Kaip apskaičiuoti kvarco (SiO₂) grynumą

Pirmiausia jums reikės GDMS (švytėjimo išlydžio masių spektrometrijos) ataskaitos. Pagal ją galima preliminariai įvertinti teorinį silicio dioksido (SiO₂) grynumą. Tačiau reikia atkreipti dėmesį į toliau nurodytus pagrindinius apribojimus ir skaičiavimo metodus:

---

GDMS ataskaita

1. SiO₂ grynumo įvertinimo metodo pavyzdys

(1) Tiesioginio skaičiavimo metodas (pagrindinio komponento atskaitymo metodas)

Prielaida:
Pagrindinė kvarco vamzdelio sudedamoji dalis yra SiO₂, o visi kiti elementai laikomi priemaišomis.

Formulė:
SiO₂ grynumas ≈ 100% - Σ (visų priemaišinių elementų kiekis)

Skaičiavimo etapai:

1. Iš ataskaitos paimkite visų priemaišinių elementų, išskyrus deguonį ir silicį, kiekį (ppm pagal masę).
2. Sudėkite priemaišų kiekį, kad gautumėte bendrą priemaišų kiekį.
3. Iš 100% atimkite bendrą priemaišų procentinę dalį (ppm ÷ 10 000).

---

(2) Faktinis apskaičiavimas (remiantis ataskaitos duomenimis)

Nustatykite bendrą aptiktų priemaišų kiekį (vienetas: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + kitos viršutinės ribos (pvz., 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 (konservatyvus įvertis, apskaičiuotas naudojant viršutines ribas)

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

---

(3) Korekciniai koeficientai

• Neaptikti elementai: Ataskaitoje "-" pažymėti elementai (pvz., Au, Hg ir kt.) gali būti mažesni už prietaiso aptikimo ribą, tačiau į bendrą priemaišų kiekį neįskaičiuojami.
• Deguonies kiekis kiekybiškai nenustatytas: Ataskaitoje deguonis pažymėtas tik kaip "pagrindinė sudedamoji dalis", tačiau faktinėje SiO₂ sudėtyje deguonis sudaro 53,2% (būtina atlikti stechiometrinio santykio korekciją).

---

2. Grynumo vertinimas Išvada

• Konservatyvus grynumas: ≥ 99,81% (apskaičiuota pagal GDMS aptiktų priemaišų viršutines ribas)
• Tikrasis grynumas gali būti didesnis: Jei kai kurių elementų kiekis yra gerokai mažesnis už jų viršutines ribas (pvz., Fe yra tik 0,1 ppm), grynumas gali siekti 99.9%.

---

3. Pagrindiniai apribojimai ir svarstymai

(1) GDMS metodo apribojimai

• Pusiau kiekybiniai duomenys: Pavyzdžiui, Fe <0,5 ppm iš tikrųjų gali būti 0,1 ppm arba 0,01 ppm, o tai gali turėti didelės įtakos grynumo skaičiavimui.
• Trūksta šviesos elementų: GDMS silpnai aptinka lengvuosius elementus, pavyzdžiui, C ir H, todėl gali būti nepakankamai įvertintas bendras priemaišų kiekis (pvz., neaptinkamas hidroksilas OH-).

(2) Palyginimas su pramonės standartais

Medžiagos klasė	Tipinis SiO₂ grynumo reikalavimas	Grynumas, apskaičiuotas pagal GDMS	Atitinka standartą
Pramoninis kvarcas	≥99.5%	99.81%	✅ Taip
Fotovoltinės klasės kvarcas	≥99.9%	Beveik, bet neaišku	⚠ Reikalinga ICP-MS patikra
Puslaidininkinis kvarcas	≥99.99%	Nepasiekta	❌ Ne

---

4. Medžiagos naudojimo rekomendacijos

• Pramonės ir (arba) bendrojo naudojimo: Pakanka 99,8% grynumo, todėl jį galima naudoti tiesiogiai.
• Fotoelektrinių elementų ir puslaidininkių naudojimas:
  • Naudokite ICP-MS, kad įsitikintumėte, ar kritinių metalų priemaišų (Fe, Na ir kt.) kiekis tikrai neviršija 0,1 ppm.
  • Papildomai atlikite FTIR tyrimą, kad nustatytumėte hidroksilo kiekį (OH- < 5 ppm).

Santrauka:
Ši medžiaga priklauso didelio grynumo pramoniniam kvarcui, tačiau neatitinka puslaidininkių klasės reikalavimų (4N5 arba 5N).

Sprendimo pagrindas:
Jei kliento procesas yra jautrus Fe/Na užterštumui (pvz., PERC saulės elementai), pirmenybė turėtų būti teikiama faktiniam priemaišų lygiui patikrinti.