水分是影响氢气纯度的关键负面因子,尤其在电子工业等尖端领域,即便是微量的水汽也可能导致芯片制造过程中的灾难性失败。
随着应用需求的不断提升,传统的露点仪或电解法等水分检测手段已难以满足日益严苛的精度要求。
在此背景下,国家标准GB/T 16942—2009果断将光腔衰荡光谱法(CRDS)确立为氢气中水分含量测定的仲裁方法,引领了水分检测技术的新潮流。
光腔衰荡光谱法的核心优势在于其独特的测量原理——它不依赖于光强的绝对值,而是通过测量光在谐振腔内的衰减时间来确定吸收。
仪器内部由两块反射率高达99.99%以上的超精密镜片构成一个光学谐振腔。
当一束脉冲激光射入腔内,光会在镜片间反复反射,每次反射仅有极少量的光透过镜片被探测器捕获,形成一条指数衰减的曲线,即“衰荡”信号。
这个衰荡信号的衰减速率,或者说衰荡时间,直接反映了腔内介质的总光学损耗。
在无吸收的情况下,损耗主要来自镜片的固有透射,此时衰荡时间最长。
一旦腔内存在水分子,并且激光波长被精确调谐至水分子的特定吸收峰上,水分子便会额外吸收光能,导致衰荡时间显著缩短。
通过对比有无吸收时的衰荡时间,并结合比尔-朗伯定律,CRDS可以直接计算出水分子的绝对浓度,整个过程无需外部标定,从根本上保证了结果的准确性和长期稳定性。
更重要的是,由于CRDS测量的是时间而非光强,它对外界光源波动、光学元件轻微污染等因素具有天然的免疫力。
GB/T 16942—2009规定,CRDS法的检测限可达0.05 ppm(50 ppb),远优于传统方法。
这一卓越性能使其能够可靠地监控电子一级氢中低于0.2 ppm的水分指标,为半导体制造等精密工艺提供了坚实的数据保障。
因此,CRDS不仅是标准推荐的方法,更是现代高纯氢气水分检测领域当之无愧的技术标杆。

