گاز اکسیژن خلوص بالا و ضرورت استفاده از آن در صنایع حساس

در دنیای مدرن تولیدات پیشرفته و آنالیزهای دقیق آزمایشگاهی، گازها دیگر تنها یک ماده مصرفی ساده نیستند، بلکه به عنوان یک ابزار کالیبراسیون و یک محیط واکنش کنترل‌شده عمل می‌کنند. گاز اکسیژن خلوص بالا (High Purity Oxygen) یکی از حیاتی‌ترین گازهای صنعتی و آزمایشگاهی است که نقش آن در فرآیندهای حساس، غیرقابل جایگزین است. در این سطح از تکنولوژی، حتی حضور یک ذره در میلیون (۱ ppm) ناخالصی می‌تواند به معنای نابودی یک خط تولید قطعات الکترونیکی یا انحراف شدید در نتایج یک تحقیق علمی باشد.

استفاده از اکسیژن با درصد خلوص پایین یا اکسیژن‌های گرید صنعتی در دستگاه‌های پیشرفته، باعث ایجاد نویز در سنسورها، اکسیداسیون ناخواسته، ایجاد رسوب و خرابی قطعات گران‌قیمت می‌شود. به همین دلیل، شناخت دقیق گریدهای آزمایشگاهی اکسیژن و تجهیزات انتقال آن یک ضرورت است. در این مقاله از مجله تخصصی ایرانیان گاز، قصد داریم به طور جامع به بررسی اکسیژن آزمایشگاهی پرداخته و استانداردهای لازم برای انتخاب تجهیزات جانبی آن را معرفی کنیم.

تفاوت گاز اکسیژن گرید ۵ و گرید ۶ در چیست؟

خلوص گازهای آزمایشگاهی با سیستمی به نام «گرید» (Grade) مشخص می‌شود. در این استاندارد جهانی، عدد اول نشان‌دهنده تعداد «نُه» ها در درصد خلوص و عدد دوم (پس از ممیز) نشان‌دهنده عدد بعدی است. در مورد گاز اکسیژن خلوص بالا، دو گرید بسیار پرکاربرد وجود دارد که تفاوت آن‌ها در میزان و نوع ناخالصی‌های مجاز است:

۱. اکسیژن گرید ۵.۰ (خلوص ۹۹.۹۹۹ درصد)

این گرید که به اکسیژن UHP (Ultra High Purity) نیز معروف است، حداکثر دارای ۱۰ قسمت در میلیون (ppm) ناخالصی است. این ناخالصی‌ها معمولاً شامل مقادیر بسیار ناچیزی از آرگون، نیتروژن، رطوبت (H2O) و هیدروکربن‌های کل (THC) می‌شود. این گاز برای اکثر کاربردهای آزمایشگاهی استاندارد، کالیبراسیون دستگاه‌های اندازه‌گیری محیطی و تولید محصولات دارویی با حساسیت بالا کاملاً مناسب و اقتصادی است.

۲. اکسیژن گرید ۶.۰ (خلوص ۹۹.۹۹۹۹ درصد)

این سطح بالاترین خلوص تجاری موجود در بازار است و کل ناخالصی آن به کمتر از ۱ ppm محدود می‌شود. تولید این گاز نیازمند فرآیندهای تقطیر جزئی بسیار پیشرفته است. از اکسیژن گرید ۶ منحصراً در صنایع ساخت نیمه‌هادی‌ها، تولید فیبرهای نوری، کالیبراسیون دقیق‌ترین دتکتورهای گازی و فرآیندهایی که به حضور «صفر مطلق» رطوبت و هیدروکربن نیاز دارند، استفاده می‌شود.

کاربردهای حیاتی اکسیژن خلوص بالا در صنایع مختلف

اگرچه انسان‌ها روزانه اکسیژن را تنفس می‌کنند، اما صنایع حساس نیازمند نسخه‌ای بی‌نقص از این عنصر هستند. در ادامه مهم‌ترین صنایعی که به این گاز وابسته‌اند را بررسی می‌کنیم:

استفاده در دستگاه های آنالیتیکال و طیف سنجی

در تجهیزات طیف‌سنجی مانند دستگاه‌های ICP-OES و طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)، اکسیژن به عنوان گاز اکسیدکننده در تشکیل شعله‌های با دمای بالا استفاده می‌شود. خلوص اکسیژن در این فرآیندها اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد. اگر اکسیژن دارای ناخالصی‌های هیدروکربنی باشد، این ذرات در شعله سوخته و نوری ساطع می‌کنند که باعث ایجاد «پیک‌های کاذب» و اختلال در تشخیص عناصر اصلی نمونه (نویز پس‌زمینه) می‌شود. در دستگاه‌های آنالیز عنصری (Elemental Analyzers) نیز برای اندازه‌گیری دقیق میزان کربن و گوگرد در فولاد و آلیاژها، نمونه درون کوره در اتمسفر اکسیژن خلوص بالا سوزانده می‌شود تا احتراقی کامل و بدون خطای محاسباتی صورت گیرد.

صنایع نیمه هادی و تولید قطعات میکروالکترونیک

در صنعت ساخت چیپست‌ها و پردازنده‌ها، از اکسیژن خلوص بالا برای ایجاد لایه دی‌اکسید سیلیکون (Silicon Dioxide) بر روی ویفرهای سیلیکونی استفاده می‌شود. این لایه به عنوان یک عایق الکتریکی بسیار مهم عمل می‌کند. کوچکترین ناخالصی فلزی یا رطوبت در گاز اکسیژن، می‌تواند باعث ایجاد نقص در ساختار بلوری عایق شده و کل مدار مجتمع (IC) را از کار بیندازد.

تولید فیبر نوری و لیزرهای پیشرفته

برای ساخت فیبرهای نوری که داده‌ها را با سرعت نور منتقل می‌کنند، پیش‌ماده‌های شیشه‌ای در حضور اکسیژن فوق خالص ذوب می‌شوند. ناخالصی‌هایی مانند هیدروژن در گاز مصرفی، باعث کدر شدن شیشه و افت سیگنال در طول فیبر نوری خواهد شد.

اصول انتخاب سیلندر و رگلاتور برای اکسیژن خلوص بالا

تامین اکسیژن با گرید بالا تنها نیمی از مسیر موفقیت است. اگر از تجهیزات انتقال نامناسب استفاده کنید، گاز درون کپسول در مسیر رسیدن به دستگاه آنالیز دچار افت خلوص خواهد شد. رعایت نکات تخصصی زیر برای حفظ خلوص گاز الزامی است:

آماده سازی سیلندرهای بدون درز با روش Baking

سیلندرهای مخصوص گازهای خلوص بالا باید از نوع بدون درز (Seamless) بوده و سطح داخلی آن‌ها به دقت پولیش شده باشد. پیش از شارژ گاز، این سیلندرها طی فرآیندی به نام Baking در دمای بالا حرارت دیده و همزمان وکیوم (خلاء) می‌شوند تا هرگونه رطوبت به دام افتاده در دیواره فلز تبخیر و خارج شود. یک سیلندر معمولی که قبلاً برای گازهای جوشکاری استفاده شده، حتی پس از تخلیه کامل، همچنان دارای آلودگی‌های رسوب‌کرده در دیواره است و هرگز نباید برای گازهای گرید آزمایشگاهی استفاده شود.

استفاده از رگلاتورهای استینلس استیل دو مرحله ای

رگلاتورهای برنجی صنعتی ممکن است در برخورد با اکسیژن تحت فشار بالا، ذرات میکروسکوپی فلز را آزاد کنند. برای اکسیژن گرید ۵ و ۶، حتماً باید از رگلاتورهای استینلس استیل (Stainless Steel 316L) با دیافراگم‌های فلزی (نه لاستیکی یا پلیمری) استفاده کرد. رگلاتورهای دو مرحله‌ای تضمین می‌کنند که با کاهش فشار داخل کپسول، فشار خروجی به سمت دستگاه آزمایشگاهی کاملاً ثابت و بدون نوسان باقی بماند.

سیستم پرجینگ برای جلوگیری از ورود هوا

یکی از چالش‌های اصلی، ورود هوای محیط (حاوی نیتروژن و رطوبت) به داخل رگلاتور در هنگام تعویض کپسول است. برای مصارف بسیار حساس، از شیرهای دارای سیستم Purge (پاکسازی) استفاده می‌شود تا قبل از باز کردن شیر اصلی کپسول جدید، مسیر لوله‌کشی با یک گاز خنثی یا خود اکسیژن شستشو داده شود.

نکات ایمنی حیاتی در کار با اکسیژن فوق خالص

اکسیژن به خودی خود قابل اشتعال نیست، اما به عنوان یک اکسیدکننده قدرتمند، سرعت و شدت سوختن مواد را به شدت افزایش می‌دهد. نکته بسیار مهم ایمنی این است که رگلاتور، شیر سیلندر و اتصالات اکسیژن هرگز نباید به روغن، گریس یا هرگونه مواد هیدروکربنی آغشته شوند. تماس اکسیژن فشرده با چربی‌ها می‌تواند منجر به واکنش شیمیایی خودبه‌خودی و انفجار مرگبار شود. اپراتورها باید هنگام اتصال کپسول، دستکش‌های کاملاً تمیز و عاری از روغن به دست داشته باشند.

تامین مطمئن اکسیژن آزمایشگاهی از ایرانیان گاز

خرید گاز اکسیژن خلوص بالا نیازمند اطمینان کامل از صحت ادعای تامین‌کننده و فرآیند شارژ استاندارد است. ما در شرکت ایرانیان گاز، انواع گازهای صنعتی، طبی و آزمایشگاهی از جمله اکسیژن UHP را با ارائه برگه آنالیز معتبر (Certificate of Analysis) به صنایع و پژوهشگاه‌ها ارائه می‌دهیم. سیلندرهای ما با دقیق‌ترین روش‌های حرارتی و وکیوم آماده‌سازی می‌شوند تا خلوص گاز تا آخرین قطره درون کپسول تضمین گردد.

برای دریافت مشاوره فنی رایگان جهت طراحی خطوط انتقال گاز آزمایشگاهی، استعلام قیمت و ثبت سفارش، می‌توانید از طریق صفحه تماس با ما با مهندسین و کارشناسان فروش ایرانیان گاز در ارتباط باشید.