Hur man beräknar renheten för kiseldioxid (SiO₂) i kvartsmaterial

Till att börja med behöver du en GDMS-rapport (Glow Discharge Mass Spectrometry). Denna kan användas för att göra en preliminär uppskattning av den teoretiska renheten hos kiseldioxid (SiO₂). Följande viktiga begränsningar och beräkningsmetoder måste dock noteras:

---

GDMS-rapport

1. Exempel på metod för att uppskatta renheten hos SiO₂

(1) Metod för direkt beräkning (metod för avdrag av huvudkomponent)

Antagande:
Huvudkomponenten i kvartsröret är SiO₂, och alla andra element betraktas som föroreningar.

Formel:
SiO₂-renhet ≈ 100% - Σ (innehåll av alla orenhetselement)

Beräkningssteg:

1. Extrahera från rapporten innehållet av alla föroreningselement utom syre och kisel (i ppm av vikt).
2. Räkna samman föroreningshalterna för att få den totala föroreningshalten.
3. Subtrahera den totala föroreningsprocenten (ppm ÷ 10 000) från 100%.

---

(2) Faktisk beräkning (baserad på rapportdata)

Bestäm den totala mängden detekterade föroreningar (enhet: ppm):

Li (0,16) + B (1,1) + Na (0,29) + Mg (0,05) + Al (11) + Ti (3,4) + K (0,58) + andra övre gränser (t.ex. 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 (konservativ uppskattning, beräknad med hjälp av övre gränser)

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

---

(3) Korrektionsfaktorer

• Oupptäckta element: Element som är markerade med "-" i rapporten (t.ex. Au, Hg osv.) kan ligga under instrumentets detektionsgräns, men räknas inte in i de totala föroreningarna.
• Syrehalten har inte kvantifierats: I rapporten anges endast syre som en "huvudkomponent", men i faktisk SiO₂ står syre för 53,2% av dess sammansättning (korrigering av stökiometriskt förhållande krävs).

---

2. Utvärdering av renhet Slutsats

• Konservativ renhet: ≥ 99,81% (beräknat med hjälp av de övre gränserna för GDMS-detekterade föroreningar)
• Den faktiska renheten kan vara högre: Om vissa element ligger långt under sina övre gränser (t.ex. Fe är bara 0,1 ppm) kan renheten uppgå till 99.9%.

---

3. Viktiga begränsningar och överväganden

(1) Begränsningar av GDMS-metoden

• Semikvantitativa uppgifter: Till exempel kan Fe <0,5 ppm i själva verket vara 0,1 ppm eller 0,01 ppm, vilket kan påverka renhetsberäkningen avsevärt.
• Saknar ljuselement: GDMS har svag detektionsförmåga för lätta element som C och H, vilket kan leda till underskattning av totala föroreningar (t.ex. hydroxyl OH- detekteras inte).

(2) Jämförelse med branschstandarder

Materialkvalitet	Typiskt krav på renhet för SiO₂	Renhetsgrad uppskattad från GDMS	Uppfyller standard
Kvarts av industriell kvalitet	≥99,5%	99.81%	✅ Ja
Kvarts av fotovoltaisk kvalitet	≥99,9%	Nära, men osäkert	⚠ ICP-MS-verifiering krävs
Kvarts av halvledarkvalitet	≥99.99%	Ej uppnått	❌ Nej

---

4. Tillämpningsrekommendationer för materialet

• Industriell/allmän användning: Renhetsgraden 99,8% är tillräcklig och kan användas direkt.
• Användning av fotovoltaik/halvledare:
  • Använd ICP-MS för att bekräfta om kritiska metallföroreningar (Fe, Na, etc.) verkligen är under 0,1 ppm.
  • Komplettera med FTIR-test för att fastställa hydroxylinnehåll (OH- < 5 ppm).

Sammanfattning:
Detta material tillhör industriklassad kvarts med hög renhet men uppfyller inte kraven för halvledarklass (4N5 eller 5N).

Beslutsunderlag:
Om kundens process är känslig för Fe/Na-föroreningar (t.ex. PERC-solceller) bör man prioritera att verifiera de faktiska föroreningsnivåerna.