Cara Menghitung Kemurnian Silika (SiO₂) Bahan Kuarsa

Untuk memulai, Anda memerlukan laporan GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry). Hal ini dapat digunakan untuk membuat perkiraan awal dari kemurnian teoritis silika (SiO₂). Namun, batasan utama dan metode perhitungan berikut ini harus diperhatikan:

---

Laporan GDMS

1. Contoh Metode untuk Memperkirakan Kemurnian SiO₂

(1) Metode Perhitungan Langsung (Metode Pengurangan Komponen Utama)

Asumsi:
Komponen utama tabung kuarsa adalah SiO₂, dan semua elemen lainnya dianggap sebagai kotoran.

Formula:
Kemurnian SiO₂ ≈ 100% - Σ (kandungan semua elemen pengotor)

Langkah-langkah Perhitungan:

1. Ekstrak dari laporan kandungan semua elemen pengotor selain oksigen dan silikon (dalam ppm berat).
2. Jumlahkan kandungan pengotor untuk mendapatkan kandungan pengotor total.
3. Kurangi persentase pengotor total (ppm ÷ 10.000) dari 100%.

---

(2) Perhitungan Aktual (Berdasarkan Data Laporan)

Tentukan jumlah total pengotor yang terdeteksi (unit: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + batas atas lainnya (mis., 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 (perkiraan konservatif, dihitung menggunakan batas atas)

Kemurnian SiO₂:
100% - (18,73 ÷ 10.000) = 99.8127%

---

(3) Faktor Koreksi

• Elemen yang tidak terdeteksi: Elemen yang ditandai sebagai "-" dalam laporan (seperti Au, Hg, dll.) mungkin berada di bawah batas deteksi instrumen, tetapi tidak dihitung dalam total pengotor.
• Kandungan oksigen tidak diukur: Laporan ini hanya menandai oksigen sebagai "komponen utama", tetapi dalam SiO₂ yang sesungguhnya, oksigen menyumbang 53,2% dari komposisinya (diperlukan koreksi rasio stoikiometri).

---

2. Kesimpulan Evaluasi Kemurnian

• Kemurnian konservatif: ≥ 99,81% (dihitung menggunakan batas atas pengotor yang terdeteksi GDMS)
• Kemurnian yang sebenarnya mungkin lebih tinggi: Jika beberapa elemen jauh di bawah batas atasnya (misalnya, Fe hanya 0,1 ppm), kemurniannya bisa mencapai 99.9%.

---

3. Batasan dan Pertimbangan Utama

(1) Keterbatasan Metode GDMS

• Data semi-kuantitatif: Sebagai contoh, Fe <0,5 ppm mungkin sebenarnya adalah 0,1 ppm atau 0,01 ppm, yang secara signifikan dapat mempengaruhi perhitungan kemurnian.
• Elemen cahaya yang hilang: GDMS memiliki kemampuan deteksi yang lemah untuk elemen ringan seperti C dan H, yang dapat menyebabkan meremehkan total pengotor (misalnya, hidroksil OH- tidak terdeteksi).

(2) Perbandingan dengan Standar Industri

Kelas Bahan	Persyaratan Kemurnian SiO₂ yang Khas	Perkiraan Kemurnian dari GDMS	Memenuhi Standar
Kuarsa kelas industri	≥99.5%	99.81%	✅ Ya
Kuarsa kelas fotovoltaik	≥99,9%	Hampir, tetapi tidak pasti	Diperlukan verifikasi ICP-MS
Kuarsa tingkat semikonduktor	≥99,99%	Tidak tercapai	❌ Tidak

---

4. Rekomendasi Aplikasi untuk Materi

• Penggunaan industri/umum: Kemurnian 99.8% sudah cukup dan dapat digunakan secara langsung.
• Penggunaan fotovoltaik/semikonduktor:
  • Gunakan ICP-MS untuk mengonfirmasi apakah pengotor logam kritis (Fe, Na, dll.) benar-benar di bawah 0,1 ppm.
  • Lengkapi dengan pengujian FTIR untuk menentukan kandungan hidroksil (OH- <5 ppm).

Ringkasan:
Bahan ini termasuk dalam kuarsa kelas industri dengan kemurnian tinggi, tetapi tidak memenuhi persyaratan kelas semikonduktor (4N5 atau 5N).

Dasar keputusan:
Jika proses pelanggan sensitif terhadap kontaminasi Fe/Na (misalnya, sel surya PERC), prioritas harus diberikan untuk memverifikasi tingkat pengotor yang sebenarnya.