氫氟(fu)酸過(guo)濾(lv)的(de)作用(yong)以及(ji)過(guo)濾(lv)瓶材(cai)質(zhi)的(de)選(xuan)擇

氫氟(fu)酸過(guo)濾(lv)是許(xu)多實(shi)驗室(shi)和工業流(liu)程(cheng)中重(zhong)要(yao)壹(yi)環，可以(yi)保(bao)證產(chan)品(pin)純(chun)度(du)、確保(bao)工(gong)藝(yi)順利進(jin)行、以(yi)及(ji)保障(zhang)安(an)全(quan)與(yu)分析(xi)準(zhun)確性(xing)，其主(zhu)要(yao)的(de)作用(yong)包(bao)括以(yi)下三個方面：

1. 去(qu)除顆(ke)粒(li)汙(wu)染物，保(bao)證產(chan)品(pin)純(chun)度(du)

無論(lun)是酸本(ben)身(shen)在(zai)生產(chan)、儲(chu)存和運輸過(guo)程(cheng)中引(yin)入的(de)雜質(zhi)，還是在工藝過(guo)程(cheng)中產(chan)生的(de)副產(chan)物，都(dou)需(xu)要(yao)被(bei)去(qu)除。在(zai)半(ban)導(dao)體、光伏、液(ye)晶(jing)顯示器等電(dian)子(zi)行(xing)業，需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)超高(gao)純(chun)度(du)的(de)電子(zi)級(ji)氫氟(fu)酸，即(ji)使(shi)含有(you)微米或(huo)亞(ya)微米級(ji)別(bie)的(de)顆粒(li)，也(ye)可(ke)能(neng)導(dao)致集(ji)成(cheng)電路(lu)的(de)短路(lu)、線(xian)路(lu)缺陷(xian)或(huo)良率(lv)下降。因此需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)精(jing)密過(guo)濾(lv)來(lai)去(qu)除。

2. 分(fen)離(li)反(fan)應產(chan)物，實(shi)現(xian)工藝(yi)目標(biao)

在(zai)許(xu)多工(gong)藝(yi)中，過(guo)濾(lv)是壹個關鍵的(de)分離(li)單(dan)元(yuan)操(cao)作(zuo)，目的(de)是有(you)選(xuan)擇性(xing)地(di)分(fen)離(li)出所(suo)需(xu)的(de)產(chan)物或(huo)移除(chu)有(you)害的(de)副產(chan)物。

3.保(bao)護(hu)設(she)備和確保(bao)分(fen)析(xi)準(zhun)確性(xing)

在(zai)實(shi)驗室(shi)分析(xi)時，精(jing)密儀器(qi)的(de)管路(lu)和噴(pen)嘴(zui)非常細(xi)小(xiao)。如(ru)果樣品溶液中含(han)有(you)顆粒(li)，極(ji)易造(zao)成(cheng)堵塞(sai)和磨(mo)損，導(dao)致(zhi)設(she)備停機(ji)並產(chan)生昂(ang)貴(gui)的(de)維(wei)修費用(yong)。因此，在(zai)將(jiang)任何(he)樣品註入儀器(qi)前，過(guo)濾(lv)是標準(zhun)的(de)樣品前處(chu)理步(bu)驟。

但是在過(guo)濾(lv)氫氟(fu)酸時，選(xuan)擇合適材(cai)質(zhi)的(de)過(guo)濾(lv)瓶成(cheng)為壹(yi)大(da)難點(dian)。最(zui)常見(jian)的(de)過(guo)濾(lv)瓶，如砂(sha)芯溶劑過(guo)濾(lv)器、布(bu)氏(shi)漏(lou)鬥(dou)等，材(cai)質(zhi)為玻(bo)璃(li)和陶(tao)瓷，但氫氟(fu)酸時玻璃(li)和陶(tao)瓷材(cai)質(zhi)的(de)天敵。

普通強酸(suan)，如(ru)鹽(yan)酸(suan)、硫(liu)酸、硝酸會(hui)腐(fu)蝕金(jin)屬，但它們對(dui)玻璃(li)和陶(tao)瓷幾乎(hu)無可(ke)奈何(he)。而(er)氫氟(fu)酸則(ze)不(bu)同，因(yin)為(wei)它(ta)能(neng)直(zhi)接(jie)攻擊構(gou)成(cheng)玻璃(li)和陶(tao)瓷的(de)主(zhu)要(yao)成(cheng)分——二氧化(hua)矽（SiO₂）和矽酸(suan)鹽(yan)。氫氟(fu)酸會(hui)與(yu)與(yu)二氧化(hua)矽（SiO₂）反(fan)應(ying)，這(zhe)個反應(ying)將固(gu)態的(de)、結構(gou)堅固(gu)的(de)二氧化(hua)矽，轉(zhuan)化(hua)為氣態(tai)的(de)四氟(fu)化(hua)矽（SiF₄），從(cong)而(er)摧(cui)毀了材(cai)料(liao)的(de)骨(gu)架(jia)；此外(wai)也(ye)會(hui)與(yu)矽酸鈣(gai)反應，同樣生成(cheng)了氣態(tai)的(de)SiF₄，同時還生成(cheng)了不(bu)溶性(xing)的(de)氟(fu)化(hua)鈣（CaF₂） 白色(se)沈澱。這些(xie)反應(ying)會(hui)讓(rang)過(guo)濾(lv)瓶在很(hen)短的(de)時間(jian)內(nei)被(bei)腐(fu)蝕出孔(kong)洞(dong)或(huo)裂紋(wen)，作為危險(xian)的(de)化(hua)學品，壹(yi)旦泄(xie)漏(lou)，會(hui)造(zao)成(cheng)安全(quan)事故。壹(yi)個(ge)被(bei)HF腐(fu)蝕的(de)玻璃(li)過(guo)濾(lv)瓶，其結構(gou)已(yi)經變(bian)得脆弱(ruo)，在(zai)真(zhen)空(kong)負壓(ya)的(de)作用(yong)下，隨(sui)時可能(neng)破(po)裂，導(dao)致危險(xian)化(hua)學品噴(pen)灑出來(lai)。此外(wai)反(fan)應還(hai)會(hui)生成(cheng)的(de)氟(fu)化(hua)矽（SiF₄）氣體(ti)會(hui)逸(yi)出，而(er)氟(fu)化(hua)鈣（CaF₂）等白色(se)沈澱物會(hui)混入妳(ni)的(de)濾液(ye)或(huo)留在(zai)濾膜(mo)上(shang)，嚴(yan)重(zhong)汙染樣品，使(shi)整(zheng)個過(guo)濾(lv)操作失(shi)去(qu)意義(yi)，甚(shen)至導(dao)致錯誤(wu)的(de)實(shi)驗結(jie)果(guo)。玻璃(li)和陶(tao)瓷中含(han)有(you)的(de)其他金(jin)屬離(li)子(zi)（如(ru)鈉(na)、鈣、鋁、硼等）也(ye)會(hui)與(yu)HF反應，溶(rong)解到酸液中，引(yin)入不(bu)需(xu)要(yao)的(de)雜質(zhi)。

所(suo)以能(neng)夠(gou)被用(yong)於氫氟(fu)酸過(guo)濾(lv)的(de)材(cai)質(zhi)有(you)某些(xie)特(te)殊(shu)合金和塑料(liao)，但考(kao)慮到(dao)制造(zao)成(cheng)本(ben)、透(tou)明(ming)度(du)（需(xu)要(yao)觀(guan)察濾(lv)液(ye)位(wei)置），塑料(liao)材(cai)質(zhi)更(geng)常被(bei)使(shi)用(yong)，主(zhu)要(yao)包(bao)括三(san)種塑料(liao)：

● 聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)PTFE——PTFE的(de)主(zhu)鏈是由(you)連(lian)續(xu)的(de)碳-碳（C-C）鍵構成(cheng)，這本(ben)就非常穩(wen)定。但(dan)其耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)的(de)關鍵在於，主(zhu)鏈上(shang)的(de)每(mei)個(ge)碳原子(zi)都(dou)連接(jie)著兩個(ge)氟(fu)原子(zi)（F），形(xing)成(cheng)了堅固(gu)的(de)碳-氟(fu)（C-F）鍵。C-F鍵是是有(you)機化(hua)學中強而(er)穩(wen)定的(de)共價(jia)鍵之壹，鍵能(neng)高(gao)。氫氟(fu)酸的(de)腐(fu)蝕性(xing)來(lai)自於氟(fu)離(li)子(zi)（F⁻）及(ji)其與(yu)某些元(yuan)素(su)（如(ru)矽(gui)）的(de)強大(da)反應(ying)能(neng)力(li)。但PTFE本(ben)身(shen)已(yi)經氟(fu)化(hua)，其結構(gou)中的(de)氟(fu)原子(zi)處(chu)於穩(wen)定狀態(tai)，沒有(you)空位(wei)或(huo)活性(xing)點(dian)供(gong)HF中的(de)F⁻進行(xing)攻擊(ji)。可以說(shuo)，PTFE在(zai)分子(zi)層(ceng)面上(shang)已(yi)經“飽和"了氟(fu)，HF對(dui)它無可(ke)奈何(he)。但(dan)聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)材(cai)質(zhi)有(you)個顯(xian)著的(de)不(bu)足，透(tou)明(ming)度(du)差，操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)無法(fa)觀(guan)察集液瓶(ping)內(nei)的(de)液位(wei)高度(du)，容易(yi)出現(xian)液滿(man)溢(yi)出，吸入抽(chou)濾(lv)泵內(nei)造(zao)成(cheng)真(zhen)空(kong)泵進液損(sun)壞，所(suo)以雖(sui)然(ran)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)強，但(dan)也(ye)不(bu)常用(yong)於過(guo)濾(lv)瓶的(de)制造(zao)。

● 聚(ju)碸PSU——聚(ju)碸類塑料(liao)的(de)分子(zi)結(jie)構更(geng)復(fu)雜(za)，但都(dou)包(bao)含壹(yi)個關(guan)鍵特(te)征(zheng)——碸基（-SO₂-）。基團中的(de)硫原子(zi)處(chu)於最(zui)高氧(yang)化(hua)態（+6），非(fei)常穩(wen)定，不(bu)易被(bei)進(jin)壹(yi)步(bu)氧(yang)化(hua)。S=O雙鍵鍵能(neng)很(hen)高。整(zheng)個碸基是壹個強大(da)的(de)吸電子(zi)基(ji)團，使(shi)得其相(xiang)鄰的(de)苯(ben)環電子(zi)雲(yun)密(mi)度(du)降低(di)，從而(er)更(geng)難被親電試劑(ji)（如(ru)H⁺）攻擊。氫氟(fu)酸的(de)酸性(xing)，不(bu)足以(yi)質(zhi)子(zi)化(hua)或(huo)斷(duan)裂聚(ju)碸分子(zi)中碸基構成(cheng)的(de)穩定結(jie)構，整(zheng)個分(fen)子(zi)骨(gu)架(jia)缺乏(fa)有(you)效的(de)攻擊(ji)點。聚(ju)碸的(de)高玻(bo)璃(li)化(hua)轉(zhuan)變(bian)溫度(du)（Tg）也(ye)間(jian)接(jie)說(shuo)明(ming)了其分子(zi)鏈(lian)剛(gang)性(xing)大(da)，運動(dong)困難，這(zhe)種(zhong)致(zhi)密的(de)結構(gou)也(ye)阻(zu)礙(ai)了(le)化(hua)學介(jie)質(zhi)的(de)滲(shen)透(tou)。但(dan)聚(ju)碸材(cai)質(zhi)由(you)於工(gong)藝(yi)和材(cai)質(zhi)本(ben)身(shen)的(de)原因(yin)，生產(chan)制(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)。

● 聚(ju)丙烯(xi) (PP) ——PP的(de)主(zhu)鏈也(ye)是由(you)C-C鍵和C-H鍵構成(cheng)的(de)飽和烴類(lei)結(jie)構。這種(zhong)結(jie)構(gou)本(ben)身(shen)對(dui)稀酸(suan)和濃酸(suan)就有(you)很好(hao)的(de)抵抗(kang)性(xing)。PP分(fen)子(zi)中不(bu)含容(rong)易(yi)被(bei)酸(suan)質(zhi)子(zi)化(hua)或(huo)發生水(shui)解的(de)極性(xing)基(ji)團（如酯(zhi)基(ji) -COO-、酰胺(an)基(ji) -CONH-、羥(qiang)基 -OH 等）。氫氟(fu)酸的(de)腐(fu)蝕主(zhu)要(yao)依(yi)賴於H⁺（質(zhi)子(zi)）的(de)進攻(gong)和陰離(li)子(zi)的(de)參與(yu)，而PP的(de)分子(zi)鏈(lian)是純(chun)粹(cui)的(de)非極(ji)性(xing)烷(wan)烴，對(dui)質(zhi)子(zi)攻(gong)擊不(bu)敏感(gan)。但(dan)PP材(cai)質(zhi)也(ye)存在溶脹(zhang)，以及機(ji)械強度(du)與(yu)耐(nai)磨(mo)性(xing)壹(yi)般的(de)缺點(dian)。

所(suo)以在過(guo)濾(lv)氫氟(fu)酸時，可以(yi)優(you)先(xian)選(xuan)擇聚(ju)碸或(huo)聚(ju)丙烯(xi)材(cai)質(zhi)的(de)真(zhen)空(kong)過(guo)濾(lv)瓶。例如(ru)聖斯(si)特(te)的(de)CH300PA氫氟(fu)酸/磷(lin)酸真(zhen)空(kong)過(guo)濾(lv)裝置，使(shi)用(yong)了聚(ju)苯(ben)碸PPSU材(cai)質(zhi)制作(zuo)過(guo)濾(lv)漏(lou)鬥(dou)，用(yong)於盛(sheng)裝(zhuang)待(dai)過(guo)濾(lv)的(de)液體(ti)；PP聚(ju)丙烯(xi)材(cai)質(zhi)制作(zuo)集液瓶，用(yong)於收集(ji)通(tong)過(guo)濾(lv)膜(mo)後的(de)濾液(ye)。這種(zhong)配(pei)置綜(zong)合了聚(ju)苯(ben)碸材(cai)質(zhi)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)好(hao)、強度(du)高，以(yi)及(ji)聚(ju)丙烯(xi)材(cai)質(zhi)能(neng)耐(nai)受(shou)氫氟(fu)酸或(huo)磷酸(suan)，同時成(cheng)本(ben)較(jiao)低(di)的(de)優(you)點(dian)，各(ge)自發(fa)揮兩(liang)種材(cai)質(zhi)的(de)優(you)點(dian)。此外(wai)的(de)抽濾(lv)泵配(pei)置上(shang)，使(shi)用(yong)了從(cong)進氣接(jie)口(kou)，到泵頭(tou)、內(nei)部管路(lu)、氣片(pian)、出氣口(kou)均為PTFE聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)材(cai)質(zhi)的(de)耐(nai)化(hua)學腐(fu)蝕性(xing)隔(ge)膜(mo)真(zhen)空(kong)泵，過(guo)濾(lv)時揮發(fa)性(xing)的(de)氣體(ti)抽(chou)入泵(beng)內(nei)也(ye)不(bu)會(hui)損(sun)壞內(nei)部零(ling)部件(jian)。