Slik beregner du renheten til kvarts (SiO₂) i kvartsmaterialer

Til å begynne med trenger du en GDMS-rapport (Glow Discharge Mass Spectrometry). Denne kan brukes til å gjøre et foreløpig estimat av den teoretiske renheten av silika (SiO₂). Vær imidlertid oppmerksom på følgende viktige begrensninger og beregningsmetoder:

---

GDMS-rapport

1. Eksempel på metode for estimering av SiO₂-renhet

(1) Direkte beregningsmetode (hovedkomponentfradragsmetoden)

Forutsetning:
Hovedkomponenten i kvartsrøret er SiO₂, og alle andre elementer regnes som urenheter.

Formel:
SiO₂-renhet ≈ 100% - Σ (innhold av alle urenheter)

Beregningstrinn:

1. Trekk ut fra rapporten innholdet av alle andre urenheter enn oksygen og silisium (i vekt-ppm).
2. Legg sammen innholdet av urenheter for å få det totale innholdet av urenheter.
3. Trekk den totale urenhetsprosenten (ppm ÷ 10 000) fra 100%.

---

(2) Faktisk beregning (basert på rapportdata)

Bestem den totale mengden av påviste urenheter (enhet: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + andre øvre grenser (f.eks. 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 (konservativt estimat, beregnet ved hjelp av øvre grenser)

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

---

(3) Korreksjonsfaktorer

• Uoppdagede elementer: Elementer som er merket med "-" i rapporten (f.eks. Au, Hg osv.) kan være under instrumentets deteksjonsgrense, men regnes ikke med i den totale mengden urenheter.
• Oksygeninnhold ikke kvantifisert: I rapporten er oksygen bare markert som en "hovedkomponent", men i faktisk SiO₂ utgjør oksygen 53,2% av sammensetningen (korrigering av det støkiometriske forholdet er nødvendig).

---

2. Renhetsvurdering Konklusjon

• Konservativ renhet: ≥ 99,81% (beregnet ved hjelp av de øvre grensene for GDMS-detekterte urenheter)
• Den faktiske renheten kan være høyere: Hvis noen av elementene ligger langt under de øvre grenseverdiene (f.eks. Fe er bare 0,1 ppm), kan renheten nå 99.9%.

---

3. Viktige begrensninger og hensyn

(1) Begrensninger ved GDMS-metoden

• Semikvantitative data: For eksempel kan Fe <0,5 ppm i virkeligheten være 0,1 ppm eller 0,01 ppm, noe som kan påvirke renhetsberegningen betydelig.
• Mangler lyselementer: GDMS har svak deteksjonsevne for lette elementer som C og H, noe som kan føre til underestimering av totale urenheter (f.eks. hydroksyl OH- som ikke detekteres).

(2) Sammenligning med bransjestandarder

Materialkvalitet	Typisk SiO₂-renhetskrav	Estimert renhet fra GDMS	Oppfyller standarden
Kvarts av industriell kvalitet	≥99.5%	99.81%	✅ Ja
Kvarts av fotovoltaisk kvalitet	≥99,9%	Nært, men usikkert	⚠ ICP-MS-verifisering nødvendig
Kvarts av halvlederkvalitet	≥99.99%	Ikke oppnådd	❌ Nei

---

4. Anbefalinger for bruk av materialet

• Industriell/allmenn bruk: Renhet på 99,8% er tilstrekkelig og kan brukes direkte.
• Bruk av solceller/halvledere:
  • Bruk ICP-MS for å bekrefte om kritiske metalliske urenheter (Fe, Na osv.) virkelig er under 0,1 ppm.
  • Suppler med FTIR-testing for å bestemme hydroksylinnhold (OH- < 5 ppm).

Oppsummering:
Dette materialet tilhører kvarts av høy renhet av industriell kvalitet, men oppfyller ikke kravene til halvlederkvalitet (4N5 eller 5N).

Beslutningsgrunnlag:
Hvis kundens prosess er følsom for Fe/Na-forurensning (f.eks. PERC-solceller), bør verifisering av de faktiske urenhetsnivåene prioriteres.