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微電子超純水應(yīng)用中總有機(jī)碳 TOC 監(jiān)測(cè)的操作、校準(zhǔn)和自動(dòng)歸零的指導(dǎo)
硬件選擇
蘇伊士專門為微電子應(yīng)用設(shè)計(jì)了兩款 TOC分析儀— Sievers* M9e 和 500 RLe。雖然這兩款分析儀有著相似的低濃度測(cè)量性能，但 Sievers M9e 使用酸劑和氧化劑，因而能測(cè)量 2.5 ppm（2.5 ppm 是 Sievers 500 RLe 的測(cè)量上限）以上的 TOC 值，還能測(cè)量高IC值，或測(cè)量 pH 不是中性的水樣。酸劑和氧化劑會(huì)向樣品中引入痕量有機(jī)物，本文稍后介紹對(duì)此的空白校正程序。如果不是特別需要使用酸劑和氧化劑，我們建議您在應(yīng)用中使用 Sievers 500 RLe 分析儀。
Sievers 500 RLe 有兩種配置可供選擇 — “集成在線取樣器（iOS，Integrated On-line Sampler）”和“不銹鋼取樣塊（Stainless Steel Sample Block）”。iOS 可以進(jìn)行在線測(cè)量，并能在不切斷樣品連接的情況下將吸樣樣品或參考標(biāo)樣送入分析儀，非常便捷。iOS 對(duì)校準(zhǔn)和確認(rèn)校準(zhǔn)特別有用。
由于后面提到的原因，對(duì)于測(cè)量低 ppb 和亞 ppb 的 TOC 分析儀來說，傳統(tǒng)的校準(zhǔn)意義不大。因此，我們建議在低 ppb 和亞 ppb 應(yīng)用中使用配置不銹鋼取樣塊的 Sievers 500 RLe。取樣塊不僅能降低儀器成本，而且能形成更適合低 ppb 和亞 ppb 應(yīng)用的封閉式取樣系統(tǒng)。
校準(zhǔn)和自動(dòng)歸零
影響分析儀校準(zhǔn)的兩個(gè)因素是“增益（gain）”和“偏移（offset）”。“增益”影響校準(zhǔn)曲線的斜率，“偏移”影響校準(zhǔn)曲線通過零點(diǎn)的位置。這兩種因素對(duì)儀器分析性能的影響力的大小取決于超純水系統(tǒng)的 TOC 濃度和分析儀的測(cè)量范圍之間的關(guān)系。超純水系統(tǒng)的 TOC 濃度越接近分析儀的檢測(cè)限（或接近于零），自動(dòng)歸零在優(yōu)化分析儀性能時(shí)所起的作用就越大，而校準(zhǔn)的作用就越小（見圖1）。
圖1：TOC 校準(zhǔn)
可以用低 ppb 或亞 ppb TOC 校準(zhǔn)標(biāo)樣來校準(zhǔn)要測(cè)量的范圍嗎？用于制備校準(zhǔn)標(biāo)樣的樣瓶，即便經(jīng)過嚴(yán)格的清潔，認(rèn)證的 TOC 都僅低于 10 ppb，因此無法用于制備亞 ppb 校準(zhǔn)標(biāo)樣。此外，樣瓶和校準(zhǔn)標(biāo)樣的制備過程會(huì)給標(biāo)樣帶來 TOC 誤差（通常會(huì)增加幾個(gè) ppb 的TOC），因此校準(zhǔn)標(biāo)樣僅在稱重誤差和測(cè)量誤差可以忽略不計(jì)的幾百 ppb 以上的范圍有效。當(dāng)分析儀在校準(zhǔn)點(diǎn)附近工作時(shí)，調(diào)整上述濃度（如 1 ppm 校準(zhǔn)）下的校準(zhǔn)（增益）會(huì)對(duì)報(bào)告結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生正面影響，但當(dāng)分析儀在低于校準(zhǔn)點(diǎn)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的濃度（接近于零）下工作時(shí)，調(diào)整校準(zhǔn)就對(duì)報(bào)告結(jié)果的影響非常小。
從圖1中可以看出，將校準(zhǔn)曲線移至較壞情況的校準(zhǔn)上限或下*，對(duì)亞 ppb 下的儀器響應(yīng)沒有影響。
TOC自動(dòng)歸零
在低濃度下，改變零點(diǎn)或“偏移”對(duì)儀器性能的影響較大，能保證測(cè)量的可靠性，有利于 “儀器到儀器”的一致性（見圖2）。
圖2：TOC 自動(dòng)歸零
Sievers M9e 和 500 RLe 用自動(dòng)歸零（Auto-Zero）來確保分析儀在沒有 TOC 的情況下報(bào)告為零。分析儀的手冊(cè)對(duì)自動(dòng)歸零有詳細(xì)的說明。自動(dòng)歸零非常有用，能夠幫助優(yōu)化分析儀的低 TOC 測(cè)量性能，并有利于達(dá)到“儀器到儀器”的一致性。
Sievers M9e 和 500 RLe 的TOC自動(dòng)歸零策略
在漂洗新安裝的分析儀或進(jìn)行維護(hù)工作時(shí)，分析儀的零點(diǎn)都會(huì)受影響。水系統(tǒng)的特性（例如水系統(tǒng)中的無機(jī)碳含量）也會(huì)對(duì)零點(diǎn)產(chǎn)生較小影響。因此，我們建議進(jìn)行以下自動(dòng)歸零過程，以保持分析儀的較佳性能：
· 在安裝新分析儀后的漂洗期間，應(yīng)每天運(yùn)行自動(dòng)歸零，運(yùn)行一周左右。在第一周之后到第一個(gè)月結(jié)束前，每周運(yùn)行一次自動(dòng)歸零。在第一個(gè)月之后，每月運(yùn)行一次自動(dòng)歸零，并保持此運(yùn)行頻率，因?yàn)?/span>預(yù)計(jì)以后不會(huì)有明顯變化。
·
在進(jìn)行日常維護(hù)（包括更換紫外燈、樣品管、去離子樹脂盒等）之后，應(yīng)漂洗分析儀一整天，然后進(jìn)行自動(dòng)歸零。此時(shí)無需進(jìn)行校準(zhǔn)。如果此時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)雖沒有壞處，但也沒有好處，還會(huì)延長(zhǎng)預(yù)防性維護(hù)后（post-PM, post-Preventative Maintenance）的漂洗時(shí)間，因?yàn)橄到y(tǒng)需要時(shí)間從接觸 PPM 濃度的校準(zhǔn)標(biāo)樣后恢復(fù)過來。在進(jìn)行初次預(yù)防性維護(hù)后的自動(dòng)歸零之后，可以在一周后重復(fù)運(yùn)行自動(dòng)歸零程序，然后恢復(fù)到典型的每月自動(dòng)歸零常規(guī)操作。
· 如果將分析儀移動(dòng)到新位置，應(yīng)在讀數(shù)穩(wěn)定后運(yùn)行自動(dòng)歸零。與日常維護(hù)一樣，可以在一周后再次運(yùn)行自動(dòng)歸零，然后恢復(fù)典型的每月自動(dòng)歸零常規(guī)操作。
· 如果進(jìn)行了重要的維修工作（即更換主要部件），應(yīng)在維修后進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保分析儀的基本性能不變。對(duì)于配置了不銹鋼取樣塊的分析儀，可以臨時(shí)安裝 iOS 以便進(jìn)行校準(zhǔn)。Sievers 維修技術(shù)人員都經(jīng)過培訓(xùn)，具備執(zhí)行此項(xiàng)服務(wù)的能力。
Sievers M9e 和 500 RLe 分析儀的電導(dǎo)率自動(dòng)歸零
Sievers M9e 和 500 RLe 也具有電導(dǎo)率自動(dòng)歸零功能。 TC 和 IC 通道的溫度和電導(dǎo)池只接觸到含有少量 CO2 的去離子水，因而無需針對(duì)電導(dǎo)率的增加而進(jìn)行校準(zhǔn)。隨著時(shí)間推移，當(dāng)離子污染物從電導(dǎo)池浸出時(shí)，電導(dǎo)池的偏移就會(huì)發(fā)生變化。電導(dǎo)率自動(dòng)歸零校準(zhǔn)任務(wù)能夠調(diào)整 TC 和 IC 池的偏移。
與 TOC 自動(dòng)歸零不同，電導(dǎo)率自動(dòng)歸零無需經(jīng)常進(jìn)行。我們建議在診斷負(fù) TOC 值時(shí)運(yùn)行電導(dǎo)率自動(dòng)歸零。只可由技術(shù)支持或現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師來運(yùn)行電導(dǎo)率自動(dòng)歸零。
Sievers M9e TOC 分析儀試劑空白
不使用試劑的 Sievers 500 RLe 于測(cè)量亞 ppb 級(jí)的 TOC 值。Sievers M9e 常用于高 TOC 應(yīng)用，包括需要添加氧化劑來測(cè)量 ppm 級(jí)的 TOC 應(yīng)用，或需要酸化樣品和去除 IC 的高濃度無機(jī)碳的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。在有些應(yīng)用中，樣品的 TOC 很低，但電導(dǎo)率或 IC 很高，這時(shí)就需要使用 Sievers M9e 的功能來進(jìn)行理想的 TOC 測(cè)量。
超純水應(yīng)用無需使用氧化劑，本文討論的操作程序只適用于酸劑。Sievers M9e 使用電子級(jí)酸劑，但電子級(jí)酸劑也會(huì)向樣品中引入痕量的有機(jī)污染物，這些有機(jī)物對(duì)低濃度讀數(shù)的影響雖小，但仍不可忽視。Sievers M9e（固件1.06及更高版本）帶有自動(dòng)酸劑空白（Reagent Blank）程序，能測(cè)量酸劑實(shí)際產(chǎn)生的有機(jī)污染物的量，并根據(jù)所選流量來應(yīng)用偏移量，從而將有機(jī)污染物從報(bào)告的 TOC 值中扣除。
各個(gè)酸劑盒所產(chǎn)生的痕量有機(jī)污染物稍有不同，每次在安裝新酸劑盒后，都需要運(yùn)行試劑空白程序。