一种高纯乙硅烷的分析方法与流程

本发明属于气体分析领域，具体而言，涉及一种用分析高纯乙硅烷中的杂质含量的方法。
背景技术：
：乙硅烷作为电子行业的重要基础原材料，电子器件的成品率、质量的优劣很大程度上取决于其纯度，气体纯度一般要求为4.8n以上，这时要求对电子气中杂质分析的灵敏度将是ppb级。高灵敏度分析仪器和分析方法是检测杂质的重要手段，在国内的文献尚未有公开有关于乙硅烷完整分析方法的报道，现有国家标准中有关乙硅烷的分析更是空白。随着电子工业的发展，对乙硅烷的需求量越来越高。因此，亟需能够快且全面地分析乙硅烷中的杂质的系统和方法。技术实现要素：针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种高纯乙硅烷的分析装置及分析方法。根据本发明的第一方面，提供了一种高纯乙硅烷的分析装置，其包括：进样系统；第一分离系统，其与进样系统通过管路连通，并且用于分离出包含选自二氧化碳、甲硅烷、乙烷、丙烷和硅醚中的一种或多种的第一类杂质和包含选自异丁烷、乙基硅烷和丙硅烷中的一种或多种的第二类杂质；第二分离系统，其与进样系统通过管路连通，并且用于分离出包含选自氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷和一氧化碳中的一种或多种的第三类杂质；第一分析系统，其与第一分离系统通过管路连通，并且用于检测第一类杂质和第二类中的各组分的含量；和第二分析系统，其与第二分离系统通过管路连通，并且用于检测第三类杂质中的各组分的含量。优选地，所述进样系统包括：进样口；与进料口通过管路连通的阀门；与阀门通过管路连通的第一定量管和第二定量管，其中，第一定量管和第二定量管的一端通过管路分别与阀门连通，另一端通过管路分别与第一分离系统和第二分离系统连通。优选地，所述第一分离系统包括：通过管路经由阀门串联连接的至少第一分离柱和第二分离柱，阀门为具有用于放空和引入载气的多个接口的多通阀门，其中，通过第一分离柱的预分离，根据流出的先后顺序依次为第三类杂质、第一类杂质、乙硅烷、第二类杂质；通过控制阀门，排出第三类杂质和大部分的乙硅烷，并使第一类杂质、少量乙硅烷和第二类杂质进入第二分离柱。优选地，所述第二分离系统包括：通过管路经由阀门串联连接的至少第三分离柱和第四分离柱，阀门为具有用于放空和引入载气的多个接口的多通阀门，其中，通过第三分离柱的预分离，根据流出的先后顺序依次为第三类杂质、第一类杂质、乙硅烷和第二类杂质；通过控制阀门，在使第一类杂质进入第四分离柱，排出样品中的其它部分。优选地，所述第一分析系统和第二分析系统均为氦离子化检测器，检测限为1-10ppb。优选地，所述第一分离系统和第二分离系统中的阀门具有反吹功能。优选地，所述载气为高纯氦气。优选地，所述第一分离柱为长20～60m的毛细柱，色谱柱填料为多孔聚合物。优选地，所述第二分离柱为长20～60m的毛细柱，色谱柱填料为多孔聚合物。优选地，所述第三分离柱为长3～5m的填充柱，色谱柱填料为多孔聚合物。优选地，所述第四分离柱为长3～5m的填充柱，色谱柱填料为分子筛。优选地，与样品接触的管路为316l且经电抛光处理过，管线尺寸为1/16英寸。优选地，所述高纯乙硅烷的纯度为4.8n(99.998％)以上。优选地，与进料口通过管路连通的阀门为隔膜阀。优选地，在管路中设置的阀门为气动阀门。根据本发明的第二方面，提供了一种使用根据本发明所述的分析装置分析高纯乙硅烷中的杂质含量的方法，其包括如下步骤：进样步骤：通过抽气装置将所述分析装置中的进样管路抽空至10-5pa以下，通过高纯氦气吹扫、负压置换，将上次样品残余气体、氮气、氧气本底降至10ppb以下后，将乙硅烷样品充入第一定量管和第二定量管中；分离步骤：高纯氦气作为载气，将第一定量管中的样品送入第一分离系统分离，通过控制阀门，排出第三类杂质和大部分乙硅烷，进一步分离第一类杂质和第二类杂质；同时，将第二定量管中的样品送入第二分离系统分离，通过控制阀门，进一步分离第三类杂质，而排出样品中的其它部分；检测步骤：将经过第一分离系统分离的样品送入第一分析系统，以及将经过第二分离系统分离的样品送入第二分析系统，并进行分析杂质含量。优选地，所述分离步骤以如下方式实施：所述第一分离系统包括经由阀门串联连接的至少第一分离柱和第二分离柱，阀门为具有用于放空和引入载气的多个接口的多通阀门；通过第一分离柱的预分离，根据流出的先后顺序依次为第三类杂质、第一类杂质、乙硅烷、第二类杂质；通过控制阀门，排出第三类杂质和大部分乙硅烷，并使第一类杂质、少量乙硅烷和第二类杂质进入第二分离柱；所述第二分离系统包括经由阀门串联连接的至少第三分离柱和第四分离柱，阀门为具有用于放空和引入载气的多个接口的多通阀门；通过第三分离柱的预分离，根据流出的先后顺序依次为第三类杂质、第一类杂质、乙硅烷、第二类杂质；通过控制阀门，再使第一类杂质进入第四分离柱，排出样品中的其它部分。优选地，第一定量管体积：25ul，第二定量管体积为1ml；以及优选地，所述第一分析系统和第二分析系统均为氦离子化检测器，检测限为1-10ppb优选地，所述第一分离系统和第二分离系统中的阀门具有反吹功能。优选地，所述第一分离柱为长20～60m的毛细柱，色谱柱填料为多孔聚合物。优选地，所述第二分离柱为长20～60m的毛细柱，色谱柱填料为多孔聚合物。优选地，所述第三分离柱为长3～5m的填充柱，色谱柱填料为多孔聚合物。优选地，所述第四分离柱为长3～5m的填充柱，色谱柱填料为分子筛。优选地，所述第一分离系统和第二分离系统中的分离条件如下：载气压力6.5～7.5bar；第一分离柱和第二分离柱的柱温40℃～70℃；第三分离柱和第四分离柱的柱温120℃～150℃；氦离子化检测器的温度130℃～150℃。优选地，与样品接触的管路为316l且经电抛光处理过，管线尺寸为1/16英寸。优选地，所述高纯乙硅烷的纯度为4.8n以上。与进料口通过管路连通的阀门为隔膜阀；在管路中设置的阀门为气动阀门。有益效果使用本发明所述的分析方法，可以一次进样即可实现乙硅烷中杂质的全分析，具有检测限低、分离效果好、分析速度快的优点。附图说明图1为显示根据本发明的实施例1的高纯乙硅烷的分析装置的示意图。1：第一阀门；2：第二阀门；3：第三阀门；4：第四阀门；5：第一定量管；6：第二定量管；7：第一分离柱；8：第二分离柱；9：第三分离柱；10：第四分离柱；11：氦离子化检测器1；12：氦离子化检测器2。具体实施方式本发明通过以下实施例来说明，工艺条件包括但不限于以下实施例：实施例1如图1所示，本发明所述的高纯乙硅烷的分析系统包括：第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4、第一定量管5、第二定量管6、第一分离柱7、第二分离柱8、第三分离柱9、第四分离柱10、氦离子化检测器11、氦离子化检测器12。第一阀门1为隔膜阀，第二阀门2为六通阀，第三阀门3为四通阀，以及第四阀门4为十通阀。第二阀门2上沿向顺时针依次设置有第一接口①、第二接口②、第三接口③、第四接口④、第五接口⑤、第六接口⑥；所述第三阀门3上沿向顺时针依次设置有第七接口⑦、第八接口⑧、第九接口⑨、第十接口⑩。所述第四阀门4上沿向顺时针依次设置有第十一接口第十二接口第十三接口第十四接口第十五接口第十六接口第十七接口第十八接口第十九接口第二十接口所述第二接口②通过第一阀门1与进样口相连接，所述第三接口③、第七接口⑦、第十四接口第十七接口均为载气进气口，所述第十接口⑩、第十二接口第十八接口均为放空孔，所述第三接口③和第六接口⑥之间连接有第一定量管5，所述第十三接口与第二十接口之间连接有第二定量管6，所述第一分析柱的两端分别连接到第五接口⑤和第九接口⑨，所述第三分析柱的两端分别连接到第十五接口和第十九接口所述第二分析柱的两端分别连接到第八接口⑧和氦离子化检测器1，所述第四分析柱的两端分别连接到第十六接口和氦离子化检测器2，所述第一接口①与第十一接口连通。根据如下步骤实施高纯乙硅烷的分析：步骤一：待测乙硅烷样品自经由第一阀门1通过第二接口②进入第一定量管5和第二定量管6后至第十二接口输出，对第一定量管5和第二定量管6进行冲洗；步骤二：冲洗干净后，切换第二阀门2状态从关至开，自第三接口③输入的载气带第一定量管5中的样品依次经过第六接口⑥→第五接口⑤进入第一分离柱7进行预分离，包含选自氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷和一氧化碳中的一种或多种第三类杂质流出第一分离柱经由第九接口⑨→第十接口⑩放空后，切换第三阀门3状态从关至开，甲硅烷、乙烷和硅醚由第九接口⑨→第八接口⑧进入第二分离柱8后，切换第三阀门3状态从开至关将大部分乙硅烷经由第九接口⑨→第十接口⑩放空，再次切换第三阀门3状态从关至开，少量乙硅烷和异丁烷和丙硅烷由第九接口⑨→第八接口⑧进入第二分离柱8；甲硅烷、乙烷、硅醚、异丁烷和丙硅烷经由第二分离柱分离后进入氦离子化检测器11中进行检测，将第二阀门、第三阀门3复位；步骤三：与步骤二同时进行，切换第四阀门4状态从关至开，自第十四接口输入的载气经由第十四接口→第十三接口带第二定量管6中的样品经由第二十接口→第十九接口进入第三分离柱9进行预分离，当氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷和一氧化碳流出第三分离柱9开始进入第四分离柱10时，切换第四阀门4状态从开至关，自第十四接口输入的载气第十四接口→第十五接口将第三分离柱9中剩余组分经由第十九接口→第十八接口放空，自第十七接口输入的载气将氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷和一氧化碳带入至第四分离柱10继续分离后，进入氦离子化检测器12进行检测。所有阀门处于高纯氦气保护下。管路阀门系统：所有与样品气接触的管路为316l且经电抛光处理过，管线尺寸为1/16英寸；六通进样阀、四通中心切割阀、十通进样阀的阀门处于高纯氦气保护下，确保无空气渗入而影响实验结果。色谱条件：第一定量管5体积为25ul，第二定量管6体积为1ml，载气压力7bar，阀门驱动气压力5bar，第一分离柱和第二分离柱的柱温60℃，第三分离柱和第四分离柱的柱温120℃～150℃，氦离子化检测器11和氦离子化检测器12的温度130℃～150℃。第一分离柱7：长30m，外径0.53mm的mxtqbond柱。第二分离柱8：长30m，外径0.53mm的mxtqbond柱。第三分离柱9：长4m，外径1/8英寸的tenax柱。第四分离柱10：长3m，外径1/8英寸的5a分子筛柱。检测系统：采用氦离子化检测器检测杂质含量，检测限为1-10ppb。氦离子化检测器的型号：agcnovachrom1000。表1：操作程序：序号事件1事件2事件3事件410min0.1min0.8～1.2min0.1min20.2min25min1.85～2.35min1.35～1.55min32.45～2.95min425min注：表中事件1表示第一阀门1、事件2表示第二阀门2、事件3表示第三阀门3、事件4表示第四阀门4；序号1、3代表阀门开启，序号2、4代表阀门关闭；表1中的时间代表阀门的切换时间。第二阀门“开”的时间即正式进样时间，由样品分析需求决定，第二阀门“关”的时间为样品分析程序结束时间，由样品分析需求决定。第三阀门的开关阀门时间根据各杂质的保留时间，经过数次实验反复摸索确定的。第四阀门的开关阀门时间根据各杂质的保留时间经实验确定。“开”的时间即正式进样时间，“关”的时间为氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷和一氧化碳流出第三分离柱开始进入第四分离柱时，而其他组分尚留在第三分离柱时。关的时间也是经过实验确定的。分析结果示于下表2中。表2：分析结果杂质名称峰面积(mvs)氢气1.249氧气/氩气2.123氮气1.653甲烷0.000一氧化碳0.000甲硅烷200.820乙烷0.104硅醚0.000异丁烷0.052丙硅烷38.350如上所示，使用本发明所述的分析方法，可以一次进样即可实现乙硅烷中杂质的全分析，具有检测限低、分离效果好、分析速度快的优点。当前第1页12