Kiseldioxid är en av de mest skadliga spårföroreningarna i system för högpurigt vatten, och den förekommer i två branscher som inte har råd att ignorera den.
Inom kraftproduktion följer löst kiseldioxid med ångan, avsätts på turbinbladen och bildar beläggningar på pannytor, vilket försämrar effektiviteten och förkortar komponenternas livslängd. Inom halvledartillverkning förorenar kiseldioxid i sub-ppb-området i ultrarent vatten (UPW) wafers, orsakar defekter och minskar tillverkningsutbytet.
De koncentrationer som är viktiga är för låga och för kortvariga för att laboratorieprovtagning ska kunna fånga dem i tid; därför behöver de övervakas kontinuerligt, on-line och i realtid för att skydda processen.
Så hur fungerar on-line-mätning av kiseldioxid? Denna sida förklarar kombinationen av silikomolybdat-kemi, LED-baserad fotometri och utformad provkonditionering som gör att analysatorer kan leverera tillförlitliga mätvärden för kiseldioxid i sub-ppb-området.
Kiseldioxid är inte en enda form i vatten. Den förekommer i flera former, inklusive reaktiv (monomer), polymer och kolloidal, men onlineanalysatorer mäter endast den reaktiva fraktionen.
Den skillnaden är viktig eftersom reaktiv kiseldioxid är den form som deltar i beläggningsbildning på turbinblad och i avlagringar på waferytor. Det är också den form som svarar på den kolorimetriska reaktion som används i varje onlineanalysator för vattenkemi på marknaden.
Om du mäter kiseldioxid online formar tre begränsningar vad som faktiskt är möjligt:
Kemi i kraftcykeln och UPW kräver båda detektion i sub-ppb-området. De flesta analytiska metoder ger inte en tydlig upplösning på den nivån.
Lösta arter, särskilt fosfat, reagerar med samma molybdatreagens som används för att detektera kisel och kan ge en konkurrerande färgreaktion om de inte kemiskt maskeras.
Mätning under ppb-nivå kräver en representativ, stabil provvolym vid varje cykel. Variationer i flöde eller tryck introducerar fel som överröstar signalen.
Mätprincipen som beskrivs nedan hanterar var och en av dessa begränsningar direkt.
Online-silikaanalysatorer använder en våtkemisk metod som kallas silikomolybdat-kolorimetri. Principen har använts i laboratorieanalys i årtionden, och moderna onlineanalysatorer automatiserar den som en sekvenserad reagenscykel. Nedan visas sekvensen så som den körs i METTLER TOLEDO 2850Si.
Mätmetoden för 2850Si överensstämmer med ASTM testmetod D7126, standarden för online kolorimetrisk mätning av kiseldioxid.
Hela cykeln är fristående, körs automatiskt och upprepas med ett fast intervall. Resultatet är en kontinuerlig registrering av reaktiv kiseldioxid i provströmmen.
Kiseldioxid- och fosfat-analysatorn 2850Si stödjer de kombinerade online-mätningsmöjligheterna hos en kiseldioxid- och fosfatanalysator. Detta sparar värdefull tid och underhållskostnader genom mer funktionalitet i ett enda instrument. Videon förklarar hur silikomolybdatkomplexet ger en färgförändring som gör det möjligt för kiseldioxid- och fosfatanalysatorn att mäta koncentrationer av kiseldioxid och fosfat.
Fosfatdosering ingår i kontrollen av pannvattnets kemi i kraftproduktion. Om du mäter kisel i ultrarent vatten för halvledar- eller mikroelektroniktillämpningar gäller inte detta avsnitt för din installation.
På modeller som kan mäta fosfat körs en andra cykel omedelbart efter kiseldelen, med steget med oxalsyra utelämnat. Utan maskeringsreagenset reagerar fosfat med molybdat och bildar sitt eget färgade komplex, som mäts fotometriskt på samma sätt som kisel. Denna tvåcykelarkitektur ger båda värdena från ett enda instrument utan korskänslig störning.
För kemi i kraftcykeln är detta viktigt eftersom kisel och fosfat båda är kritiska parametrar och traditionellt har krävt två separata analysatorer. Genom att kombinera dem i ett instrument minskar man utrymmesbehovet, reagenslogistiken och kalibreringsarbetet.
För mer information om fosfatkontroll i kemi för kraftcykler, se vår white paper om mätning av kisel och fosfat.
De flesta on-line-kiseldioxysanalysatorer som används i industrin är reagensbaserade och använder silikomolybdatkemin som beskrivs ovan. Reagensfria metoder finns, vanligtvis baserade på direkt UV-absorbans eller andra optiska tekniker, men de har praktiska begränsningar vid de sub-ppb-koncentrationer som krävs för kraft- och halvledartillämpningar.
Den kolorimetriska metoden förstärker en mycket liten mängd kisel till en mätbar optisk signal, vilket är anledningen till att den fortfarande är standarden för arbete på spårnivå.
När du jämför reagensbaserade och reagensfria analysatorer är den ärliga avvägningen förbrukningen av reagens. Våtkemiska analysatorer behöver en tillförsel av reagens, och byte av reagens är en driftskostnad i form av tid, material och avfallshantering. Detta är en legitim faktor när du väljer analysator, och det är ett område där modern analysatordesign har gjort mätbara framsteg.
2850Si använder till exempel upp till 75 procent mindre reagens än jämförbara analysatorer, vilket förlänger serviceintervallen och minskar underhållsbelastningen för anläggningsoperatörer och team för fabrikens nyttigheter.
God kemi räcker inte på egen hand. En kolorimetrisk reaktion som fungerar perfekt på en laboratoriebänk kan ändå fallera som processmätning om konstruktionen omkring den inte håller måttet. Följande tre konstruktionsfunktioner för analysatorer skiljer en analysator i industriell klass från en laboratoriemetod:
Ett överströmningskärl skapar ett konstant gravitationsmatat tryck vid provinloppet, oavsett fluktuationer i uppströmsflödet. Detta ger en representativ, stabil provvolym till reaktionskammaren vid varje cykel, vilket är förutsättningen för repeterbarhet under ppb-nivå. Utan detta skulle enbart hydraulljudet överstiga signalen.
Hela sekvensen av provtagning, nollkalibrering, reagensaddition, färgutveckling, fotometrisk mätning och resultatrapportering körs utan operatörsingripande, med en cykel som kan justeras från 10 minuter och uppåt, där 20 minuter är typiskt. Modeller som kan mäta fosfat kör den andra cykeln med samma automatisering. Cykeltiden är tillräckligt kort för att göra utdata användbar för processstyrning, inte bara för registrering.
Om du behöver täcka flera provpunkter - en UPW-poleringsloop i en fabrik, eller flera platser i en ång-vattencykel - kan en enda analysator sekvensera mellan dem och mäta var och en i tur och ordning. 2850Si stöder upp till fyra strömmar inom ett enda kompakt format, vilket ofta är skillnaden mellan att övervaka allt som är viktigt och att bara övervaka det som ryms i budgeten.
Om du utvärderar 2850Si för kraftproduktion eller UPW för halvledare, så här visar sig varje princip ovan i själva instrumentet.
Detektering av silika på under ppb-nivå för kvalitetskontroll av ultraprent vatten i halvledar- och mikroelektronikfabriker, där waferutbytet beror på att man bekräftar att silika ligger under detekteringsgränsen vid utloppet från poleringsloopen. |
Detektering av silika på under ppb-nivå för kraftcykelkemi och övervakning av ångrenhet, där tidig upptäckt av silikagenombrott skyddar turbinblad och pannans invändiga delar. |
Upp till 75 procent lägre reagensförbrukning än jämförbara analysatorer, vilket förlänger serviceintervallen och minskar driftkostnaden. |
Upp till sekvensering av fyra strömmar från ett enda fotavtryck, vilket täcker flera provtagningspunkter i fabriken eller flera platser i kraftcykeln med ett och samma instrument. |
Intelligent diagnostik för reagensanvändning, slangarnas skick och filterstatus, vilket stödjer proaktiv underhållsplanering snarare än reaktiv felhantering. |
Inbyggd M800 Transmitter med ett gränssnitt som vägleder genom inställningen och förenklar användningen, så att konfiguration och signalutmatning hanteras i en och samma enhet. |
Kombinerad övervakning av silika och fosfat finns tillgänglig på kraftverksmodeller och levererar silika på under ppb-nivå och fosfat på ppm-nivå från en enda analysator med hjälp av den dubbla cykelarkitekturen som beskrivs ovan. |
Oavsett om du skyddar en turbin, kvalificerar en UPW-slinga eller ersätter en åldrande analysator är arbetsprincipen grunden. 2850Si tillämpar den tillförlitligt på sub-ppb-nivåer, och konstruktionen runt den sänker din totala ägandekostnad — mindre reagens att köpa och kassera, fler provpunkter per instrument och diagnostik som varnar för underhåll innan det leder till driftstopp.
