0.09 mg/l。 标液的线性和重现性均良好(见图1和表1)。根据校准报告，可以计算出检测限为2ppb。

表 1.采用acquray TOC分析TOC含量为50-90ppb的标液的结果

图 2. 0.05 mg/l 至0.09 mg/l的5点校准

       在样品制备之前，对玻璃器皿进行消毒，并进行非常精确的操作是非常重要的，以达到稳定可靠的结果。此外，所有潜在的污染都必须避免。使用过硫酸盐作为氧化剂是可以避免的，因为强紫外线灯的功率足以氧化如此低的碳量。另外，酸化还应使用痕量分析用的磷酸(纯度≥99.999%)。

结论

       结果表明， acquary TOC适合分析低ppb级的碳。因此，acquray TOC 分析仪是实验室分析超低碳浓度的样品的li想选择。

气体吸附分析仪和压汞仪在应用领域的主要区别就是二者在研究材料的孔径上具体应用的范围不同。也就是说纳米级的孔结构一般用气体吸附的方法进行分析，而百纳米至微米级的孔结构就需要用压汞法进行表征。

具体来说主要有以下几个方面：

催化剂的表征 

化工行业的核心技术之一就是所用催化剂的合成和表征。具有多孔结构的催化剂的表征主要通过气体吸附的方法来实现，当然依据孔径尺寸的不同，也有使用压汞法的方法进行分析的。

有机物质

用于胶黏，色谱分析，炸 药，离子交换树脂和其他高分子材料等的研发和质量控制。

岩心比表面分析 

比表面越大，越具有含油、气构造。

油田气蒸汽转化催化剂的研究及质检 

该催化剂以Alfa-Al2O3为载体，适用于以气态烃（如油田气或天然气）为原料制取氨合成气，氢气、甲醇合成气等蒸汽转化工艺。

粉煤灰陶粒研究 

烧结粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料，掺加少量粘接剂（黏土，页岩，煤矸石，固化剂等）和固体燃料（如粉煤），经混合成球，高温焙烧（1200-1300 ℃）得到的人造轻骨料。利用其高吸附比表面的特点，只吸水不吸油，在油田中使用可以除去重油中的水分。

吸附法储存气体技术的开发 

以石油焦为原料制取的块状吸附剂，比表面为2399 m2/g,  在4.0MPa的充气压力和常温下，甲烷的重量媳妇率达17.5%（重），体积比为（V/V）为148。测定甲烷等温吸附线有助于了解整个吸附过程。

除了以上具体的实验表征等领域，气体吸附法和压汞阀在碎屑岩油储地质模拟实验室中也发挥着重要的作用。

同时，在石油行业标准（SY/T6154-95）——岩石比表面和孔径分布测定静态氮吸附容量法中，更加明确了气体吸附方法在该行业中的应用地位。

（来源：贝士德仪器科技（北京）有限公司）