全氟丙烷中的多种杂质色谱(DID)分析

李 智，程 鹏

·分析与测试·

全氟丙烷中的多种杂质色谱(DID)分析

李 智1，程 鹏2

(1.广东华特气体股份有限公司，广东 佛山 528241；2.爱尔兰AGC仪器有限公司 北京代表处，北京 102628)

概述了采用配置DID检测器的气相色谱分析全氟丙烷的原理及方法。利用中心切割技术对全氟丙烷中的H2、O2+Ar、N2、CH4、CO、CF4、CO2、C2F6、C3F8、C3F6、C3H2F6、C4F8、C3HF7进行定量分析，用多种不同标气进行定性分析。实验结果证明，该方法能很好的避免C3F8主峰对各种碳氟化物杂质峰的干扰，分离效果好，响应高。

氦离子化；全氟丙烷；中心切割；碳氟化物

全氟丙烷，也叫八氟丙烷，英文名为Perfluoropropane，其分子式为C3F8，沸点为-36.6℃，熔点为-147.6℃。八氟丙烷具有很好的化学稳定性和热稳定性。它的无毒、无嗅、不燃、不溶于水和油，在有机溶剂中溶解度甚小、电绝缘性好、介电率高、导热性佳和生理耐药性能等的特点而被人们所青睐，目前，八氟丙烷被广泛应用于电子、微电子等行业。在医学临床上还有两大主要用途，一是如报道所说的用作玻璃体视网膜手术后填充物，二是用于超声造影剂[1]。

由于八氟丙烷无毒无嗅、稳定性强，作为蚀刻剂、清洗剂而被广泛应用在半导体制造过程。随着半导体和太阳能及LED的蓬勃发展，在未来很长时间内其需求量会呈上升趋势，市场对高纯电子级八氟丙烷的需求量将越来越大。由于该产品国内没有生产厂家，完全依赖进口，价格昂贵，常常会因国际形势紧张和政策变化而受到限制。

1 实验方法

1.1 方法简述

本实验采用配置双DID检测器的NovaChrom1000气相色谱仪分析，该仪器配置电子流量显示，在进样分析时可以让进样量更精确，维护时也可更方便的调节流量。DID检测器对杂质组分的检测限低，灵敏度高，能够满足样品中微量杂质的检测要求。双检测器能避开两根柱子在选择进检测器时产生的基线漂移而导致的数据偏差。

因氦放电离子化检测器对包括氖在内的几乎所有物质均有响应，所以这些碳氟化物杂质都会有响应。因响应高，全氟丙烷在进入色谱柱后会覆盖部分碳氟化物的杂质峰，这里采用中心切割技术切除大部分的全氟丙烷来减少对杂质峰的干扰。用反吹的方法分析全氟丙烷里的常规组分。

1.2 检测器工作原理[2]

DID检测器的主体由上下两个小室构成，称为电离室和放电室，两室之间狭缝相通。放电室内两个高压电极上加以高压电后，产生放电，得到一束400～500 nm的紫外光辐。高能光子先将载气氦原子激发至亚稳态(He*)，然后He*再与样品中杂质分子发生非弹性碰撞并使其电离。此时在极化集上加一极化电压，使被电离的电子形成定向移动，在收集极上收集到被电离的电子流，并将其传送信号放大器进行放大和记录，即得到被测组分的谱峰。由于光子和He*具有较高能量(24.8 eV)，因此可使包括氖在内的一切物质分子电离[2]。

图1 DID检测器结构示意图Fig.1 Structure diagram of DID Detector

2 试验过程[3]

2.1 流程图

试验流程分别见图1、图2。

图2 MS流程图Fig.2 MS Pluming diagram

图3 HS流程图Fig.3 HS Pluming diagram

2.2 实验仪器及配套设施

AGC NovaCHROM 1000 DID气相色谱仪，检测器：DID放电离子化检测器。标气(佛山华特气体)，标气浓度见表1。

表1 标气浓度Table 1 Concentration of stangard gas

2.3 实验条件

检测器放电电压500 V，检测器温度：100℃。色谱柱1：0.5 m ×1/8’Hayesep Q，温度80℃；色谱柱2：3 m×1/8’ 5A分子筛，温度100℃；色谱柱3：3 m×1/8’改性石墨化碳黑柱，温度80℃；色谱柱4：3 m×1/8’改性石墨化碳黑柱，温度80℃。载气：6N高纯氦气，载气流速：40 mL/min。

2.4 定性定量分析

碳氟化物种类繁多，先用多种标气定性，在进行样品分析。

无机气体定量分析，高低压置换样品5～10次直至氧氮不再降低，控制进样量后进行采样分析。

2.4.1 标样谱图

标样谱图分别见图4～10。

图4 标样1谱图Fig.4 Chromatogram of standard gas No.1

图5 标样2谱图Fig.5 Chromatogram of standard gas No.2

图6 标样3谱图Fig.6 Chromatogram of standard gas No.3

图7 标样4谱图Fig.7 Chromatogram of standard gas No.4

图8 标样5谱图Fig.8 Chromatogram of standard gas No.5

图9 标样6谱图Fig.9 Chromatogram of standard gas No.6

图10 标样7谱图Fig.10 Chromatogram of standard gas No.7

2.4.2 样品谱图

样品谱图见图11～12。

2.5 定量方法

采用峰面积定量，外标法计算结果，计算公式如下：

式中，Ci为样品中被测杂质体积分数(10-6)；Ai为谱图中该杂质峰的峰面积(mVs)；Cs为标样中该杂质的浓度；As为标样谱图中该杂质组分的峰面积。

图11 C3F8样品一中碳氟化物杂质谱图Fig.11 Fluorochemicals in C3F8 sample 1# gas

图12 C3F8样品二中碳氟化物杂质谱图Fig.12 Fluorochemicals in C3F8 sample 2# gas

3 结 论

碳氟化物的定性需要多种标气配合使用。该方法能很好的分离全氟丙烷中的多种碳氟化物，中心切割法能完美的排除C3F8主峰对杂质峰的干扰，提高分析结果的准确度。

[1] 孙福楠.特种气体实用手册[G].大连：中昊光明化工设计研究院有限公司《低温与特气》编辑部，2011.

[2] 曾素芳，王非非.AGC氦放电离子化检测器(DID)气相色谱仪在特种气体分析中的应用[J].低温与特气,2011,29(3): 37-44.

[3] 程鹏.DID氦离子化检测器对高纯硅烷的分析及探讨[C]//全国特种气体第十七次年会论文集.大连：《低温与特气》编辑部,2013.

The Analysis of Impurities in C3F8Using DID Gas Chromatograph

LI Zhi1,CHENG Peng2

( 1.Guangdong Huate Gas Co.,Ltd.,Foshan 528241,China; 2.Beijing Office,AGC Instruments Co.,Ltd.,Beijing 102628,China )

This paper introduces the principle and method to analysis the C3F8using the GC with DID detector.Using the heart cut technology to analysis H2,O2+Ar,N2,CH4,CO,CF4,CO2,C2F6,C3F8,C3F6,C3H2F6,C4F8,C3HF7,and using different calibration gas to do the qualitative analysis work.The results shows this method can avoid the influence of the C3F8to the other fluorochemicals,with well separation and high response.

DID detector; C3F8; heart cut; fluorochemicals

2017-07-01

TQ117

A

1007-7804(2017)04-0035-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.04.011

李 智(1975)，男，广东华特气体股份有限公司品管部副经理，毕业于华南理工大学化学与工程技术专业。20余年来一直来在公司从事气体检测方面的工作，近几年来主要研发了多种高纯碳氟气分析工作。