CN107957415A - 一种测定四氟化硅气体中杂质磷、硼、砷含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定四氟化硅气体中杂质磷、硼、砷含量的方法，其特征在于：包括如下步骤；配制NaOH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NaOH吸收液的吸收瓶；控制SiF4气体的吸收量得到测试样品，并测定吸收的SiF4气体重量；用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析气体中的磷、硼、砷含量。

Description

一种测定四氟化硅气体中杂质磷、硼、砷含量的方法

技术领域

本发明涉及卤化硅，尤其涉及四氟化硅，也涉及磷、硼、砷，具体而言，涉及四氟化硅中杂质磷、硼、砷的测定方法。

背景技术

SiF₄是有机硅化合物的合成材料，用于生产硅烷、晶体硅的制造，水泥和人造大理石的硬化剂，它还能用作光导纤维、太阳能电池等电子工业的原料。磷矿石中伴生有3%—4%的氟，主要以氟磷灰石［Ca₁₀F₂( PO₄₎₆]的形态存在，也有少许以氟硅酸钙( CaSiF₆) 的形态存在。在湿法磷酸的过程中，这些磷矿石中的金属元素随氟( SiF₄ 和HF) 逸出，用水吸收后，就能得到副产品氟硅酸。在利用氟硅酸和浓硫酸反应生产四氟化硅时，存在部分的磷、硼、砷等杂质。工业上对四氟化硅的纯化方法有物理法和化学法两大类。物理法主要包括吸附法和冷冻法，其中冷冻法可以除去不凝性杂质。

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。原子吸收光谱法分析速度较快，但测定硼、砷时灵敏度比较低。ICP—MS效率高，能同时检测多种元素，但其适用于测定元素含量较低的样品，且较易受污染，而测定元素含量较高的样品时需要稀释，给测定带来不便，同时它的价格也比较昂贵。X射线荧光光谱法（XFS）用于气体分析时，需要在线体系的支撑，应用受到限制。其中ICP—AES具有多元素同时测定、检出限低、灵敏度高、操作简单、线性范围宽、分析速度快和基体干扰少等优点，被广泛的用于金属杂质的分析检测。

迄今为止，尚无四氟化硅气体中磷、硼、砷杂质的检测技术报道。

发明内容

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磷、硼、砷含量的方法，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磷、硼、砷含量的方法，包括如下步骤；配制NaOH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NaOH吸收液的吸收瓶；控制SiF4气体的吸收量得到测试样品，并测定吸收的SiF4气体重量；用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析气体中的磷、硼、砷含量。

所述的NaOH吸收液的物质的量为2—3mol/L。

所述的吸收瓶中的SiF4气体吸收量为≤3.05g/100ml。

所述电感耦合等离子体原子发射光谱法的具体操作如下：（1）校准曲线绘制：磷、硼、砷的混合标准使用液，准确吸取各10.00ml配制好的标准储备液于100ml容量瓶中，用水定容，即各元素浓度为100μg/ml，混合标准曲线，分别吸取0.00、0.10、0.50、1.00、2.00ml的标准使用液至100ml容量中，再分别加入4ml硝酸，用水定容，其浓度分别为0.00，0.10、0.50、1.00、2.00µg/ml的标准系列，将仪器调节至最佳工作状态，按由低到高的顺序测定待测元素标准系列溶液的光谱强度，同时测定空白样品的光谱强度，扣除背景修正干扰；（2）取50—100ml的四氟化硅气体吸收液放入聚四氟乙烯烧杯中，在烧杯中加入同浓度、同体积的硝酸，使溶液变成中性或者酸性，加入10ml氟化氢，待混合均匀后再加入10ml氟化氢，把装有溶液的聚四氟乙烯烧杯放入电热板上蒸至尽干，完成以上步骤后往烧杯中加入10ml硝酸和1ml高氯酸，待烟雾冒尽后冷却，然后在烧杯中加入3ml盐酸，加热溶解至烧杯中无固体为止，冷却后，将溶液定容到50ml，即可进行ICP—AES检测，同时，并取50ml的氢氧化钠做空白试验；（3）将测定的光谱强度通过标准曲线查得与之相对应的磷、硼、砷的质量浓度，然后计算四氟化硅气体中磷、硼、砷的含量。

本发明的有益效果：本发明方法用于四氟化硅中杂质磷、硼、砷的分析，可以准确、迅速测定磷、硼、砷杂质的含量，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。

具体实施方式

下面的实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

测定四氟化硅中磷、硼、砷含量的方法，包括如下步骤：

第一步：配制100ml的NaOH吸收液；

第二步：四氟化硅生成装置，通过气体管路装置依次与洗气瓶和盛装有上述NaOH吸收液的吸收瓶相连通；

第三步；用氩气或氦气惰性气体吹扫气体管路3个小时，充分置换装置内的空气；

第四步：四氟化硅生成后，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，吸收净化后的SiF4通入盛装有上述NaOH吸收液的吸收瓶；

第五步：控制SiF4气体的吸收量，所述的吸收瓶中的SiF4气体吸收量为3.05g；

第六步：用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析气体中的磷、硼、砷含量。（1）校准曲线绘制：磷、硼、砷的混合标准使用液，准确吸取各10.00ml配制好的标准储备液于100ml容量瓶中，用水定容，即各元素浓度为100μg/ml。混合标准曲线，分别吸取0.00、0.10、0.50、1.00、2.00ml的标准使用液至100ml容量中，再分别加入4ml（1+1）硝酸，用水定容。其浓度分别为0.00，0.10、0.50、1.00、2.00µg/ml的标准系列。将仪器调节至最佳工作状态，按由低到高的顺序测定待测元素标准系列溶液的光谱强度。同时测定空白样品的光谱强度，扣除背景修正干扰；

（2）取50—100ml的样品放入聚四氟乙烯烧杯中，在烧杯中加入同浓度、同体积的硝酸，使溶液变成中性或者酸性。加入10ml氟化氢，待混合均匀后再加入10ml氟化氢。把装有溶液的聚四氟乙烯烧杯放入电热板上蒸至尽干。完成以上步骤后往烧杯中加入10ml硝酸和1ml高氯酸，待烟雾冒尽后冷却。然后在烧杯中加入3ml盐酸，加热溶解至烧杯中无固体为止。冷却后，将溶液定容到50ml。即可进行ICP—AES检测。同时，并取50ml的氢氧化钠做空白试验；

（3）由标准曲线查得与之相对应的磷、硼、砷的质量浓度，从而计算四氟化硅气体中磷、硼、砷的含量分别为：0.972mg/L、0.081mg/L、29.900mg/L。

实施例2

测定四氟化硅中磷、硼、砷含量的方法，包括如下步骤：

第一步：配制100ml的NaOH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NaOH吸收液的吸收瓶相连通；

第三步；用氩气或氦气惰性气体吹扫气体管路3个小时，充分置换装置内的空气；

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，吸收净化后的SiF4通入盛装有上述NaOH吸收液的吸收瓶；

第五步：控制SiF4气体的吸收量，所述的吸收瓶中的SiF4气体吸收量为1.5255g；

第六步：用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析气体中的磷、硼、砷含量。（1）校准曲线绘制：磷、硼、砷的混合标准使用液，准确吸取各10.00ml配制好的标准储备液于100ml容量瓶中，用水定容，即各元素浓度为100μg/ml。混合标准曲线，分别吸取0.00、0.10、0.50、1.00、2.00ml的标准使用液至100ml容量中，再分别加入4ml（1+1）硝酸，用水定容。其浓度分别为0.00，0.10、0.50、1.00、2.00µg/ml的标准系列。将仪器调节至最佳工作状态，按由低到高的顺序测定待测元素标准系列溶液的光谱强度。同时测定空白样品的光谱强度，扣除背景修正干扰；

（2）取50—100ml的样品放入聚四氟乙烯烧杯中，在烧杯中加入同浓度、同体积的硝酸，使溶液变成中性或者酸性。加入10ml氟化氢，待混合均匀后再加入10ml氟化氢。把装有溶液的聚四氟乙烯烧杯放入电热板上蒸至尽干。完成以上步骤后往烧杯中加入10ml硝酸和1ml高氯酸，待烟雾冒尽后冷却。然后在烧杯中加入3ml盐酸，加热溶解至烧杯中无固体为止。冷却后，将溶液定容到50ml。即可进行ICP—AES检测。同时，并取50ml的氢氧化钠做空白试验；

（3）由标准曲线查得与之相对应的磷、硼、砷的质量浓度，从而计算四氟化硅气体中磷、硼、砷的含量分别为：0.981mg/L、0.167mg/L、32.730mg/L。

实施例3

测定四氟化硅中磷、硼、砷含量的方法，包括如下步骤：

第一步：配制100ml的NaOH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NaOH吸收液的吸收瓶相连通；

第三步；用氩气或氦气惰性气体吹扫气体管路3个小时，充分置换装置内的空气；

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，吸收净化后的SiF4通入盛装有上述NaOH吸收液的吸收瓶；

第五步：控制SiF4气体的吸收量，所述的吸收瓶中的SiF4气体吸收量为1.373g；

第六步：用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析气体中的磷、硼、砷含量。（1）校准曲线绘制：磷、硼、砷的混合标准使用液，准确吸取各10.00ml配制好的标准储备液于100ml容量瓶中，用水定容，即各元素浓度为100μg/ml。混合标准曲线，分别吸取0.00、0.10、0.50、1.00、2.00ml的标准使用液至100ml容量中，再分别加入4ml（1+1）硝酸，用水定容。其浓度分别为0.00，0.10、0.50、1.00、2.00µg/ml的标准系列。将仪器调节至最佳工作状态，按由低到高的顺序测定待测元素标准系列溶液的光谱强度。同时测定空白样品的光谱强度，扣除背景修正干扰；

（2）取50—100ml的样品放入聚四氟乙烯烧杯中，在烧杯中加入同浓度、同体积的硝酸，使溶液变成中性或者酸性。加入10ml氟化氢，待混合均匀后再加入10ml氟化氢。把装有溶液的聚四氟乙烯烧杯放入电热板上蒸至尽干。完成以上步骤后往烧杯中加入10ml硝酸和1ml高氯酸，待烟雾冒尽后冷却。然后在烧杯中加入3ml盐酸，加热溶解至烧杯中无固体为止。冷却后，将溶液定容到50ml。即可进行ICP—AES检测。同时，并取50ml的氢氧化钠做空白试验；

（3）由标准曲线查得与之相对应的磷、硼、砷的质量浓度，从而计算四氟化硅气体中磷、硼、砷的含量分别为：0.700mg/L、0.099mg/L、36.622mg/L。

Claims (4)

1.一种测定四氟化硅气体中杂质磷、硼、砷含量的方法，其特征在于：包括如下步骤；配制NaOH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NaOH吸收液的吸收瓶；控制SiF₄气体的吸收量得到测试样品，并测定吸收的SiF4气体重量；用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析气体中的磷、硼、砷含量。

2.根据权利要求1所述的一种测定四氟化硅气体中杂质磷、硼、砷含量的方法，其特征在于：所述的NaOH吸收液的物质的量为2—3mol/L。

3.根据权利要求1所述的一种测定四氟化硅气体中杂质磷、硼、砷含量的方法，其特征在于：所述的吸收瓶中的SiF4气体吸收量为≤3.05g/100ml。

4.根据权利要求1所述的一种测定四氟化硅气体中杂质磷、硼、砷含量的方法，其特征在于：所述电感耦合等离子体原子发射光谱法的具体操作如下：（1）校准曲线绘制：磷、硼、砷的混合标准使用液，准确吸取各10.00ml配制好的标准储备液于100ml容量瓶中，用水定容，即各元素浓度为100μg/ml，混合标准曲线，分别吸取0.00、0.10、0.50、1.00、2.00ml的标准使用液至100ml容量中，再分别加入4ml硝酸，用水定容，其浓度分别为0.00，0.10、0.50、1.00、2.00µg/ml的标准系列，将仪器调节至最佳工作状态，按由低到高的顺序测定待测元素标准系列溶液的光谱强度，同时测定空白样品的光谱强度，扣除背景修正干扰；（2）取50—100ml的四氟化硅气体吸收液放入聚四氟乙烯烧杯中，在烧杯中加入同浓度、同体积的硝酸，使溶液变成中性或者酸性，加入10ml氟化氢，待混合均匀后再加入10ml氟化氢，把装有溶液的聚四氟乙烯烧杯放入电热板上蒸至尽干，完成以上步骤后往烧杯中加入10ml硝酸和1ml高氯酸，待烟雾冒尽后冷却，然后在烧杯中加入3ml盐酸，加热溶解至烧杯中无固体为止，冷却后，将溶液定容到50ml，即可进行ICP—AES检测，同时，并取50ml的氢氧化钠做空白试验；（3）将测定的光谱强度通过标准曲线查得与之相对应的磷、硼、砷的质量浓度，然后计算四氟化硅气体中磷、硼、砷的含量。