高纯六氟乙烷中氯化氢的傅里叶变换红外定量分析

王民涛，柴 华，曾昌华，杨会娥

（中化近代环保化工（西安）有限公司，陕西 西安 710201）

0 引言

六氟乙烷（FC-116）可以在电子行业用作清洗气和蚀刻气。随着电子消费品的升级换代，整个电子工业对电子气体气源的纯度要求越来越高[1]。为了得到高纯度甚至超高纯的电子气体，必须对杂质含量进行严格监控。而使用气相氟化催化合成FC-116[2]，会在生产过程中产生氯化氢，虽然通过水碱洗可以除去绝大部分的HCl 气体，但是残余的微量HCl 仍然可能在等离子刻蚀或化学气相沉积（CVD）反应腔室的清洗过程中对设备及使用效果产生影响。根据客户的要求，产品中的HCl 含量必须严格控制在一定范围，因此，对产品中HCl 含量的监控就显得尤为重要。

傅里叶红外光谱仪（FTIR）可以对多组分混合气体进行分析[3-4]，另外其分辨率高，扫描时间短，在几十分之一秒内即可扫描一次，且其灵敏度极高，样品量可以少到10-9～10-11g[5]，可以实现气体样品的微量甚至痕量分析。本文采用傅里叶变换红外光谱法建立了HCl 的痕量分析方法，并实现了其对产品的在线监测分析。

1 实验原理

实验流程见图1。首先将三通球阀4 切至高纯氮，以其为背景气对样品池1 进行充分吹扫，并用仪器2 对高纯氮进行扫描分析。然后将三通球阀4 切至样品端，样品流经三通球阀4、流量计3 后进入样品池1，最后经过球阀5 排出，同时FTIR 对流经样品池的样品进行实时分析。

图1 实验流程图

按照上述过程将一系列的HCl 标准样品分别用FTIR 分析其红外谱图，然后选取HCl 的特征吸收峰作为定量依据绘制标准曲线，未知样品经FTIR 分析后即可根据标准曲线进行定量分析。

2 仪器及样品

仪器：日本大 电子株式会社IG-1000 傅里叶变换红外光谱仪系统；样品池材质ZnSe，光程长10 cm；DLaTGS 检测器；美国Brooks 质量流量计。

气体样品：10 ppm、1000 ppm HCl 标准样品由大连光明特种气体有限公司提供，其它浓度的标准样品通过两台流量计流量配比实现；高纯氮气由西安阳光气体公司提供。

3 结果讨论

3.1 分析标线

通过用两台质量流量计控制高纯氮和HCl配比的方法稀释1000 ppm 的HCl 标准样品，分别获得50 ppm、100 ppm 和500 ppm 的HCl 标样，并用FTIR 对表1 所示的系列HCl 标准样品进行分析。

表1 HCl 标准样品

接下来需要选取合适的红外吸收特征峰作为定量依据，如何选取不同组分所对应的“特征峰”应依据两个基本原则[6]：一是所选择的“特征峰”在同一体系中尽可能不要重叠；二是所选择的“特征峰”强度要适中，应能准确地定量出低浓度。这是因为当所选择的特征峰与其它组分的红外吸收峰重叠时，其定量分析结果必然会因其它组分含量的变化而发生改变，从而产生分析误差，甚至出现错误的结果。再者化合物的红外吸收并不总是线性的，对某一特征峰而言，当样品的浓度超过一定值后，其对对应红外波段的吸收将发生吸附饱和，从而影响吸光度与样品浓度之间的线性关系，使分析结果产生偏差。而当选取的特征峰吸收太弱时，对于痕量分析，经常会淹没在仪器的噪声中。

图2 HCl 特征峰选取

选定特征峰之后，需要确定吸收峰的吸收强度。通常为了确定样品特征峰的红外吸收强度，有两种方法可供选择：一是以吸收峰的高度作为吸收强度；二是以吸光度对波数的积分值，即吸收峰的峰面积作为吸收强度的量值。

按照上述过程选择了2974～3016 cm-1范围的吸收峰作为HCl 的特征吸收峰，见图2。从图中可以看出，HCl 在该波数范围内有较强的吸收，且与其它杂质及FC-116 的红外吸收没有重叠。将各HCl 标准样品依次分析，选取2974～3016 cm-1范围内的特征吸收峰作为定量依据对其积分确定吸收强度，然后以吸收强度对HCl 标准样品浓度作图（图3）。

图3 标准曲线

由图3 可知，所选取的特征吸收峰在0～1000 ppm 的范围内其吸收强度与HCl 浓度呈良好的线性关系，即说明选取的特征峰除不与其它杂质谱图重叠外，吸收强度也合适，满足上述两个基本原则，可以用于FC-116 产品中微量HCl 的监测。

3.2 样品分析

使用与配制50 ppm、100 ppm 和500 ppm HCl标准样品相同的方法获得FC-116 与HCl 的混合气体样品并用FTIR 进行分析，然后根据上述标准曲线进行分析，所得分析结果见表2。

表2 样品气的配比浓度和测定浓度

由表2 可以看出，仪器对于低浓度样品的分析其相对误差较大，随着样品浓度的增大，误差逐渐减小。这是由于配备的样品池长度太短而造成的。要降低仪器的测量误差，对于低浓度的样品而言，选择足够长度的样品池是必要的。

使用FTIR 对FC-116 中的痕量HCl 进行分析，发现经水碱洗及精馏后的产品中的HCl 含量可以控制在客户要求的范围内，如果再对产品用分子筛进行吸附，则可以将产品中的痕量HCl 完全除去。

4 结论

傅里叶变换红外光谱法在线监测六氟乙烷中的痕量HCl，其检测速度快，下限低，可以很好地应用于电子级高纯及超高纯六氟乙烷中HCl的定量分析和监测。但在方法模型的建立过程中，需要注意选取合适的特征吸收峰以最大限度的降低分析结果的可靠性。另外，对于低浓度样品而言，要想获得足够准确的定量结果，必须选择足够长度的气体样品池。

[1]杨健芳.六氟乙烷（FC-116）应用前将和市场分析[J].浙江化工，2008，39（10）：14-17.

[2]Barry A.六氟乙烷的制备[J].绿箭信息，2000,1（11）：1-5.

[3]高明亮.基于傅里叶变换红外光谱技术的多组分气体定量分析研究[D].安徽:中国科学技术大学，2010.

[4]齐汝宾，尹新，杨立，等.多成分有机气体的近红外光谱定量检测方法[J].光谱学与光谱分析，2008，28（12）：2855-2858.

[5]常建华，董绮功.波谱原理及解析[M].北京：科学技术出版社，2001.

[6]周泽义.FTIR 光谱法定量分析微痕量气体苯系物[J].分析仪器,2010 (3) :42-46.