A kvarcanyagok szilícium-dioxid (SiO₂) tisztaságának kiszámítása

Kezdetben szüksége lesz egy GDMS (izzókisülés tömegspektrometria) jelentésre. Ennek segítségével előzetes becslést lehet készíteni a szilícium-dioxid (SiO₂) elméleti tisztaságáról. Figyelembe kell azonban venni a következő kulcsfontosságú korlátozásokat és számítási módszereket:

---

GDMS jelentés

1. Példa a SiO₂ tisztaság becslésére szolgáló módszerre

(1) Közvetlen számítási módszer (főösszetevő levonási módszer)

Feltételezés:
A kvarccső fő összetevője a SiO₂, és minden más elem szennyeződésnek minősül.

Képlet:
SiO₂ tisztaság ≈ 100% - Σ (az összes szennyezőelem tartalma)

Számítási lépések:

1. Vegye ki a jelentésből az összes szennyező elem tartalmát az oxigén és a szilícium kivételével (ppm-ben, tömeg szerint).
2. Adja össze a szennyezőanyag-tartalmakat, hogy megkapja a teljes szennyezőanyag-tartalmat.
3. Az 100% értékből vonjuk ki az összes szennyeződés százalékos arányát (ppm ÷ 10 000).

---

(2) Tényleges számítás (a jelentés adatai alapján)

Határozza meg a kimutatott szennyeződések teljes mennyiségét (egység: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + egyéb felső határértékek (pl. Fe <0,5, Cr <0,5...).

≈ 0,16 + 1,1 + 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 ppm (konzervatív becslés, felső határértékek alapján számítva)

SiO₂ Tisztaság:
100% - (18,73 ÷ 10,000) = 99.8127%

---

(3) Korrekciós tényezők

• Fel nem fedezett elemek: A jelentésben "-"-ként jelölt elemek (mint például Au, Hg stb.) a műszer kimutatási határa alatt lehetnek, de nem számítanak bele az összes szennyeződésbe.
• Oxigéntartalom nem számszerűsített: A jelentés csak az oxigént jelöli meg "fő komponensként", de a tényleges SiO₂-ban az oxigén az összetétel 53,2%-jét teszi ki (a sztöchiometriai arány korrekciója szükséges).

---

2. Tisztasági értékelés Következtetés

• Konzervatív tisztaság: ≥ 99,81% (a GDMS-sel kimutatott szennyeződések felső határértékeinek felhasználásával számítva)
• A tényleges tisztaság magasabb lehet: Ha néhány elem jóval a felső határértékük alatt van (pl. a Fe csak 0,1 ppm), a tisztaság elérheti a következő értékeket 99.9%.

---

3. Főbb korlátozások és megfontolások

(1) A GDMS módszer korlátai

• Félkvantitatív adatok: Például a Fe <0,5 ppm valójában 0,1 ppm vagy 0,01 ppm lehet, ami jelentősen befolyásolhatja a tisztaság kiszámítását.
• Hiányzó fényelemek: A GDMS gyenge kimutatási képességgel rendelkezik a könnyű elemek, például a C és H esetében, ami az összes szennyeződés alulbecsléséhez vezethet (pl. a hidroxil OH- nem mutatható ki).

(2) Összehasonlítás az ipari szabványokkal

Anyagminőség	Tipikus SiO₂ tisztasági követelmény	GDMS alapján becsült tisztaság	Megfelel a szabványnak
Ipari minőségű kvarc	≥99.5%	99.81%	✅ Igen
Fotovoltaikus minőségű kvarc	≥99.9%	Közel, de bizonytalan	⚠ ICP-MS ellenőrzés szükséges
Félvezető minőségű kvarc	≥99.99%	Nem teljesült	❌ Nem

---

4. Az anyagra vonatkozó alkalmazási ajánlások

• Ipari/általános felhasználás: A 99,8% tisztasága elegendő, és közvetlenül felhasználható.
• Fotovoltaikus/félvezető felhasználás:
  • Használja az ICP-MS-t annak megerősítésére, hogy a kritikus fémes szennyeződések (Fe, Na stb.) valóban 0,1 ppm alatt vannak-e.
  • Egészítse ki FTIR-vizsgálattal a hidroxiltartalom meghatározására (OH- < 5 ppm).

Összefoglaló:
Ez az anyag a nagy tisztaságú ipari minőségű kvarcok közé tartozik, de nem felel meg a félvezető minőségű követelményeknek (4N5 vagy 5N).

A döntés alapja:
Ha az ügyfél folyamata érzékeny a Fe/Na szennyeződésre (pl. PERC napelemek), akkor a tényleges szennyeződésszintek ellenőrzésének elsőbbséget kell adni.