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简介

      总有机碳（TOC，Total Organic Carbon）分析，为必须进行有机碳分析的工艺提供有价值的数据信息。准确测量低TOC浓度（mg/L）对于保护设备、控制工艺、确保产品质量来说至关重要。但当氯化钠（NaCl）、氯碱、药物浸出物和提取物的浓度过高时，就会给TOC分析造成较大困难，其中包括：

• 阳离子和阴离子的无机物干扰

• 由于氯化物吞噬氧化剂，氧化受限高悬浮或溶解固体

• 污堵燃烧催化剂

• 盐酸（HCl）造成仪器损坏

• 5mg/L碳浓度以下，灵敏度受限

解决方案

       苏伊士Sievers® InnovOx TOC分析仪特别适用于分析高盐样品中的有机碳。其超临界水氧化（SCWO，Super Critical Water Oxidation）技术提供精确、准确、灵敏的TOC定量分析，通过消除无机物干扰使氧化效率达到Z高。此技术能够增加反应器中的待测物量，并更精确地控制气体和样品流量，从而达到6M NaCl 中50μg/L的碳检测限（LOD，Limit of Detection）。

       仪器优越的稳固性和样品处理能力提供了对腐蚀性盐酸的高度耐受性，特别适用于高溶解性和悬浮固体样品。InnovOx成为分析高盐样品的理想工具，其他优点包括：

• 无催化剂或燃烧管污堵或损坏

• 低耗材成本

• 无需空气泵

• 生成在线、实时工艺数据（使用InnovOx 在线型分析仪）

技术

       SCWO技术将有机碳分子氧化成二氧化碳，然后用非色散红外（NDIR，Non-dispersive Infrared）检测技术进行定量分析。样品在水的热力学临界点以上被加热加压。在此条件（375℃和220bar）下，水成为超临界液体，有机物高度可溶，而无机盐却不可溶。即使溶液中有高浓度无机盐，这些条件也能够提高氧化效率，使仪器有效测量侵蚀性和复杂基体中的TOC。

       NDIR检测器稳定可靠，校准频率为6个月。InnovOx TOC分析仪能够准确测量含有悬浮和溶解固体（<800微米）的样品中的TOC。

性能数据

       InnovOx的LOD规格为50μg/L。LOD不同于方法检测限（MDL，Method Detection Limit）。通过15次重复测量用超纯水制成的6M NaCl空白样品来确定MDL。TOC结果的标准偏差为σ，则MDL等于3σ。在图1中，TOC数据的标准偏差为20μg/L，产生60μg/L的MDL。这与仪器的50μg/L LOD规格相似，表明InnovOx检测Z低250微克/升有机碳的能力不受饱和NaCl溶液的影响。

       分别将250、400、600μg/L的蔗糖加标到6M NaCl溶液中，然后用InnovOx进行分析，由此来确定TOC回收率的精确度和准确度。分析参数为：3%（体积百分比）HCl、25%（体积百分比）过硫酸钠氧化剂、0.8分钟吹扫时间。表1中的结果显示，相对于加标值，回收率的偏差在5%以内。甚至低于500μg/L时，相对精确度也好于15%。图2是回收率/标样的比较。在250μg/L至600μg/L范围内的回收性能进一步表明，InnovOx不受6M NaCl基体的影响，甚至在低于1mg/L TOC时也不受影响。

表1: 6M NaCl中低于1mg/L的InnovOx TOC 分析性能

图1: 6M NaCl方法检测限数据

图2:6M NaCl 中低于 1mg/L 的 TOC 回收率

结论

       Sievers InnovOx TOC分析仪适用于恶劣环境和复杂水体。SCWO技术和NDIR检测技术能够对饱和盐溶液进行ppb范围的TOC定量分析。

简介 

总有机碳（TOC，Total Organic Carbon）分析，为 必须进行有机碳分析的工艺提供有价值的数据信息 。准确测量低 TOC 浓度（mg/L）对于保护设备、 控制工艺、确保产品质量来说至关重要。但当氯化 钠（NaCl）、氯碱、药物浸出物和提取物的浓度过 高时，就会给 TOC 分析造成较大困难，其中包括： 

- 阳离子和阴离子的无机物干扰 

- 由于氯化物吞噬氧化剂，氧化受限 

- 高悬浮或溶解固体 

- 污堵燃烧催化剂 

- 盐酸（HCl）造成仪器损坏 

- 5 mg/L 碳浓度以下，灵敏度受限

解决方案

Sievers* InnovOx TOC 分析仪特别适用于分析高盐 样品中的有机碳。其超临界水氧化（SCWO， Super Critical Water Oxidation）技术提供精确、准 确、灵敏的 TOC 定量分析，通过消除无机物干扰使 氧化效率达到Z 高。此技术能够增加反应器中的待 测物量，并更精确地控制气体和样品流量，从而达到 6M NaCl 中 50 μg/L 的碳检测限（LOD，Limit of  Detection）。

仪器优越的稳固性和样品处理能力提供了对腐蚀性盐酸的高度耐受性，特别适用于高溶解性和悬浮固体样品。InnovOx 成为分析高盐样品的理想工具， 其他优点包括：

- 无催化剂或燃烧管污堵或损坏 

- 低耗材成本 

- 无需空气泵 

- 生成在线、实时工艺数据（使用 InnovOx 在线 型分析仪）

技术 

SCWO 技术将有机碳分子氧化成二氧化碳，然后用 非色散红外（NDIR，Non-dispersive Infrared）检 测技术进行定量分析。样品在水的热力学临界点以 上被加热加压。在此条件（375℃和 220 bar）下， 水成为超临界液体，有机物高度可溶，而无机盐却 不可溶。即使溶液中有高浓度无机盐，这些条件也 能够提高氧化效率，使仪器有效测量侵蚀性和复杂 基体中的 TOC。

NDIR 检测器稳定可靠，校准频率为 6 个月。 InnovOx TOC 分析仪能够准确测量含有悬浮和溶解 固体（<800 微米）的样品中的 TOC。

性能数据

InnovOx 的 LOD 规格为 50 μg/L。 LOD 不同于方法 检测限（MDL，Method Detection Limit）。通过 15 次重复测量用超纯水制成的 6M NaCl 空白样品 来确定 MDL。TOC 结果的标准偏差为 σ，则 MDL 等于 3σ。在图 1 中，TOC 数据的标准偏差为 20  μg/L，产生 60 μg/L 的 MDL。这与仪器的 50 μg/L  LOD 规格相似，表明 InnovOx 检测Z 低 250 微克/ 升有机碳的能力不受饱和 NaCl 溶液的影响。

图 1：6M NaCl 方法检测限数据

分别将 250、400、600 μg/L 的蔗糖加标到 6M NaCl 溶液中，然后用 InnovOx 进行分析，由此来确定 TOC 回收率的精确度和准确度。分析参数为：3% （体积百分比）HCl、25%（体积百分比）过硫酸钠氧化剂、0.8分钟吹扫时间。表1中的结果显示， 相对于加标值，回收率的偏差在 5% 以内。甚至低于 500 μg/L 时，相对精确度也好于 15%。图 2 是回收率/标样的比较。在 250 μg/L 至 600 μg/L 范围内 的回收性能进一步表明，InnovOx 不受 6M NaCl 基 体的影响，甚至在低于 1 mg/L TOC 时也不受影响。

表 1：6M NaCl 中低于 1mg/L 的 InnovOx TOC 分析性能

图 2：6M NaCl 中低于 1 mg/L 的 TOC 回收率

结论 

Sievers InnovOx TOC 分析仪适用于恶劣环境和复杂 水体。SCWO 技术和 NDIR 检测技术能够对饱和盐 溶液进行 ppb 范围的 TOC 定量分析。

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。