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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。

       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。

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