كيفية حساب نقاء مواد الكوارتز من السيليكا (SiO₂)

للبدء، ستحتاج إلى تقرير GDMS (مطياف كتلة التفريغ المتوهج). يمكن استخدام ذلك لإجراء تقدير أولي للنقاء النظري للسيليكا (SiO₂). ومع ذلك، يجب ملاحظة القيود الرئيسية وطرق الحساب التالية:

---

تقرير نظام إدارة GDMS

1. مثال على طريقة لتقدير نقاء SiO₂₂

(1) طريقة الحساب المباشر (طريقة الخصم من المكون الرئيسي)

افتراض:
المكون الرئيسي في أنبوب الكوارتز هو SiO₂، وجميع العناصر الأخرى تعتبر شوائب.

الصيغة:
نقاوة SiO₂ ≈ 100% - Σ (محتوى جميع عناصر الشوائب)

خطوات الحساب:

1. استخرج من التقرير محتويات جميع عناصر الشوائب بخلاف الأكسجين والسيليكون (بالجزء من المليون بالوزن).
2. اجمع محتويات الشوائب للحصول على إجمالي محتوى الشوائب.
3. اطرح النسبة المئوية الإجمالية للشوائب (جزء في المليون ÷ 10,000) من 100%.

---

(2) الحساب الفعلي (استنادًا إلى بيانات التقرير)

تحديد الكمية الإجمالية للشوائب المكتشفة (الوحدة: جزء في المليون):

Li (0.16) + B (1.1) + Na (0.29) + Mg (0.05) + Al (11) + Ti (3.4) + K (0.58) + الحدود العليا الأخرى (على سبيل المثال، Fe <0.5، Cr <0.5 ...)

≈ 0.16 + 1.1 + 0.1 + 0.29 + 0.05 + 11 + 3.4 + 0.58 + 0.5 (Fe) + 0.5 (Cr) + 0.05 (Ni) + 0.1 (Cu) + 1 (Ca)

≈ 18.73 جزء في المليون (تقدير متحفظ، محسوب باستخدام الحدود العليا)

SiO₂ النقاء:
100% - (18.73 ÷ 10,000) = 99.8127%

---

(3) عوامل التصحيح

• عناصر غير مكتشفة: قد تكون العناصر التي تحمل علامة "-" في التقرير (مثل Au، الزئبق، إلخ) أقل من حد الكشف الخاص بالجهاز، ولكن لا يتم احتسابها في إجمالي الشوائب.
• محتوى الأكسجين غير محدد كمياً: يشير التقرير إلى الأكسجين فقط باعتباره "مكونًا رئيسيًا"، ولكن في SiO₂ الفعلي، يمثل الأكسجين 53.2% من تركيبته (يلزم تصحيح النسبة التكافئية).

---

2. خاتمة تقييم النقاء

• النقاء المحافظ: ≥ 99.81% (محسوبة باستخدام الحدود العليا للشوائب المكتشفة في نظام الرصد العام)
• قد تكون النقاوة الفعلية أعلى من ذلك: إذا كانت بعض العناصر أقل بكثير من حدودها العليا (على سبيل المثال، الحديد 0.1 جزء في المليون فقط)، يمكن أن تصل درجة النقاء إلى 99.9%.

---

3. القيود والاعتبارات الرئيسية

(1) محدودية طريقة نظام الرصد العالمي لرصد نوعية الحياة

• البيانات شبه الكمية: على سبيل المثال، قد يكون Fe <0.5 جزء في المليون في الواقع 0.1 جزء في المليون أو 0.01 جزء في المليون، مما قد يؤثر بشكل كبير على حساب النقاء.
• عناصر الضوء المفقودة: يتميز نظام GDMS بقدرة ضعيفة على الكشف عن العناصر الخفيفة مثل C وH، مما قد يؤدي إلى التقليل من تقدير إجمالي الشوائب (على سبيل المثال، لم يتم اكتشاف هيدروكسيل OH-).

(2) المقارنة مع معايير الصناعة

درجة المادة	متطلبات النقاء النموذجية ل SiO₂ النقاء النموذجي	النقاء المقدر من GDMS	يستوفي المعيار
كوارتز من الدرجة الصناعية	≥99.5%	99.81%	✅ نعم
كوارتز من الدرجة الكهروضوئية	≥99.9%	قريب، ولكن غير مؤكد	يلزم التحقق من برنامج المقارنات الدولية - MS
كوارتز من فئة أشباه الموصلات	≥99.991.99%	لم يتحقق	❌ لا

---

4. توصيات التطبيق للمادة

• استخدام صناعي/عام: نقاوة 99.8% كافية ويمكن استخدامها مباشرة.
• استخدام الخلايا الكهروضوئية/أشباه الموصلات:
  • استخدم المقياس المقارن للفحص المقارن للفلزات المقارن (ICP-MS) للتأكد مما إذا كانت الشوائب الفلزية الحرجة (Fe، Na، إلخ) أقل من 0.1 جزء في المليون حقًا.
  • استكمل باختبار FTIR لتحديد محتوى الهيدروكسيل (OH- < 5 جزء في المليون).

الملخص:
تنتمي هذه المادة إلى الكوارتز الصناعي عالي النقاء، ولكنها لا تفي بمتطلبات درجة أشباه الموصلات (4N5 أو 5N).

أساس القرار:
إذا كانت عملية العميل حساسة للتلوث بالحديد/النيتروجين (على سبيل المثال، الخلايا الشمسية PERC)، يجب إعطاء الأولوية للتحقق من مستويات الشوائب الفعلية.