CN204649699U - 检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种检测系统。该检测系统包括氢气供应装置、惰性气体供应装置、汽化室和混气室，汽化室具有用于通入氯硅烷的进样口，混气室的第一入口与汽化室的出口相连通，氢气供应装置的出口和惰性气体供应装置的出口并联连接于混气室的第二入口；该检测系统还包括依次串联设置的氯硅烷还原装置、脱除装置、甲烷吸脱附装置、气相色谱仪和数据输出装置，且氯硅烷还原装置的入口与混气室的出口连通，脱除装置用于去除氯化氢和未反应的氯硅烷。本实用新型通过氯硅烷还原装置将含氯硅烷中的碳元素氢化还原为甲烷，然后将甲烷送入气相色谱仪中并对甲烷中的碳含量进行测定，从而实现了检测含氯硅烷中的总碳含量。

Description

检测系统

技术领域

本实用新型涉及分析检测领域，具体而言，涉及一种检测系统。

背景技术

在目前多晶硅制备领域，生产三氯氢硅时会伴生产生四氯化硅、二氯二氢硅。也就是说，在多晶硅制备领域，三种氯硅烷不能单独生产，而是三种氯硅烷同时存在。其中，三氯氢硅是制备半导体级多晶硅和太阳能级多晶硅的重要原材料，也是制造硅烷偶联剂和其它有机硅产品的重要中间体。随着国际国内对多晶硅需求的日益增加，大批量以及高质量的三氯氢硅的稳定供应就显得及极其重要。

目前，通常采用精馏技术对含氯硅烷中三氯氢硅进行提纯，杂质含量越低越好，其中所说的杂质包括各种形式存在的碳元素。在多晶硅的质量指标中，碳含量是一项重要的指标。碳含量的多少直接影响着多晶硅材料应用和器件效能，氯硅烷中的碳则是多晶硅中碳的重要来源，因此对于含氯硅烷中总碳含量的测量，显得尤为重要。

含氯硅烷中碳的存在形式主要是各种甲基氯硅烷、乙基氯硅烷、三氯甲烷等含碳化合物。由于氯硅烷沸点低，易燃、易爆，易水解，而水解后则产生氯化氢和水合二氧化硅，使系统腐蚀、堵塞和被污染，所以对氯硅烷的在线检测分析十分困难。目前，对于氯硅烷中碳含量，一般采用气相色谱分析仪、红外分析仪、气-质分析仪等仪器进行分析测量。以上的分析设备尽管都可以对氯硅烷中碳含量进行，但都只能对单一或部分成分进行分析检测，而不能测量氯硅烷中的总碳含量。因此，采用已有的测试方法，不能对三氯氢硅这些中间产品中碳含量进行监测控制，从而也就不能监控氯硅烷中的总碳对多晶硅产品质量的影响。高温氢还原气相色谱仪偶尔用来测三氯氢硅中磷、砷等元素，但是从来没有被用来测量总碳含量，也没有相关的方法采用此设备来测量氯硅烷中的总碳含量。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种检测系统，以检测含氯硅烷中的总碳含量。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种检测系统，用于检测含氯硅烷中的总碳含量，该检测系统包括氢气供应装置、惰性气体供应装置、汽化室和混气室，汽化室具有用于通入氯硅烷的进样口，混气室的第一入口与汽化室的出口相连通，氢气供应装置的出口和惰性气体供应装置的出口并联连接于混气室的第二入口；该检测系统还包括依次串联设置的氯硅烷还原装置、脱除装置、甲烷吸脱附装置、气相色谱仪和数据输出装置，且氯硅烷还原装置的入口与混气室的出口连通，脱除装置用于去除氯化氢和未反应的氯硅烷。

进一步地，检测系统还包括放空管道，且脱除装置的出口、甲烷吸脱附装置的入口、惰性气体供应装置的出口、气相色谱仪的入口、甲烷吸脱附装置的出口和放空管道顺序连接于六通阀上；当六通阀调至富集模式时，脱除装置的出口和甲烷吸脱附装置的入口之间、惰性气体供应装置的出口和气相色谱仪的入口之间、以及甲烷吸脱附装置的出口和放空管道之间导通；当六通阀调至分析模式时，脱除装置的出口和放空管道之间、甲烷吸脱附装置的入口和惰性气体供应装置的出口之间、甲烷吸脱附装置的出口和气相色谱仪的入口之间导通。

进一步地，惰性气体供应装置的出口、氢气供应装置的出口和第二入口之间设置有三通阀。

进一步地，氯硅烷还原装置包括石英管和加热器。

进一步地，脱除装置包括依次连接的氯化氢脱除管和冷凝器。

进一步地，冷凝器包括盛有液氮的冷凝容器和置于液氮中的脱水管。

进一步地，甲烷吸脱附装置包括盛有溶剂的吸脱附容器和设置于溶剂中的富集柱；当甲烷吸脱附装置用于吸附甲烷时溶剂为液氮，当甲烷吸脱附装置用于脱附甲烷时溶剂为沸水。

进一步地，氢气供应装置包括氢气源以及与氢气源相连的氢气减压调压器；惰性气体供应装置包括惰性气体源以及与惰性气体源相连的惰性气体减压调压器。

进一步地，气相色谱仪包括氢火焰离子化检测器。

进一步地，数据输出装置为电脑或数据记录器。

应用本实用新型的技术方案，本实用新型通过氯硅烷还原装置将含氯硅烷中的碳元素氢化还原为甲烷，然后将甲烷送入气相色谱仪中并对甲烷中的碳含量进行测定，从而实现了检测含氯硅烷中的总碳含量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明具体实施方式提供的检测系统的示意图；以及

图2a示出了根据本发明具体实施方式提供的检测系统中的六通阀调至富集模式时的示意图；以及

图2b示出了根据本发明具体实施方式提供的检测系统中的六通阀调至分析模式时的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

由背景技术可知，现有技术无法测量含氯硅烷中的总碳含量。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种检测系统，用于检测含氯硅烷中的总碳含量。如图1所示，该检测系统包括：氢气供应装置1、惰性气体供应装置2、汽化室3和混气室4，汽化室3具有用于通入氯硅烷的进样口，混气室4的第一入口与汽化室3的出口相连通，氢气供应装置1的出口和惰性气体供应装置2的出口并联连接于混气室4的第二入口；该检测系统还包括依次串联设置的氯硅烷还原装置6、脱除装置、甲烷吸脱附装置、气相色谱仪12和数据输出装置13，且氯硅烷还原装置6的入口与混气室4的出口连通，脱除装置用于去除氯化氢和未反应的氯硅烷。

上述检测装置通过氯硅烷还原装置6将含氯硅烷中的碳元素氢化还原为甲烷，然后将甲烷送入气相色谱仪12中并对甲烷中的碳含量进行测定，从而实现了检测含氯硅烷中的总碳含量。

在一种优选的实施方式中，检测系统还包括放空管道，脱除装置的出口、甲烷吸脱附装置的入口、惰性气体供应装置2的出口、气相色谱仪12的入口、甲烷吸脱附装置的出口和放空管道顺序连接于六通阀9上；当六通阀9调至富集模式时，脱除装置的出口和甲烷吸脱附装置的入口之间、惰性气体供应装置2的出口和气相色谱仪12的入口之间、以及甲烷吸脱附装置的出口和放空管道之间导通(如图2a所示)；当六通阀9调至分析模式时，脱除装置的出口和放空管道之间、甲烷吸脱附装置的入口和惰性气体供应装置2的出口之间、甲烷吸脱附装置的出口和气相色谱仪12的入口之间导通(如图2b所示)。

优选地，惰性气体供应装置2的出口、氢气供应装置1的出口和第二入口之间设置有三通阀5。氯硅烷还原装置6包括石英管和加热器。脱除装置包括依次连接的氯化氢脱除管7和冷凝器，冷凝器包括盛有液氮的冷凝容器和置于液氮中的脱水管8。

具体地，甲烷吸脱附装置包括盛有溶剂的吸脱附容器和设置于溶剂中的富集柱10；当甲烷吸脱附装置用于吸附甲烷时溶剂为液氮，当甲烷吸脱附装置用于脱附甲烷时溶剂为沸水。氢气供应装置1包括氢气源以及与氢气源相连的氢气减压调压器；惰性气体供应装置2包括惰性气体源以及与惰性气体源相连的惰性气体减压调压器；气相色谱仪12包括氢火焰离子化检测器；数据输出装置13为电脑或数据记录器。优选地，惰性气体为氮气。

其中，氢火焰离子化检测器(FID)是在气相色谱仪12检测分析实验中应用较为广泛的一种检测器，其工作原理为：以氢气与空气中氧气燃烧产生火焰为能源，当待检测样品进入火焰时，在火焰的高能作用下，被激发而产生离子。离子在极间直流电场的作用下，被激发而产生离子。离子在极间直流电场的作用下就定向移动，形成了一种微弱电流，然后流经高电阻取出电压讯号，经放大后送入二次讯号记录仪表被记录下来。

根据本发明的另一个方面，提供了一种检测方法，该检测方法利用本法明提供的检测系统对含氯硅烷中的总碳含量进行检测，该检测方法包括以下步骤：步骤S1、打开检测系统中的惰性气体供应装置2，使用惰性气体对检测系统进行气体置换；步骤S2、将检测系统中的氯硅烷还原装置6升温至预设温度；步骤S3、打开检测系统中的氢气供应装置1、气相色谱仪12和数据输出装置13，并向检测系统中通入氢气；步骤S4、向检测系统中的进样口通入氯硅烷，使氯硅烷和氢气在检测系统中的氯硅烷还原装置6反应形成甲烷；步骤S5、利用检测系统中的甲烷吸脱附装置对甲烷进行吸附和脱附，并利用气相色谱仪12对脱附后的甲烷进行解析测试，同时采用数据输出装置13记录甲烷的峰面积。其中，含氯硅烷由包括氢气和四氯硅烷的原料反应形成，含氯硅烷的主要组分为二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅。

下面将更详细地描述根据本发明提供的检测方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

首先，执行步骤S1，即打开检测系统中的惰性气体供应装置2，使用惰性气体对检测系统进行气体置换。优选地，惰性气体供应装置2包括惰性气体减压调压器，惰性气体供应装置2的出口、氢气供应装置1的出口和检测系统中的混气室4的第二入口之间设置有三通阀5；步骤S1中，调节惰性气体减压调压器至1～5MPa，并旋转三通阀5以使惰性气体对检测系统中的气体置换3～10min。

然后，执行步骤S2，即将检测系统中的氯硅烷还原装置6升温至预设温度。优选地，检测系统中的脱除装置包括依次连接的氯化氢脱除管7和冷凝器，检测系统还包括六通阀9，甲烷吸脱附装置包括富集柱10；步骤S2中，将脱水管8插入液氮中，将六通阀9调整至分析模式，然后将氯硅烷还原装置6升温至800～1100℃，升温时间为40～60min。

接下来，执行步骤S3，即打开检测系统中的氢气供应装置1、气相色谱仪12和数据输出装置13，并向检测系统中通入氢气。当氢气供应装置1包括氢气源以及与氢气源相连的氢气减压调压器，气相色谱仪12包括氢火焰离子化检测器；步骤S3中，打开氢气源，并旋转三通旋使得氢气进入检测系统，然后打开气相色谱仪12，至气相色谱仪12中进样器温度为80～120℃，色谱柱的温度180～200℃，检测器的温度为200～250℃，气相色谱仪12的载气的压力为0.395～0.405MPa，气相色谱仪12中氢气的流量为30ml/min～50ml/min，并控制氢气减压调压器使氢气压力控制在2.0Mpa，最后点燃氢火焰离子化检测器并启动数据输出装置13。

接下来，执行步骤S4，即向检测系统中的进样口通入氯硅烷，使氯硅烷和氢气在检测系统中的氯硅烷还原装置6反应形成甲烷。具体地，步骤S4中，将六通阀9旋转至富集模式，同时把富集柱10插入液氮中，然后利用微量进样器吸取20～100微升的氯硅烷进入检测系统中的汽化室3。

最后，执行步骤S5，即利用检测系统中的甲烷吸脱附装置对甲烷进行吸附和脱附，并利用气相色谱仪12对脱附后的甲烷进行解析测试，同时采用数据输出装置13记录甲烷的峰面积。具体地，步骤S5中，向检测系统中的进样口通入氯硅烷10～20min后，旋转六通阀9至分析模式，把富集柱10插入沸水中进行解析测试，同时通过数据输出装置13记录甲烷的峰面积；在步骤S5之后，检测方法还包括：把富集柱10从沸水中拿出，旋转三通阀5以通入惰性气体对氯硅烷还原装置6进行降温；关闭氢气供应装置1和数据输出装置13，且当氯硅烷还原装置6降温至200℃以下时关闭惰性气体供应装置2。

下面将结合具体步骤进一步说明本发明提供的检测系统和检测方法。

该检测方法中，以氮气作为惰性气体，其具体实施步骤如下：

1.打开氮气气源，调节氮气减压调压器至2.0MPa；旋转三通阀至“氮气”位置。对系统进行氮气置换5min；

2.把脱水管插入液氮中，将六通阀调整至“分析”位置；

3.设定石英管的还原温度为800～1200℃，升温过程时间为40～60min，对石英管进行加热；

4.待温度达到后，打开氢气源，将三通阀旋转至“氢气”位置，使得氢气进入混气室以及后续仪器中；

5.连通气相色谱仪的气路，打开气相色谱仪；，当气相色谱仪的温度、压力、流量等参数在正常范围内(即气相色谱仪中进样器温度为80～120℃，色谱柱的温度180～200℃，检测器的温度为200～250℃，，载气的压力为0.395～0.405MPa，氢气的流量为30ml/min～50ml/min，)，然后控制氢气减压调压器使总氢压力控制在2.0Mpa；

6.点燃气相色谱仪的FID检测器，并启动电脑记录程序和数据处理程序；7.将六通阀旋转至富集模式，同时把富集柱插入液氮中；

8.用干燥的微量进样器吸取20～100微升氯硅烷确定含量碳元素的样品，即标准样品，从汽化室的进样口注入，同时开始记时；

9.10～20min后，旋转六通阀至分析模式，同时把富集柱插入沸水中解析测试；

10.通过电脑中的程序软件记录检测甲烷的峰面积，计算出标准样品的响应值

11.连续平行进样至少2次，直至响应值相对偏差小于5％，取平均值，标准样品测试完毕；

12.用微量取样器吸取20～100微升氯硅烷样品，重复步骤8～步骤11，结合标准样品的响应值以及含量，计算出试样中总碳含量；

13.操作完毕，把富集柱；从沸水；中拿出；将三通阀；旋至“氮气”位置，给石英管降温；关闭氢气源；关闭电脑记录程序和数据处理程序；将液氮倒回液氮生物容器内保存；当炉管温度降至200℃以下，关闭氮气源。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：本实用新型通过氯硅烷还原装置将含氯硅烷中的碳元素氢化还原为甲烷，然后将甲烷送入气相色谱仪中并对甲烷中的碳含量进行测定，从而实现了检测含氯硅烷中的总碳含量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测系统，用于检测含氯硅烷中的总碳含量，其特征在于，

所述检测系统包括氢气供应装置、惰性气体供应装置、汽化室和混气室，所述汽化室具有用于通入氯硅烷的进样口，所述混气室的第一入口与所述汽化室的出口相连通，所述氢气供应装置的出口和所述惰性气体供应装置的出口并联连接于所述混气室的第二入口；

所述检测系统还包括依次串联设置的氯硅烷还原装置、脱除装置、甲烷吸脱附装置、气相色谱仪和数据输出装置，且所述氯硅烷还原装置的入口与所述混气室的出口连通，所述脱除装置用于去除氯化氢和未反应的所述氯硅烷。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括放空管道，且所述脱除装置的出口、所述甲烷吸脱附装置的入口、所述惰性气体供应装置的出口、所述气相色谱仪的入口、所述甲烷吸脱附装置的出口和所述放空管道顺序连接于六通阀上；当所述六通阀调至富集模式时，所述脱除装置的出口和所述甲烷吸脱附装置的入口之间、所述惰性气体供应装置的出口和所述气相色谱仪的入口之间、以及所述甲烷吸脱附装置的出口和所述放空管道之间导通；当所述六通阀调至分析模式时，所述脱除装置的出口和所述放空管道之间、所述甲烷吸脱附装置的入口和所述惰性气体供应装置的出口之间、所述甲烷吸脱附装置的出口和所述气相色谱仪的入口之间导通。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述惰性气体供应装置的出口、所述氢气供应装置的出口和所述第二入口之间设置有三通阀。

4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述氯硅烷还原装置包括石英管和加热器。

5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述脱除装置包括依次连接的氯化氢脱除管和冷凝器。

6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述冷凝器包括盛有液氮的冷凝容器和置于所述液氮中的脱水管。

7.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述甲烷吸脱附装置包括盛有溶剂的吸脱附容器和设置于所述溶剂中的富集柱；当所述甲烷吸脱附装置用于吸附甲烷时所述溶剂为液氮，当所述甲烷吸脱附装置用于脱附甲烷时所述溶剂为沸水。

8.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述氢气供应装置包括氢气源以及与所述氢气源相连的氢气减压调压器；所述惰性气体供应装置包括惰性气体源以及与所述惰性气体源相连的惰性气体减压调压器。

9.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述气相色谱仪包括氢火焰离子化检测器。

10.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述数据输出装置为电脑或数据记录器。