TOC 分析儀分析硫酸中的總有機碳（TOC）

挑戰 

很多工藝使用無機酸作為重要原料。在確定特定應用的 適用性時，尤其是在確定該應用對工藝和產品的影響時， 準確評估酸的質量是至關重要的。 

酸中的可溶性雜質會影響生產工藝和產品質量。過量的有機污染物帶來以下問題：

- 生產工藝效率低下 

- 產品被污染 

- 生產批次不合格 

- 工藝和產品偏差

化工行業都需要確定和控制無機酸的質量。這些行業包 括：原料藥物（ API ， Active Pharmaceutical  Ingredient）、化肥、半導體加工、化學衍生物。酸用 于離子交換樹脂再生，也可以是產品配方的原料。

在半導體行業中，硫酸用于晶圓蝕刻工藝。酸的純度和 潔凈度對生產至關重要，這就要求硫酸供應商對產品批 次進行污染控制，以滿足工藝要求。很多行業在電鍍工 藝中使用硫酸銅。為了提高化學品的性能，生產商添加 有機基體的勻染劑和增白劑。了解添加劑的用量及其潛 在的分解物，有助于控制產品質量和工藝。

解決方案

由于有機污染物的種類繁多，用總有機碳（TOC，Total  Organic Carbon）作為評估酸質量的參數不失為測量樣 品雜質的有效方法。但是，分析儀器必須具有酸基體的 化學耐受性，并能在低 pH 值下有效氧化有機碳，這樣才能得到正確的測量結果。

Sievers InnovOx ES 實驗室型 TOC 分析儀采用超臨界水 氧化（SCWO，Supercritical Water Oxidation）技術來 測量酸溶液中的 TOC 的 ppm 和 ppb 含量。事實證明，SCWO 技術能夠對磷酸、鹽酸、硝酸、硫酸進行精 準 的 TOC 定量分析。

技術

Sievers InnovOx 實驗室型分析儀采用 SCWO 技術， 將有機碳分子氧化成CO2，然后用非分散紅外 （NDIR，Non-dispersive Infrared）檢測技術進行精 確定量。在使用 SCWO 技術時，先在水的臨界點以上 對樣品進行加熱和加壓。在一定條件下（375?C 和 220 巴），水成為超臨界流體，水中的有機物高度可 溶，而無機鹽不溶。這就提高了氧化效率，能夠極ng確 測量腐蝕性和復雜基質中的 TOC，甚至濃酸中的 TOC。

硫酸中含有來自其自身生產過程的各種雜質，包括有 機污染物。這些污染物即使含量極低，也會給要求使 用高純度原料的工藝帶來風險，尤其是給半導體和電 化學沉積工藝帶來風險。因此，為了優化工藝操作、 提供產量，必須對酸的質量進行定量分析。

硫酸（H2SO4）

在測試中，向 H2SO4 中加入不同濃度的鄰苯二甲酸氫 鉀（KHP），以此來評估 Sievers InnovOx 實驗室型 分析儀的分析硫酸中 TOC 的能力。將 96%濃度的 ACS 級硫酸稀釋到 24%，然后分別加入 0.2、0.5 和 2  ppm TOC 的 KHP，進而證明了分析儀的分析能力。

分析在 0 - 100 ppm 范圍內進行，由于樣品的 pH 值 適用于 TOC 分析，故無需使用酸劑。10%過硫酸鈉氧 化劑足以分析此范圍的 TOC。

表 1 中的分析數據包括加標濃度、測自空白 24%硫酸 溶液的 TOC、實測 TOC、以及回收 TOC 的含量和百分比。回收的 TOC 值等于實測 TOC 減去空白 TOC。

表中的數據證明了分析儀能夠定量分析濃酸溶液中的 低濃度 TOC。當 TOC 從 2 ppm 降至 0.2 ppm 時，回收率百分比就會從 1**%偏離，這主要是因為加標濃度（200 ppb）接近空白濃度（180 ppb）。在這種低濃 度下，空白濃度或儀器基線的波動會導致結果的波動。

表 1：在 24% H2SO4中的 TOC 分析

第二項測試分析了各種濃度硫酸的 TOC 回收率。將 1  ppm TOC 的 KHP 分別加到 1、5、10 和 24%的 H2SO4中， 測量數據如表 2 所示。回收的 TOC 值等于實測 TOC 減 去空白 TOC。

表 2：1 - 24% H2SO4的 KHP 回收率

5 - 24% H2SO4的 1 ppm TOC 回收率非常好， 但 1%  H2SO4的 TOC 回收率就偏離了 45%。 當 TOC 濃度接近 空白 TOC 濃度時，空白測量值的波動會顯著影響到計 算的 TOC 結果。

測試還評估了 Sievers InnovOx 實驗室型分析儀分析 24% ACS 級硫酸中 0.1 - 0.5 ppm 范圍 TOC 的能力。分 別將 100、200、300 ppb KHP 加到 ACS 級硫酸中，測 量結果如表 3 所示。

表 3：24% H2SO4的低于 500 ppb 的 KHP 回收率

測量結果顯示了預期的增長趨勢。100 ppb 加標顯示 了 50 ppb 的增長，200 ppb 加標顯示了 120 ppb 的增 長，300 ppb 加標顯示了 230 ppb 的增長。顯然，分 析儀能夠檢測出 410 ppb 基線上的 50 ppb 的增長， 這表明分析儀的靈敏度完全適用于分析如此低的濃度。 對硫酸進行高靈敏度分析的限制因素是基體中的基線 TOC。同任何其它分析一樣，基線值附近的結果容易 變化。人們都知道，H2SO4的純度低于同樣濃度的其 它無機酸（如 HCl、HNO3等）的純度，因此不難預料， 純品 H2SO4中含有一定量的有機雜質。

結論 

Sievers InnovOx 實驗室型分析儀能夠精 準地測量出濃度Z 高為 24%的硫酸中的 TOC。 Z 高 2 ppm KHP 的 實測回收率具有出色的極ng確性和準確性。空白測量值 的大小和穩定性是對 H2SO4進行高靈敏度 TOC 分析的 限制因素。分析儀的靈敏度（檢測限 LOD = 水中的 50 ppb）足以區分 100、200 和 300 ppb TOC。分析儀 在整個測試過程中表現出極 佳的耐用性，且能耐受 H2SO4基質，無降解跡象。