CN213957262U - 一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统；包括样品气进口管路、样品气出口管路、载气气路单元、高纯一氧化碳气体管路单元以及PDHID检测器；载气气路单元包括载气1、载气2以及载气3；所述高纯一氧化碳气体管路单元包括切换阀VⅠ、切换阀VⅡ以及切换阀VⅢ，切换阀VⅠ和切换阀VⅡ之间设有第一5A分子筛色谱柱，切换阀VⅡ以及切换阀VⅢ之间设有第二5A分子筛色谱柱，切换阀VⅠ和切换阀VⅢ之间设有Hayesep N柱；具有结构简单、设计合理、操作简单、准确率高以及能够实现多次快速的对高纯一氧化碳气体中微量杂质进行检测以满足工业生产需求的优点。

Description

一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统

技术领域

本实用新型涉及高纯一氧化碳气体中微量杂质检测技术领域，尤其涉及一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统。

背景技术

高纯气体在现代工业中具有重要的地位，其中高纯一氧化碳(CO)是应用较为广泛的高纯气体之一，它主要用于半导体、芯片、平板、光刻、冶金等行业。在半导体制程中，一氧化碳与六氟化硫混合气可将基片上无光刻胶掩蔽的加工表面蚀刻掉，而使有光刻胶掩蔽的区域保存下来，以便在基片表面上获得所需要的成像图形；此外，电子特气一氧化碳也可为多晶硅外延层提供碳源生成聚合物侧壁保护膜，调节刻槽深宽比；与常用的氟碳类化合物、HBr等刻蚀气体相较，一氧化碳作为必不可少的刻蚀气体。

随着我国工业经济的迅猛发展，气体在工业及半导体生产中有着“血液”之称，高纯一氧化碳气体的生产与供应使得近几年来颁布了行业标准、国家标准，高纯气体中痕量杂质的检测以气相色谱方法为主。利用脉冲放电氦电离色谱检测高纯气体中的痕量杂质是近年来刚刚发展起来的新方法，它具有灵敏度高、检测限低的优点。脉冲放电氦电离检测器(简称PDHID检测器)是高灵敏度的通用性检测器，对无机和有机化合物均有响应，故在分析高纯气体中的微量杂质时必须采用以高纯度氦气为载气的色谱进行分离，但在检测过程中出现部分一氧化碳组分在色谱柱中保留时间很长，拖尾严重，导致两次分析的间隔时间很长，不能适应工业生产中快速检测的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提供一种结构简单、设计合理、操作简单、准确率高以及能够实现多次快速的对高纯一氧化碳气体中微量杂质进行检测以满足工业生产需求的高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，该气相色谱分析系统包括样品气进口管路、样品气出口管路、用于推送气体的载气气路单元、对气体进行中心切割以及放空的高纯一氧化碳气体管路单元以及对微量杂质气相进行检测的PDHID检测器；所述载气气路单元包括载气1、载气2以及载气3；所述高纯一氧化碳气体管路单元包括切换阀VⅠ、切换阀VⅡ以及切换阀VⅢ，切换阀VⅠ和切换阀VⅡ之间设有第一5A分子筛色谱柱，切换阀VⅡ以及切换阀VⅢ之间设有第二5A分子筛色谱柱，切换阀VⅠ和切换阀VⅢ之间设有Hayesep N柱。

优选的，所述样品气进口管路与切换阀VⅠ中的①号接口相连，样品气出口管路与切换阀VⅠ中的②号接口相连，切换阀VⅠ中的⑩号接口和切换阀VⅠ中的⑦号接口之间设有第一定量环，切换阀VⅠ中的③号接口和切换阀VⅠ中的⑥号接口之间设有第二定量环，载气1与切换阀VⅠ中的⑨号接口相连，载气2与切换阀VⅠ中的④号接口相连。

优选的，所述切换阀VⅡ中的⑥号接口通过第一5A分子筛色谱柱与切换阀VⅠ中的⑤号接口相连，载气3与切换阀VⅡ中的②号接口相连，切换阀VⅡ中的③号接口与第二针阀相连，切换阀VⅡ中的⑤号接口与第一针阀相连。

优选的，所述载气气路单元还包括载气4，载气4与切换阀VⅡ中的④号接口相连。

优选的，所述切换阀VⅢ中的①号接口通过Hayesep N柱与切换阀VⅠ中的⑧号接口相连，切换阀VⅢ中的③号接口通过第二5A分子筛色谱柱与切换阀VⅡ中的①号接口相连；切换阀VⅢ中的②号接口与PDHID检测器相连；切换阀VⅢ中的④号接口与第四针阀相连，切换阀VⅢ中的⑥号接口与第三针阀相连。

优选的，所述载气气路单元还包括载气5，切换阀VⅢ中的⑤号接口与载气5相连。

优选的，所述切换阀VⅠ为十通吹扫气动切换阀。

优选的，所述切换阀VⅡ和切换阀VⅢ均为六通吹扫气动切换阀。

优选的，所述样品气进口管路和样品气出口管路上设有快换接头。

本实用新型具有结构简单、气路流程设计简单易懂，整个气路系统采用VCR接口连接，气密性好，气路连接死角少，仪器成本低、操作简便、准确率高、分析时长短以及能够实现多次连续进样、快速的对高纯一氧化碳气体中微量杂质进行检测，以满足工业化生产需求的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型切换阀VⅠ取样到第一5A分子筛色谱柱及Hayesep N柱的气路图。

图3为本实用新型切换阀VⅡ将样品送到第二5A分子筛色谱柱气路图。

图4为本实用新型切换阀VⅡ放空主组分CO的气路图。

图5为本实用新型切换阀VⅠ取样到Hayesep N柱以及对H2、CO+N2+O2/Ar、CH4放空气路图。

图6为本实用新型切换阀VⅢ将样品CO2切割到PDHID检测器的气路图。图中：

1、切换阀VⅠ；2、切换阀VⅡ；3、切换阀VⅢ；4、第一定量环；5、第二定量环；6、Hayesep N柱；7、第一5A分子筛色谱柱；8、第一针阀；9、第二针阀；10、第二5A分子筛色谱柱；11、PDHID检测器；12、第三针阀；13、第四针阀；14、样品气进口管路；15、样品气出口管路；16、快换接头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1-6，本实用新型为一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，该气相色谱分析系统包括样品气进口管路14、样品气出口管路15、用于推送气体的载气气路单元、对气体进行中心切割以及放空的高纯一氧化碳气体管路单元以及对微量杂质气相进行检测的PDHID检测器11；所述载气气路单元包括载气1、载气2、载气3、载气4以及载气5；所述高纯一氧化碳气体管路单元包括切换阀VⅠ1、切换阀VⅡ2以及切换阀VⅢ3，切换阀VⅠ1和切换阀VⅡ2之间设有第一5A分子筛色谱柱7，切换阀VⅡ2以及切换阀VⅢ3之间设有第二5A分子筛色谱柱10，切换阀VⅠ1和切换阀VⅢ3之间设有Hayesep N柱6。本实用新型中通过样品气进口管路14和样品气出口管路15构成通路以实现对样品气的取样，并通过第一5A分子筛色谱柱7和第二5A分子筛色谱柱10以及相对应的切换阀实现对高纯一氧化碳气体中的主气体与部分微量杂质进行有效分离，并通过相应的载气将部分微量杂质送至PDHID检测器11进行检测同时将主气体送出，避免主气体影响第一5A分子筛色谱柱7和第二5A分子筛色谱柱10造成两次分析间隔时间长的缺陷；通过Hayesep N柱6以及相对应的切换阀实现对高纯一氧化碳气体中的主气体与另一部分微量杂质实现分离，以实现对另一部分微量杂质的检测。

进一步地，所述样品气进口管路14与切换阀VⅠ1中的①号接口相连，样品气出口管路15与切换阀VⅠ1中的②号接口相连，切换阀VⅠ1中的⑩号接口和切换阀VⅠ1中的⑦号接口之间设有第一定量环4，切换阀VⅠ1中的③号接口和切换阀VⅠ1中的⑥号接口之间设有第二定量环5，载气1与切换阀VⅠ1中的⑨号接口相连，载气2与切换阀VⅠ1中的④号接口相连。通过设置第一定量环4和第二定量环5能够实现对进样气体的留存，以达到后期通过二次进样的方式对高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相进行色谱分析的目的；进一步的本实用新型通过载气1和载气2来控制气路流量，从而实现带动相应样品气进入相关色谱柱以及切换阀内。

进一步地，所述切换阀VⅡ2中的⑥号接口通过第一5A分子筛色谱柱7与切换阀VⅠ1中的⑤号接口相连，载气3与切换阀VⅡ2中的②号接口相连，载气4与切换阀VⅡ2中的④号接口相连，切换阀VⅡ2中的③号接口与第二针阀9相连，切换阀VⅡ2中的⑤号接口与第一针阀8相连。本实用新型通过设置第一5A分子筛色谱柱7能够实现对样品气进行初步切割，同时实现对该样品气中的主气体进行放空；另外，本实用新型中所述的载气4主要用于使切换阀VⅡ2能够切换方便以及整个气路更加通畅便利。

进一步地，所述切换阀VⅢ3中的①号接口通过Hayesep N柱6与切换阀VⅠ1中的⑧号接口相连，切换阀VⅢ3中的③号接口通过第二5A分子筛色谱柱10与切换阀VⅡ2中的①号接口相连；切换阀VⅢ3中的②号接口与PDHID检测器11相连；切换阀VⅢ3中的④号接口与第四针阀13相连，切换阀VⅢ3中的⑤号接口与载气5相连，切换阀VⅢ3中的⑥号接口与第三针阀12相连。本实用新型通过设置PDHID检测器11用于对高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相进行检测，其具体过程是通过切换阀VⅡ2将一部分微量杂质气相送入PDHID检测器11内，通过切换阀VⅠ1将另一部分微量杂质气相送入PDHID检测器11内；以实现对高纯一氧化碳中的微量杂质气相进行精准检测的目的。

进一步地，所述切换阀VⅠ1为十通吹扫气动切换阀。所述切换阀VⅡ2和切换阀VⅢ3均为六通吹扫气动切换阀。本实用新型中所述的样品气进样和采样是通过十通吹扫气动切换阀来进行的，六通吹扫气动切换阀的中心用于切割样品气以及切换载气等工作，本实用新型可以采用手动控制，也可以采用自动控制的方式，优选的采用自动控制的方式，即上述动作全部由系统反控色谱工作站来完成，各阀对应一个外部事件来控制，其动作的阶次也由事件编制程序执行，整体分析过程自动化控制，系统数据的重复性与准确性由稳定的流量气路和准确无误的阀切换来保证；另外，本实用新型中所述的载气1、载气2、载气3、载气4和载气5均设有尾吹针阀，采用VICI带吹扫气动切换阀，确保气路切换过程中空气的浸入；进一步地本实用新型十通吹扫气动切换阀和六通吹扫气动切换阀相对于四通阀而言，阀体中的气路行程短，采用中心切割系统，放空主体成分，保证基线平稳；同时采用十通阀正吹方式使的系统的气路流量在阀体切换后变化小；本实用新型中的针阀采用不锈钢调节针阀可控制放空流量；采用Hayesep N柱6、第一5A分子筛色谱柱7、第二5A分子筛色谱柱10均采用独立柱箱，使得不同的色谱柱都具有独立控温的功能。

进一步地，所述样品气进口管路14和样品气出口管路15上设有快换接头16。通过上述设置能够实现样品气的生产设备和/或存储设备与样品气进口管路14和样品气出口管路15快速连接，以实现快速及工业化对高纯一氧化碳中的微量杂质气相进行有效检测的目的。

本实用新型对于高纯一氧化碳中的微量杂质气相进行检测的方式为样品气二次进样的方式，首先通过切换阀VⅠ1对样品气进行采集，采集时如图1所示，切换阀VⅠ1中，样品气的生产设备和/或存储设备通过快换接头16进入样品气进口管路14中，并通过切换阀VⅠ1中的①号接口、切换阀VⅠ1中的⑩号接口、第一定量环4、切换阀VⅠ1中的⑦号接口、切换阀VⅠ1中的⑥号接口、第二定量环5、切换阀VⅠ1中的③号接口、切换阀VⅠ1中的②号接口样品气出口管路15和快换接头16与存储设备相连；然后对切换阀VⅠ1进行切换，使样品气分为两部分，其中一部分样品气留存于切换阀VⅠ1中的⑩号接口和切换阀VⅠ1中的⑦号接口之间的第一定量环4内，另一部分样品气留存于切换阀VⅠ1中的⑥号接口和切换阀VⅠ1中的③号接口的第二定量环5中；当上述取样完毕后则开始进样，一次进样的过程中主体成分在切换阀VⅠ1中进入第一5A分子筛色谱柱7时预切分开H₂、O₂+Ar、N₂、CH₄、CO组分，在气体通过第二5A分子筛色谱柱10进行切割，并将H₂、O₂+Ar、N₂、CH₄通过切换阀VⅢ3切换到PDHID检测器11上去响应出峰；具体步骤如下：切换阀VⅠ1采用正向进样的方式连接管路，如图2、3所示，载气2将第二定量环5中的样品气输送至第一5A分子筛色谱柱7中，并对样品气进行预切割，样品气通过第一5A分子筛色谱柱7时，CO在第一5A分子筛色谱柱7上出峰较慢，H₂、O₂+Ar、N₂、CH₄先进入第二5A分子筛色谱柱10内；如图4所示，通过切换阀VⅡ2对气体进行切割，切割后的主体一氧化碳气体通过载气2、第一5A分子筛色谱柱7以及第一针阀8进行放空(放空大部分的主峰)，并使第一5A分子筛色谱柱7中的CO快速排空，以利于实现快速二次检测的目的；同时载气3带动杂质组分通过第二5A分子筛色谱柱10；上述过程中载气2与载气3流量一致，保持基线平稳，杂质组分在基线上出峰，提高组分检测的灵敏度；杂质组分通过第二5A分子筛色谱柱10时的顺序为H₂、O₂+Ar、N₂、CH₄，少量的CO进入第二5A分子筛色谱柱10最慢，载气3带动H₂、O₂+Ar、N₂、CH₄由切换阀VⅢ3中的③号接口和②号接口进入PDHID检测器11内响应出峰(具体参见图5)；余量的CO在载气3的带动下通过第四针阀13放空CO主峰(具体参见图6)。二次进样的过程主体成分在切换阀VⅠ1中进入Hayesep N柱6中分离出CO₂，将分离出的CO₂切换进入PDHID检测器11内响应出峰；具体步骤为：如图2所示，载气1将第一定量环4中的样品气输送至Hayesep N柱6中进行分离，样品气中的CO₂首先进入Hayesep N柱6内率先出峰；通过第三针阀12调节载气流量控制样品的出峰时间，待一次进样结束后切换阀VⅢ3作为二次进样的中心切割，将CO₂切换到PDHID检测器11内响应出峰(如图6所示)；CO₂在Hayesep N柱6内出峰完毕后，载气1推动除CO₂外的其他组分进行切割放空，通过第三针阀12控制放空流量，确保主组分完全放空，仪器基线平稳。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，该气相色谱分析系统包括样品气进口管路(14)、样品气出口管路(15)、用于推送气体的载气气路单元、对气体进行中心切割以及放空的高纯一氧化碳气体管路单元以及对微量杂质气相进行检测的PDHID检测器(11)；

所述载气气路单元包括载气1、载气2以及载气3；

所述高纯一氧化碳气体管路单元包括切换阀VⅠ(1)、切换阀VⅡ(2)以及切换阀VⅢ(3)，切换阀VⅠ(1)和切换阀VⅡ(2)之间设有第一5A分子筛色谱柱(7)，切换阀VⅡ(2)以及切换阀VⅢ(3)之间设有第二5A分子筛色谱柱(10)，切换阀VⅠ(1)和切换阀VⅢ(3)之间设有HayesepN柱(6)。

2.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述样品气进口管路(14)与切换阀VⅠ(1)中的①号接口相连，样品气出口管路(15)与切换阀VⅠ(1)中的②号接口相连，切换阀VⅠ(1)中的⑩号接口和切换阀VⅠ(1)中的⑦号接口之间设有第一定量环(4)，切换阀VⅠ(1)中的③号接口和切换阀VⅠ(1)中的⑥号接口之间设有第二定量环(5)，载气1与切换阀VⅠ(1)中的⑨号接口相连，载气2与切换阀VⅠ(1)中的④号接口相连。

3.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述切换阀VⅡ(2)中的⑥号接口通过第一5A分子筛色谱柱(7)与切换阀VⅠ(1)中的⑤号接口相连，载气3与切换阀VⅡ(2)中的②号接口相连，切换阀VⅡ(2)中的③号接口与第二针阀(9)相连，切换阀VⅡ(2)中的⑤号接口与第一针阀(8)相连。

4.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述载气气路单元还包括载气4，载气4与切换阀VⅡ(2)中的④号接口相连。

5.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述切换阀VⅢ(3)中的①号接口通过Hayesep N柱(6)与切换阀VⅠ(1)中的⑧号接口相连，切换阀VⅢ(3)中的③号接口通过第二5A分子筛色谱柱(10)与切换阀VⅡ(2)中的①号接口相连；切换阀VⅢ(3)中的②号接口与PDHID检测器(11)相连；切换阀VⅢ(3)中的④号接口与第四针阀(13)相连，切换阀VⅢ(3)中的⑥号接口与第三针阀(12)相连。

6.根据权利要求1所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述载气气路单元还包括载气5，切换阀VⅢ(3)中的⑤号接口与载气5相连。

7.根据权利要求1或2所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述切换阀VⅠ(1)为十通吹扫气动切换阀。

8.根据权利要求1或3所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述切换阀VⅡ(2)和切换阀VⅢ(3)均为六通吹扫气动切换阀。

9.根据权利要求1或2所述的一种高纯一氧化碳气体中微量杂质的气相色谱分析系统，其特征在于，所述样品气进口管路(14)和样品气出口管路(15)上设有快换接头(16)。

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