一种测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙含量的方法与流程

本发明涉及卤化硅，尤其涉及四氟化硅，也涉及铅、铁、锌、铜、钙，具体而言，涉及四氟化硅中杂质铅、铁、锌、铜、钙的测定方法。

背景技术：

高纯四氟化硅气体，是制备硅烷、晶体硅、光纤等的重要原料。我国拥有丰富萤石资源和磷矿，SiF4气体是其伴生产物，也是重要的氟资源。高性能的非晶态硅、单晶硅、多晶硅、光纤等对四氟化硅气体纯度要求非常高，至少达到99.99%以上。未来的MOS器件需要消除游离的碱金属；沉积和刻蚀速率会由于金属杂质的存在而受到强烈的影响；金属还会产生氧化-还原堆垛层错；太阳能电池的转换效率可能受到强烈的影响。因此对四氟化硅气体中金属杂质铅、铁、锌、铜、钙的检测具有十分重要的意义。

气体中金属杂质的分析方法比较多，有原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP—AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP—MS）、X射线荧光光谱法（XFS）和中子活化分析法。原子吸收光谱法作为分析化学领域应用最为广泛的定量分析方法之一，是测量物质所产生的蒸气中原子对电磁辐射的吸收强度的一种仪器分析方法。火焰原子吸收光谱法应用最为普遍，适用于测定易原子化的元素。对大多数元素灵敏度和检测极限较高，重现性和选择性好，简单快速，且易于操作。

迄今为止，尚无四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙的检测技术的报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙含量的方法，为高纯度四氟化硅的生产服务。

本发明的技术方案是：一种测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙含量的方法，包括如下步骤；配制超纯水作为吸收液；将经浓硫酸吸收、含有沸石的浓硫酸吸收、浓硫酸吸收、浓硫酸吸收净化后的SiF4通入盛装前述超纯水的吸收瓶；控制SiF4气体的吸收量，并测定吸收的SiF4气体重量；用火焰原子吸收光谱法测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙的含量。

所述的超纯水其电阻率需大于18MΩ.cm。

所用氩气的纯度大于等于99.999%。

所用浓硫酸的纯度大于98%。

所述的超纯水的吸收瓶吸收四氟化硅气体时在溶液中开始出现絮状物时，停止四氟化硅气体的通入。

所述火焰原子吸收法的具体操作如下：（1）标准溶液配制：铅标准溶液的配制：分别量取750μL、800μL、850μL、900μL、950μL和1000μL铅标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀；铁标准溶液的配制：分别量取100μL、150μL、200μL、250μL和300μL锌标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀；锌标准溶液的配制：分别量取20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL和80μL锌标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀；铜标准溶液的配制：分别量取120μL、130μL、140μL、150μL、160μL和170μL铜标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀；钙标准溶液的配制：分别量取250μL、300μL、350μL、400μL、450μL和500μL钙标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀；（2）标准溶液曲线绘制：溶液标准曲线均以吸光度或峰面积为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线图以及其线性方程；（3）四氟化硅气体吸收液的后处理：移取四氟化硅气体吸收液于消解罐中，然后加热蒸发至2—3ml，然后加入2ml硝酸、8ml的氢氟酸继续加热蒸发；加热蒸发至2—3ml时，然后加入高氯酸，待烟雾挥发散尽之后，加入盐酸；最后用超纯水将其配溶液，定容到100ml的容量瓶中；（4）结果处理：用原子吸收光谱仪对四氟化硅气体的吸收液进行测量，得到相对应的金属的吸光度；由标准曲线查得相对应的质量浓度，从而计算铅、铁、锌、铜、钙在四氟化硅气体中的含量。

本发明的有益效果：本发明方法用于四氟化硅中杂质铅、铁、锌、铜、钙的分析，可以准确、迅速测定铅、铁、锌、铜、钙杂质的含量，有利于高纯度四氟化硅的生产。适用于生产四氟化硅的企业。

附图说明

图1 为铅标准曲线图；

图2 为铁标准曲线图；

图3 为锌标准曲线图；

图4 为铜标准曲线图；

图5 为钙标准曲线图。

具体实施方式

实施例1

一种测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙含量的方法，包括如下步骤；

第一步，配制100ml的超纯水作为吸收液；

第二步，四氟化硅气体，通过气体管路装置依次与洗气瓶和盛装有上述超纯水吸收液的吸收瓶相连通；

第三步，用氩气吹扫气体管路3个小时，充分置换装置内的空气，所用氩气的纯度须大于等于99.999%；

第四步，四氟化硅生成后经过盛装浓硫酸、含有沸石的浓硫酸、浓硫酸、浓硫酸的吸收瓶净化后通入盛装有上述超纯水吸收液的吸收瓶，所用浓硫酸的纯度须大于98%；

第五步，控制SiF4气体的吸收量2.12g，为了得到满足实验仪器的澄清溶液，确保后续工作的准确性，水不能完全反应，在溶液中开始出现絮状物时，须停止四氟化硅气体的通入；

第六步，用火焰原子吸收光谱法测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙的含量。

所述火焰原子吸收法的具体操作如下：

（1）标准溶液配制

铅标准溶液的配置：分别量取750μL、800μL、850μL、900μL、950μL和1000μL铅标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

铁标准溶液的配置：分别量取100μL、150μL、200μL、250μL和300μL锌标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

锌标准溶液的配置：分别量取20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL和80μL锌标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

铜标准溶液的配置：分别量取120μL、130μL、140μL、150μL、160μL和170μL铜标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

钙标准溶液的配置：分别量取250μL、300μL、350μL、400μL、450μL和500μL钙标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

（2）标准溶液曲线绘制

溶液标准曲线均以吸光度或峰面积为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线图以及其线性方程。

（3）四氟化硅气体吸收液的后处理

移取一定量的四氟化硅气体吸收液于消解罐中，然后加热蒸发至2—3ml，然后加入2ml硝酸、8ml的氢氟酸继续加热蒸发。加热蒸发至2—3ml时，然后加入一定量的高氯酸，待烟雾挥发散尽之后，加入一定量的盐酸。最后用超纯水将其配溶液，定容到100ml的容量瓶中。

（4）结果处理

用原子吸收光谱仪对四氟化硅气体的吸收液进行测量，得到相对应的金属的吸光度。由标准曲线查得相对应的质量浓度，从而计算铅、铁、锌、铜、钙在四氟化硅气体中的含量分别为：0.045mg/L、0.105mg/L、0.014mg/L、0.024mg/L、1.832mg/L。

实施例2

一种测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙含量的方法，包括如下步骤；

第一步，配制100ml的超纯水作为吸收液；

第二步，四氟化硅气体，通过气体管路装置依次与洗气瓶和盛装有上述超纯水吸收液的吸收瓶相连通；

第三步，用氩气吹扫气体管路3个小时，充分置换装置内的空气，所用氩气的纯度须大于等于99.999%；

第四步，四氟化硅气体依次经过盛装浓硫酸、含有沸石的浓硫酸、浓硫酸、浓硫酸的吸收瓶净化后通入盛装有上述超纯水吸收液的吸收瓶，所用浓硫酸的纯度须大于98%；

第五步，控制SiF4气体的吸收量0.93g，为了得到满足实验仪器的澄清溶液，确保后续工作的准确性，水不能完全反应，在溶液中开始出现絮状物时，须停止四氟化硅气体的通入；

第六步，用火焰原子吸收光谱法测定四氟化硅气体中杂质铅、铁、锌、铜、钙的含量。

所述火焰原子吸收法的具体操作如下：

（1）标准溶液配制

铅标准溶液的配置：分别量取750μL、800μL、850μL、900μL、950μL和1000μL铅标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

铁标准溶液的配置：分别量取100μL、150μL、200μL、250μL和300μL锌标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

锌标准溶液的配置：分别量取20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL和80μL锌标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

铜标准溶液的配置：分别量取120μL、130μL、140μL、150μL、160μL和170μL铜标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

钙标准溶液的配置：分别量取250μL、300μL、350μL、400μL、450μL和500μL钙标准液于100mL容量瓶中，用硝酸溶液定容至标线，摇匀。

（2）标准溶液曲线绘制

溶液标准曲线均以吸光度或峰面积为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线图以及其线性方程。

（3）四氟化硅气体吸收液的后处理

移取一定量的四氟化硅气体吸收液于消解罐中，然后加热蒸发至2—3ml，然后加入2ml硝酸、8ml的氢氟酸继续加热蒸发。加热蒸发至2—3ml时，然后加入一定量的高氯酸，待烟雾挥发散尽之后，加入一定量的盐酸。最后用超纯水将其配溶液，定容到100ml的容量瓶中。

（4）结果处理

用原子吸收光谱仪对四氟化硅气体的吸收液进行测量，得到相对应的金属的吸光度。由标准曲线查得相对应的质量浓度，从而计算铅、铁、锌、铜、钙在四氟化硅气体中的含量分别为：0.097mg/L、0.216mg/L、0.041mg/L、0.062mg/L、4.099mg/L。