专利名称：7n电子级超纯氨的分析方法
技术领域：
本发明涉及一种利用气路系统及直流放电氦离子化检测器(DID)来分析气体组分，特别是超高纯氨气中痕量组分的分析方法及系统。
背景技术：
LED晶体制造领域需要使用超高纯度(UHP)的氨气，这种要求起因于超高纯氨气用于金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)外延生长过程中，它与金属有机物的前驱物三甲基镓(Ga(CH3)3)在高温高压下发生化学反应，Ga(CH3) 3(g)+NH3(g) — GaN(s)+3CH4 (g)。只有氨气的纯度达到6. 5N以上时，才可以生成光率达到301m/W的高亮蓝光LED以及高亮白光LED。所以供应7N电子级超纯氨的需求激励工业部门研制新的分析技术来测定气体杂质。直流放电氦离子化检测器(DID)是非选择性、通用性很强的检测器，除了载气He 以外，对任何气体都有十分灵敏的响应，最低检测限可至10_9 (ppb级)是目前测定痕量气体杂质用得最多的检测器。在超高纯氨气痕量分析中，最重要是使设计的分析系统受由于氨气吸附及腐蚀带来的影响最小、设计应能很快检出杂质浓度变化，并能在很短的时间内给出平衡的(稳定状态)分析值、以及定量准确、检测限低和分析周期短等特点。在《超高纯氨杂质分析》一文中公开了一种超高纯氨气的分析方法，其方法为选用热导检测器、分子筛柱进行分析，为防止氨气进入热导检测器，采用80°C用5A分子筛吸附氨，同时分离02、队等杂质，使用一段时间后在400°C高温下通氮气活化分子筛柱。上述方法的缺点是1、热导检测器(TCD)的平均检测极限是50X 10_6，不可以做ppb级的痕量检测。2、5A分子筛对氨气是不可逆吸附，虽然在400 V高温下可以解析大部分氨气，但还会有一部分氨气吸附在5A分子筛柱上，从而影响杂质组分的定量准确性和降低检测器的使用寿命。3、由于超高纯氨气中含有少量CO2，但5A分子筛对(X)2也是不可逆吸附，所以此方法不能对(X)2做定量分析，同时随着进样次数的增多而影响柱效。4、由于NH3、CO2进入5A分子筛柱，从而延长分析周期、降低分析效率。
发明内容
本发明为了配合7N电子级超纯氨产业化的工艺研发和生产的需要，根据氨气的物理化学性质，通过有别于常规分析方法的三个方面的创新，提供了一种7N电子级超纯氨杂质痕量分析方法及分析系统。本发明的技术方案是一种7N电子级超纯氨的分析方法，其工艺步骤为
1)取样采用等压进样方式，伴随大流量吹扫置换取样，将7N电子级超纯氨以0. IMPa, 350mL/min的流量置换定量管lmin，确�？焖偌斐鲈又逝ǘ缺浠⒛茉诤芏痰氖奔淠诟銎胶獾姆治鲋�。2)分离痕量杂质将上述取样后的待测样品气用30mL/min流量的载气送入经防
3腐防吸附处理过的分离系统来分离痕量杂质。3)检测将上述经过分离痕量杂质的待测样品气输入检测器得出分析结果。上述分离系统为三阀四柱结构，包括两个预分离柱、两个分析柱、一个十通阀、一个六通阀、一个四通阀，通过气动阀门进行两次切割一次反吹将样品气中的混合峰、CO2与 NH3先后通过预分离柱I分离，混合峰混合有H2、A+Ar+N2+C0、CH4，混合峰进入分析柱I，CO2 进入分析柱II，NH3经预分离柱I反吹放空，预分离柱II进一步将混合峰与CO2分离，从而延长(X)2出峰时间，确保(X)2定量准确，同时预分离柱II又起到吸附经预分离柱I过来的微量 NH3，保证NH3不进入分析柱及检测器。管路阀门系统上述分析方法中所有与样气接触的管路均采用在316L (EP)的基础上内壁做钝化处理的1/8"不锈钢管线，钝化剂采用浓HNO3,防止管壁的吸附影响定量分析。所有与样气接触的阀门选用吹扫型阀门，阀门平面始终处于高纯氦气的保护中，确保切换时无空气渗漏而混入样品之中。色谱条件定量管0. 5mL、载气压力0. 4MPa、驱动气压力0. 4MPa、载气流量30mL/ min、柱温60°C、检测器温度120°C。预分离柱I 长3m，内径1/8〃的不锈钢管，内装80 100目的⑶X-501 预分离柱II 长ail，内径1/8〃的不锈钢管，内装80 100目的Hays印Q; 分析柱I 长2m，内径1/8"的不锈钢管，内装80 100目的5A分子筛； 分析柱II 长2m，内径1/8〃的不锈钢管，内装80 100目的Hays印Q ；
检测系统选用美国进口直流放电氦离子化检测器(DID)检测经分离系统分离的杂质含量，平均检测极限5X10-9。本发明的有益效果是使用单一仪器测定超高纯氨气中至少六种关键杂质的方法，其灵敏度小于十亿分之一。使用一种系统，它可以用单一仪器测定超高纯氨气中至少六种关键杂质，其灵敏度小于十亿分之一。本发明能在很短的时间内给出取样的平衡分析值、 还具有定量准确，检测限低和分析周期短的优点。
附图1是本发明分离系统的结构图中1.定量管；2.十通阀；3.预分离柱I ；4.预分离柱II ；5.分析柱I ；6.DID检测器；7.六通阀；8.分析柱II ；9.四通阀；10.载气。
具体实施例方式以下，参照附图1对本发明进行说明。使用7N电子级超纯氨气作为样品，该样品以0. lMPa,350mL/min的流量置换定量管(1)。置换Imin后，启动操作程序。0. OOmin打开十通阀(2)，载气(10)将样品气送入预分离柱I (3)。样品气在预分离柱I中得到分离，分离顺序依次为混合峰(H2、A+Ar+N2+C0、 CH4), CO2, NH30混合峰(H2、02+Ar+N2+C0, CH4)最先通过预分离柱I和预分离柱II (4)，在分析柱I ( 中得到分析，并通过DID检测器(6)检测。待确保混合峰中最后一个组分CH4进入分析柱I (5)且CO2没有从预分离柱II (4)中流出来时，2.70min打开六通阀(7)使预分离柱II⑷与分析柱II⑶串联，将CO2引入分析柱II⑶中。分析柱II的目的是将0)2与混合峰进一步分离，使分析柱I中的组分都通过DID检测器(6)后，再检测CO2，有利于峰型标准定量准确。待CO2进入预分离柱II后，3. OOmin关闭十通阀O)，将停留在预分离柱I中的NH3通过载气(10)反吹出去。待分析柱I中的所有组分经DID检测器(6)检测完毕后， 4. SOmin打开四通阀(9)，使分析柱II中的CO2进入DID检测器得到检测。最后待所有预分析的组分都得到检测后6. 50min关闭六通阀(7)和7. OOmin关闭四通阀(9)。
分析谱图，得到分析结果。操作程序表如下
权利要求
1.一种7N电子级超纯氨的分析方法，其特征是其工艺步骤为1)取样采用等压进样方式，伴随大流量吹扫置换取样，将7N电子级超纯氨以0.IMPa, 350mL/min的流量置换定量管lmin，确�？焖偌斐鲈又逝ǘ缺浠⒛茉诤芏痰氖奔淠诟銎胶獾姆治鲋担�2)分离痕量杂质将上述取样后的待测样品气用30mL/min流量的载气送入经防腐防吸附处理过的分离系统来分离痕量杂质；3)检测将上述经过分离痕量杂质的待测样品气输入检测器得出分析结果。
2.根据权利要求1所述的7N电子级超纯氨的分析方法，其特征在于上述分离系统为三阀四柱结构，包括两个预分离柱、两个分析柱、一个十通阀、一个六通阀、一个四通阀，通过气动阀门进行两次切割一次反吹将样品气中的混合峰、CO2与NH3先后通过预分离柱I分离，混合峰混合有H2、&+Ar+N2+C0、CH4,混合峰进入分析柱I，(X)2进入分析柱II，NH3经预分离柱I反吹放空，预分离柱II进一步将混合峰与(X)2分离，从而延长(X)2出峰时间，确保(X)2 定量准确，同时预分离柱II又起到吸附经预分离柱I过来的微量NH3，保证NH3不进入分析柱及检测器。
3.根据权利要求1所述的7N电子级超纯氨的分析方法，其特征在于检测器为直流放电氦离子化检测器。
4.根据权利要求1所述的7N电子级超纯氨的分析方法，其特征在于上述分析方法中所有与样气接触的管路均采用在316L (EP)的基础上内壁做钝化处理的1/8"不锈钢管线，钝化剂采用浓HNO3，防止管壁的吸附影响定量分析；所有与样气接触的阀门选用吹扫型阀门，阀门平面始终处于高纯氦气的保护中，确保切换时无空气渗漏而混入样品之中。
5.根据权利要求2所述的7N电子级超纯氨的分析方法，其特征在于预分离柱I为长 3m，内径1/8〃，内装80 100目的⑶X-501填充柱。
6.根据权利要求2所述的7N电子级超纯氨的分析方法，其特征在于预分离柱II为长 2m，内径1/8〃，内装80 100目的Hays印Q填充柱。
7.根据权利要求2所述的7N电子级超纯氨的分析方法，其特征在于分析柱I为长 2m，内径1/8〃，内装80 100目的5A分子筛填充柱。
8.根据权利要求2所述的7N电子级超纯氨的分析方法，其特征在于分析柱II为长 2m，内径1/8〃，内装80 100目的Hays印Q填充柱。
全文摘要
本发明涉及一种测定7N电子级超纯氨中痕量杂质浓度的方法，该方法通过防腐防吸附处理的管路系统、大流量置换吹扫取样以及三阀四柱切割反吹气路系统使超高纯氨气中的痕量杂质得以分离，并用直流放电氦离子化检测器(DID)分析杂质气体。其优点是能在很短的时间内给出平衡的(稳定状态)分析值、以及定量准确、检测限低和分析周期短。
文档编号G01N30/20GK102183610SQ20111005871
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者吴彦敏, 李英辉, 金向华 申请人:苏州金宏气体股份有限公司
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