Успехи Трынкина Л.В., Трохин В.Е., Бессарабов А.М. РАЗРАБОТКА

Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №1
УДК 004.9: 543.61: 661.11
Трынкина Л.В., Трохин В.Е., Бессарабов А.М.
Научный центр «Малотоннажная химия»
РАЗРАБОТКА
САLS-СИСТЕМЫ
КОМПЬЮТЕРНОГО
МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ
ОСОБОЙ ЧИСТОТЫ
Разработана информационная технология аналитического мониторинга качества особо
чистых неорганических кислот на основе международного CALS-стандарта ISO-10303 STEP.
Создана база аналитического оборудования для анализа неорганических кислот особой чистоты
Information technology for the analytical quality monitoring of high purity inorganic acids
based on international CALS-standard ISO-10303 STEP was developed. A database of analytical
equipment for the analysis of inorganic acids of high purity was developed.
Среди веществ особой чистоты немаловажную роль играют высокочистые неорганические кислоты, применяющиеся в таких областях народного хозяйства, как атомная энергетика, микроэлектроника, полупроводниковая техника, волоконная оптика и др. В последнее время промышленное производство неорганических кислот реактивной квалификации и особой чистоты характеризуется существенным ростом требований потребителей продукции к такому понятию как качество [1]. В то же время существенно увеличилось число параметров, определяющих качество продукта.
Одновременно возросли требования к методам аналитического контроля.
Решение этих проблем аналитического мониторинга возможно только на
основе современных информационных систем компьютерного менеджмента качества (КМК-системы) [2].
КМК-система разрабатывается на основе информационного CALSстандарта ISO-10303 STEP [1-3]. На верхнем уровне системы рассматриваются анализируемые неорганические кислоты (рис. 1). Ассортимент
включает в себя азотную, серную, соляную, фосфорную, фтористоводородную и хлорную кислоты особой чистоты.
91
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №1
Рис. 1 Элемент КМК-системы. Анализируемое вещество (серная кислота «ос.ч 5-5»)
(а– азотная кислота)
На втором уровне иерархии проводится структурирование по каждому рассматриваемому веществу с целью группировки по областям применения и кластерам «показатели качества». В каждом конкретном случае
«показатели» определяются особенностями применения кислоты. Например, для серной кислоты рассматриваются области применения: микроэлектроника – серная кислота «ос.ч 11-5» (ГОСТ 14262), «ос.ч 25-5» (ТУ
2612-00229402564-01), «ос.ч 5-5» (ГОСТ 14262), основными критериями
качества для микроэлектроники являются катионы металлов на уровне 105
-10-7% массовых и в качестве перспективного показателя качества серной
кислоты для микроэлектроники заказчики предлагают в будущем учитывать взвешенные частицы.
В серной кислоте «хч» (ГОСТ 4204) для органического, неорганического синтеза и лабораторной практики нормируются такие следующие
показатели: остаток после прокаливания; вещества, восстанавливающие
перманганат калия. В серной кислоте для пищевой промышленности «хч»
(ГОСТ 4204) нормируются тяжелые металлы, мышьяк, нитраты, железо,
92
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №1
селен, а при при производстве этилового спирта в серной кислоте «хч»
(ГОСТ 4204) гостируется такой показатель, как проба Саваля.
На основе проведенной аналитической систематизации неорганических кислот особой чистоты был составлен перечень основных показателей качества. Для каждой из основных группировок показателей
качества [3] (основное вещество, катионы металлов, анионы, взвешенные частицы) в базы данных занесены соответствующие приборы
(сгруппированные
по
странам-производителям
и
фирмамразработчикам) с указанием основных узлов, типами детекторов и др. и
представлены типовые выходные документы.
Рис. 2 КМК-система. Неорганические кислоты. Азотная кислота.
Катионы металлов. ИСП-МС
(а – результаты анализа; б – Agilent 7700)
Для всех рассматриваемых кислот нами по основным кластерам показателей качества выделены основные группировки методов анализа и
аналитических приборов:
93
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №1
1. Основное вещество определяется титриметрией, но процент погрешности данного метода составляет 10%; и в качестве альтернативы
данному методу можно предложить ВЭЖХ (типы приборов: Япония
(Shimadzu) – LCMS-2010, Jasco; Россия (Химавтоматика) – ЦветЯуза 01,
ЦветЯуза 02, ЦветЯуза 03, Яуза-100; Все остальные 6 из рассматриваемых
основных приборов производятся в России, США и Южной Корее различными фирмами: Россия (Люмекс) - ЛЮМАХРОМ; Россия (Цвет) - Цвет4000; Россия (Милихром) - Милихром-5; Корея (YoungLinInstrument) YL9100; США (PerkinElmer) - Turbo LC Plus; США (Agilent) - Agilent 1200
Series.), погрешность которого составляет 1%.
2. Массовая доля анионов (сульфаты, фосфаты, хлориды, сульфиты, силикаты) определяется фотометрическим методом (типы приборов КФК-2МП; КФК-2 ИОТ - 024 – 10; AP-101; AP-700), альтернативой этому методу является ионная хроматография (типы приборов: ICS
900, ICS-5000, ICS-1100, ICS-1600, ICS-2100, ICS-3000; Россия (НПФ
Аквилон) - Стайер-CD, Стайер-А, Стайер – портативный; Швейцария
(Metrohm) - 850 Professional IC, 881 Compact IC pro– Anion, 881
Compact IC pro – Anion – MCS).
3. Массовая доля примеси элементов (алюминия, бора, висмута,
галлия, железа, золота, индия, кадмия, калия, кальция, кобальта, кремния, магния, марганца, меди, мышьяка, натрия, никеля, олова, ртути,
свинца, селена, серебра, сурьмы, титана, хрома, цинка) определяется
методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICPMS) (типы приборов: США (PerkinElmer) – ElanDRC-e, ElanDRCII,
Elan9000; Австралия (Varian) - 810-MS, 820-MS; США (Agilent
Technologies) – Agilent7700, Agilent7700x, Agilent7700s. Только один
производитель выпускает единичную марку: США, Thermo Electron
Corporation–Xseries2.) Альтернативой является атомно-эмиссионная
спектроскопия и атомно-абсорбционная спектроскопия, но альтернативные методы не позволяют определить весь спектр элементов на
уровне требований к кислотам особой чистоты; примесь мышьяка можно определять фотометрически. Метод достаточно чувствителен как
для кислот реактивной квалификации, так и для кислот особой чисто94
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №1
ты, но данная методика трудна в исполнении и воспроизведении.
Кроме общих показателей качества для каждой кислоты можно выделить несколько специфичных: массовая доля аммонийных солей для
серной и соляной кислот (фотометрия), нитраты для серной кислоты (фотометрия), свободный хлор для соляной кислоты (визуально), вещества,
восстанавливающие перманганат калия для фтористоводородной и серной
кислот (визуально), свободный кремний для фтористоводородной кислоты
(фотометрия), окислы азота для азотной кислоты (фотометрия), массовая
доля фосфора для азотной и соляной кислот (фотометрия), в качестве альтернативы для определения фосфора разработан метод ICP-MS.
Применение CALS-стандарта (ISO 10303) при разработке информационной системы аналитического мониторинга повышает качество, и оперативность аналитических исследований. В конечном итоге, выбранная
информационная технология позволяет создать эффективную, соответствующую международным стандартам систему аналитического мониторинга реактивных и особо чистых неорганических кислот.
Библиографический список
1. Трохин В.Е., Трынкина Л.В., Казаков А.А., Бессарабов А.М. Разработка информационного CALS-проекта гибкой технологии соляной и плавиковой кислот особой чистоты // Вестник Саратовского государственного
технического университета. – 2011. – № 4 (62). – Выпуск 4. – С. 253-257.
3. Bessarabov A.M., Zhdanovich O.A., Yaroshenko A.M., Zaikov G. E.
Development of an analytical quality control system of high-purity chemical
substances on the CALS concept basis // Oxidation Communications. 2007. –
Vol. 30, № 1. – P. 206–214.
4. Трынкина Л.В., Бессарабов А.М., Трохин В.Е., Вендило А.Г., Степанова Т.И., Стоянов О.В. Компьютерный менеджмент качества органических
растворителей особой чистоты // Все материалы. Энциклопедический
справочник. – 2013. – № 4. – С. 46-54.
95