در دنیای دقیق آنالیزهای شیمیایی، متالورژی و نانو، دقت نتایج نهایی به همان اندازهای که به کالیبراسیون دستگاه بستگی دارد، به کیفیت و پایداری مواد مصرفی نیز وابسته است. گاز آرگون خلوص بالا (High Purity Argon) صرفاً یک گاز بیاثر ساده نیست؛ بلکه در تجهیزات آزمایشگاهی مدرن، حکم یک استاندار مرجع را دارد که وظیفه ایجاد محیط خنثی، تشکیل پلاسمای پایدار و حمل نمونهها را بر عهده دارد.
استفاده از گازهای گرید صنعتی یا دارای ناخالصی در تجهیزات حساس، نه تنها باعث انحراف در نتایج آزمایش (Standard Deviation) میشود، بلکه با ایجاد رسوب و خوردگی، هزینههای سنگین تعمیر سنسورهای دتکتور و تعویض لنزهای نوری را به همراه دارد. در این مقاله از مجله تخصصی ایرانیان گاز، کاملترین لیست دستگاههایی که به آرگون گرید ۵ و ۶ نیاز دارند را بررسی میکنیم.
دایرهالمعارف تجهیزات وابسته به گاز آرگون خلوص بالا
هر دستگاهی که با پلاسما، دماهای فوقبالا یا لایهنشانی اتمی سروکار دارد، به ناچار نیازمند آرگون فوق خالص است. در ادامه ۱۰ مورد از حیاتیترین این تجهیزات را بررسی میکنیم:
۱. دستگاههای ICP-OES و ICP-MS
این دو دستگاه، حساسترین مصرفکنندگان آرگون هستند. آرگون در اینجا «محیط یونیزاسیون» را تشکیل میدهد. از آرگون گرید ۵ برای تشکیل مشعل پلاسما و از گرید ۶ (در مدلهای MS) برای انتقال نمونه به داخل طیفسنج جرمی استفاده میشود. هرگونه ناخالصی باعث ناپایداری شعله و بالا رفتن حد تشخیص (LOD) دستگاه میشود.
۲. کوانتومتری نوری (Spark-OES)
در آزمایشگاههای ریختهگری، برای آنالیز آلیاژها از کوانتومتر استفاده میشود. آرگون وظیفه تخلیه هوای محفظه جرقه را دارد. وجود اکسیژن در آرگون باعث “سوختن” سطح نمونه و اشتباه در گزارش میزان کربن و فسفر میشود. گاز آرگون خلوص بالا ۹۹.۹۹۹٪ برای این فرآیند حیاتی است.
۳. دستگاههای لایهنشانی (Sputtering & PVD)
در صنعت نانو، برای نشاندن لایههای فلزی روی چیپها، اتمهای آرگون یونیزه شده و به هدف (Target) شلیک میشوند. اگر آرگون دارای ناخالصی رطوبت باشد، لایه تشکیل شده اکسید شده و رسانایی الکتریکی خود را از دست میدهد.
۴. آنالیز حرارتی STA (شامل TGA و DSC)
در دستگاه TGA که تغییرات وزن ماده را در دمای بالا (تا ۱۶۰۰ درجه) میسنجد، آرگون محیط را کاملاً خنثی نگه میدارد. کوچکترین مقدار اکسیژن باعث واکنش شیمیایی و گزارش اشتباه در نمودارهای وزنسنجی میشود.
۵. کروماتوگرافی گازی (GC) با آشکارساز ECD
در دتکتورهای ECD (الکترونگیر)، آرگون به عنوان گاز حامل یا جبرانی عمل میکند. در اینجا آرگون گرید ۶ (خلوص ۹۹.۹۹۹۹٪) لازم است تا نویز پسزمینه (Baseline) به حداقل برسد و سنسور دستگاه دچار آلودگی نشود.
۶. لیزرهای آرگون (پزشکی و فوتونیک)
لیزرهای گازی آرگون که در جراحیهای چشم و تحقیقات فیزیک کاربرد دارند، برای تولید باریکه نور پایدار به گاز فوق خالص نیاز دارند. ناخالصی هیدروکربنی در این گاز باعث کاهش توان لیزر و سوختن آینههای داخلی تیوب لیزر میشود.
۷. دستگاه آنالیز سطح و تخلخل (BET)
برای اندازهگیری سطح نانوذرات، اتمهای آرگون در دمای بسیار پایین روی سطح ماده جذب میشوند. خلوص آرگون در اینجا تضمین میکند که نتایج تخلخلسنجی ناشی از جذب خود آرگون باشد، نه ناخالصیهای موجود در کپسول.
۸. سیستمهای رشد بلور (Czochralski Method)
در تولید شمشهای سیلیکونی و تکبلورها، محیط ذوب باید کاملاً تحت فشار آرگون فوق خالص باشد. نفوذ کوچکترین ذره نیتروژن یا اکسیژن باعث ایجاد عیوب ساختاری در بلور شده و قطعه را از نظر صنعتی بیارزش میکند.
۹. دستگاههای برش پلاسما دقیق (Laboratory Plasma Cutters)
در برشهای میکروسکوپی آزمایشگاهی، آرگون به عنوان گاز پلاسمای محافظ استفاده میشود تا لبههای برش خورده بدون اکسیداسیون و با دقت میکرونی باقی بمانند.
۱۰. میکروسکوپهای الکترونی (بخش آمادهسازی نمونه)
در مرحله Sputter Coating برای آمادهسازی نمونههای غیررسانا جهت مشاهده در SEM، از آرگون خلوص بالا برای ایجاد لایه نازک طلا روی نمونه استفاده میشود تا تصویر با بالاترین رزولوشن و بدون تداخل ثبت گردد.
مقایسه گریدهای آزمایشگاهی آرگون؛ کدام گرید برای شماست؟
| نوع گرید | درصد خلوص | مناسب برای دستگاه |
|---|---|---|
| گرید ۵.۰ (UHP) | ۹۹.۹۹۹٪ | کوانتومتر، ICP-OES، رشد بلور معمولی |
| گرید ۶.۰ (Scientific) | ۹۹.۹۹۹۹٪ | ICP-MS، صنایع نیمههادی، GC-ECD |
تامین آرگون گرید ۵ و ۶ با تضمین ایرانیان گاز
حفظ خلوص آرگون در گریدهای بالا، نیازمند سیلندرهای تست شده و رگلاتورهای دومرحلهای استینلس استیل است. ما در ایرانیان گاز، پایداری خلوص گاز را در هر نوبت شارژ تضمین کرده و تمامی محصولات را با برگه آنالیز معتبر (CoA) ارائه میدهیم.
برای استعلام قیمت شارژ کپسول و مشاوره فنی جهت تجهیز خطوط گاز آزمایشگاهی، از طریق بخش تماس با ما با کارشناسان ما در ارتباط باشید.
پرسشهای پرتکرار شما
تفاوت اصلی آرگون گرید ۵ و ۶ در عملکرد دستگاههای آزمایشگاهی چیست؟
تفاوت در میزان ناخالصیهای کل است. در گرید ۵.۰ (۹۹.۹۹۹٪) میزان ناخالصی کمتر از ۱۰ ذره در میلیون (PPM) است که برای دستگاههایی مثل کوانتومتر و ICP-OES ایدهآل است. اما در گرید ۶.۰ (۹۹.۹۹۹۹٪) این مقدار به کمتر از ۱ ذره در میلیون میرسد که برای آنالیزهای فوقحساس مانند ICP-MS و صنایع نیمههادی ضروری است تا نویز پسزمینه به حداقل برسد.
چرا ناخالصی اکسیژن و رطوبت در آرگون باعث گزارش اشتباه در کوانتومتر میشود؟
در هنگام جرقه زدن (Spark)، اگر اکسیژن در محیط حضور داشته باشد، سطح فلز بلافاصله اکسید میشود. این لایه اکسید باعث جذب ناصحیح طیفهای نوری شده و دستگاه عناصری مانند کربن، فسفر و گوگرد را کمتر یا بیشتر از مقدار واقعی گزارش میدهد. آرگون خلوص بالا با حذف اکسیژن، محیطی کاملاً خنثی برای آنالیز دقیق ایجاد میکند.
آیا استفاده از آرگون صنعتی در دستگاههای آنالیز حرارتی (TGA/DSC) مجاز است؟
خیر؛ در دستگاههای آنالیز حرارتی که دما تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد بالا میرود، وجود کوچکترین ناخالصی در آرگون صنعتی باعث واکنش شیمیایی با نمونه میشود. این واکنش منجر به افزایش یا کاهش کاذب وزن در نمودارهای TGA شده و عملاً نتایج ترمودینامیکی آزمایش را بیاعتبار میکند.
نقش آرگون خلوص بالا در فرآیند اسپاترینگ (Sputtering) چیست؟
در لایهنشانی اسپاترینگ، یونهای آرگون به عنوان پرتابه برای جدا کردن اتمهای هدف (Target) استفاده میشوند. اگر گاز آرگون حاوی ناخالصی رطوبت یا نیتروژن باشد، این ذرات با فیلم نازک در حال تشکیل ترکیب شده و باعث تغییر در خواص فیزیکی، رسانایی الکتریکی و شفافیت لایه نهایی میشوند.
برای محافظت از لنزها و دتکتورهای گرانقیمت دستگاه ICP چه باید کرد؟
علاوه بر سرویسهای دورهای، استفاده مستمر از آرگون خلوص بالا (حداقل گرید ۵) حیاتیترین راهکار است. ناخالصیهایی مثل هیدروکربنها باعث ایجاد رسوب کربن روی مشعل کوارتزی و لنزهای اپتیکی میشوند که کدر شدن دائمی آنها و هزینههای سنگین تعویض قطعات را در پی خواهد داشت.