純氦、高純氦與超純氦的檢測項目及技術解析

一、氦氣純度等級定義

1. 純氦（Grade 4）：純度≥99.99%，雜質總量≤100 ppm，適用于工業焊接、氣球充填等。
2. 高純氦（Grade 5）：純度≥99.999%，雜質總量≤10 ppm，用于氣相色譜載氣、精密儀器保護。
3. 超純氦（Grade 6及以上）：純度≥99.9999%，雜質≤1 ppm，應用于半導體光刻、核磁共振（NMR）等高精度領域。

二、核心檢測項目與技術方法

1. 純度檢測

• 方法：氣相色譜（GC）與質譜聯用（GC-MS）
  • 通過分離氦氣中雜質氣體（如N?、O?、H?、CO?等）并定量分析，計算純度。
  • 超純氦需結合高靈敏度四極桿質譜（QMS），檢測限達ppb級。

2. 雜質氣體檢測

• 關鍵雜質類型：
  • 水分（H?O）：露點儀檢測，超純氦要求露點≤-76℃（對應水分≤1 ppm）。
  • 氧氣（O?）：電化學傳感器或激光光譜法，半導體用氦氣需O?＜0.1 ppm。
  • 氫氣（H?）：熱導檢測器（TCD）或質譜，高純氦中H?≤0.5 ppm。
  • 碳氫化合物：火焰離子化檢測器（FID），嚴格控制C?~C?烴類總量。

3. 顆粒物與油分檢測

• 顆粒物：激光粒子計數器測定≥0.1 μm顆粒，超純氦顆?？倲敌瑁?0個/m³。
• 油霧：紅外光譜法或濾膜稱重法，工業氦氣允許微量油分，超純氦要求零檢出。

4. 痕量雜質分析（超純氦關鍵指標）

• 一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）：非分散紅外（NDIR）技術，濃度＜50 ppb。
• 氖（Ne）、氬（Ar）：高分辨率質譜區分同位素干擾。
• 放射性元素（如Rn）：閃爍體探測器或α譜儀，防止污染敏感設備。

三、不同等級氦氣的檢測標準對比

四、檢測設備與流程

1. 采樣：采用不銹鋼鈍化氣瓶，避免管路吸附雜質。
2. 預處理：超純氦需經過濾裝置去除顆粒物及水分。
3. 分析流程：
   • 氣相色譜（GC）定性定量分析主要雜質。
   • 質譜（MS）檢測痕量組分（如Ne、Kr等稀有氣體）。
   • 激光光譜實時監測O?、H?O動態濃度。

五、質量控制的意義

• 半導體行業：超純氦的痕量雜質可能導致芯片良率下降。
• 醫療領域：呼吸用氦氣需嚴格限制CO、H?S等有害氣體。
• 科研實驗：高能物理實驗中氦氣純度影響探測器精度。

六、結語