在此描述的一個或多個實施方式涉及電導(dǎo)率探測器和包括電導(dǎo)率探測器的離子色譜系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超純水(UPW)已經(jīng)被用于半導(dǎo)體器件的各種制造工藝。當(dāng)使用UPW時，雜質(zhì)的離子濃度已經(jīng)成為焦點并因此經(jīng)常受到小心的監(jiān)視，尤其在小尺寸的高度集成半導(dǎo)體器件的制造期間。

用于UPW監(jiān)視的一種方法涉及使用離子色譜執(zhí)行組分分析。離子色譜可以通過在分離柱中分離UPW中的離子組分而執(zhí)行。然后，每個離子組分的電導(dǎo)率通過電導(dǎo)率探測器被探測。之后，基于對于每個離子組分的探測到的電導(dǎo)率執(zhí)行定性分析和定量分析。

電導(dǎo)率探測器可以從處于十億分率(ppb)的最大濃度程度的UPW探測離子組分。因此，從具有低于某程度的ppb或處于萬億分率(ppt)的程度的濃度的UPW探測離子組分可能是不準(zhǔn)確的。當(dāng)UPW的濃度非常小(例如，低于某個水平的ppb)時，更大的UPW樣品可以提供到電導(dǎo)率探測器以圖增加探測準(zhǔn)確性。然而，提供更大的UPW樣品增加進(jìn)行電導(dǎo)率探測的時間和成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個或多個實施方式，一種電導(dǎo)率探測器包括：流動通道，具有管形狀，該管形狀具有包括離子組分的溶液流動通過其的通道直徑；在流動通道上的電極布置，電極布置包括間隔開電極間隙的至少一陽極和至少一陰極，該電極間隙小于或等于通道直徑；和探測器，連接到電極布置以探測離子組分的電導(dǎo)率。

流動通道可以包括：入口，被陽極圍繞并且溶液流動到其中；出口，被陰極圍繞并且溶液從其流出；和流動單元，在入口和出口之間并且溶液穿過該流動單元以提供從入口到出口的離子流。電極間隙可以基本上是通道直徑的0.3至1.0倍。入口、出口和流動單元可以具有基本上相同的直徑，使得流動通道具有沿著離子流的流動路徑的一致的通道直徑。

探測器可以基于以下等式通過放大常數(shù)放大電導(dǎo)率：

其中k表示放大常數(shù)，D表示流動通道的通道直徑，D_ref表示流動通道的參考直徑，d表示電極間隙，γ_d表示電極間隙的減小比率，以及γ_D表示通道直徑的增大比率。

入口和出口每個可以具有第一直徑，流動單元可以具有大于第一直徑的第二直徑，使得流動單元具有比入口和出口的體積大的體積。電極間隙可以基本上在0.3mm至0.8mm的范圍中，通道直徑可以基本上在0.5mm至0.8mm的范圍中。

電導(dǎo)率探測器可以包括在陽極和陰極之間的絕緣體，其中絕緣體具有圍繞流動通道的管形狀。電導(dǎo)率探測器可以包括補充電極，用于減小在電極處的極化。補充電極可以包括：第一電極，在流動通道上并且與陽極間隔開，和第二電極，在流動通道上并且與陰極間隔開。

在溶液中的離子組分可以包括正離子或負(fù)離子之一，溶液可以包括在其中溶解微量的離子組分的水溶液。正離子可以包括鋰離子(Li⁺)、鈉離子(Na⁺)、鉀離子(K⁺)、或銨離子(NH₄⁺)中的一個，負(fù)離子可以包括氟離子(F^-)、氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、亞硝酸根離子(NO₂^-)、硝酸根離子(NO₃^-)、磷酸根離子(PO₄^3-)、硫酸根離子(SO₄^2-)、羧基(COOH^-)或有機酸中的一個。

根據(jù)一個或多個其他實施方式，一種離子色譜系統(tǒng)包括：樣品供應(yīng)器，用于供應(yīng)樣品溶液到洗脫液流中，由此產(chǎn)生在其中溶解一類型的多個離子組分的多組分溶液，該洗脫液是離子色譜的流動相；分離柱，從多組分溶液順序地分離離子組分以產(chǎn)生具有單一類型的離子組分的單組分溶液，并且按時間順序而順序地排出多個單組分溶液；和電導(dǎo)率探測器，基于離子組分的電導(dǎo)率探測在單組分溶液中的離子組分的濃度。

電導(dǎo)率探測器包括：流動通道，具有管形狀，該管形狀具有單組分溶液流動穿過其的通道直徑；電極布置，在流動通道上并且包括間隔開電極間隙的至少一陽極和至少一陰極，該電極間隙小于或等于通道直徑；和探測器，連接到電極布置以探測在單組分溶液中的離子組分的電導(dǎo)率。

離子色譜系統(tǒng)可以包括：洗脫液供應(yīng)器，具有洗脫液儲存器以存儲洗脫液，和輸送泵，用于從洗脫液儲存器輸送洗脫液穿過分離柱和電導(dǎo)率探測器。

樣品供應(yīng)器可以包括：樣品分配器，用于以恒定速度將固定分析量的樣品溶液提供到樣品回路；和自動注入器，將樣品回路的樣品溶液自動注入到洗脫液流動路徑。

分離柱可以包括作為離子色譜的固定相的離子交換樹脂，在多組分溶液中的離子組分根據(jù)離子組分的每個與離子交換樹脂的樹脂之間的鍵合強度而被順序地分離。

流動通道可以包括：入口，被陽極圍繞并且連接到分離柱，單組分溶液流入到分離柱中；出口，被陰極圍繞并且單組分溶液穿過其流出；和流動單元，在入口和出口之間并且單組分溶液穿過該流動單元以提供從入口到出口的離子流。入口、出口和流動單元可以具有基本上相同的直徑，使得流動通道具有沿著離子流的一致的通道直徑。入口和出口每個可以具有第一直徑，流動單元可以具有大于第一直徑的第二直徑，使得流動單元具有比入口和出口的體積大的體積。

離子色譜系統(tǒng)可以包括：抑制器，在分離柱和電導(dǎo)率探測器之間以去除具有與單組分溶液的離子組分相反的極性的噪聲離子，抑制器用于從單組分溶液中的離子組分的電導(dǎo)率的信號去除噪聲。

根據(jù)一個或多個其他實施方式，一種探測器包括：通道；在通道上的第一電極；和在通道上的第二電極，其中通道傳送包括離子組分的溶液，其中在第一電極和第二電極之間的間隙小于或等于通道的橫截面尺寸，其中第一和第二電極用于產(chǎn)生指示離子組分的電導(dǎo)率的探測信號，探測器的探測準(zhǔn)確性基于第一電極與第二電極之間的間隙以及通道的橫截面尺寸。改變間隙或橫截面尺寸中至少一個可以改變離子組分的電導(dǎo)率。通道的橫截面尺寸從通道的入口到出口可以是基本一致的。橫截面尺寸可以是通道的直徑。在第一電極和第二電極之間的間隙可以小于通道的橫截面尺寸。

附圖說明

通過參考附圖詳細(xì)描述示范實施方式，多個特征對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得明顯，其中：

圖1示出電導(dǎo)率探測器的實施方式；

圖2示出電導(dǎo)率探測器的另一實施方式；

圖3示出電導(dǎo)率探測器的另一實施方式；和

圖4示出離子色譜系統(tǒng)的實施方式。

具體實施方式

現(xiàn)將在下文參考附圖更充分地描述示例實施方式；然而，它們可以以不同的形式實現(xiàn)且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實施方式。而是，提供這些實施方式使得此公開徹底和完整，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)示范性的實施。實施方式可以組合以形成附加的實施方式。

在附圖中，為了圖示清楚可以夸大層和區(qū)域的尺寸。還將理解的是，當(dāng)層或元件被稱為“在”另一層或基板“上”時，它可以直接在另一層或基板上，或者也可以存在中間層。此外，將理解的是，當(dāng)層被稱為在另一層“下面”時，它可以直接在另一層下面，也可以存在一個或多個中間層。另外，還將理解的是，當(dāng)層被稱為在兩個層“之間”時，它可以是該兩個層之間唯一的層，也可以存在一個或多個中間層。相同的附圖標(biāo)記通篇涉及相同的元件。

可以理解當(dāng)元件被稱為在另一元件“上”、“連接到”、“電連接到”或“聯(lián)接到”另一元件時，它可以直接在其他元件上、直接連接到、直接電連接到或直接聯(lián)接到其他元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接”在另一元件“上”、“直接連接到”、“直接電連接到”或“直接聯(lián)接到”另一元件時，則沒有中間元件存在。如這里所用，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列舉項目的一個或多個的任何和所有組合。

將理解的是，雖然術(shù)語第一、第二、第三等可以在此用來描述不同的元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該受到這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)分一個元件、組件、區(qū)域、層、和/或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層和/或部分。例如，第一元件、組件、區(qū)域、層和/或部分可以被稱為第二元件、組件、區(qū)域、層和/或部分而不脫離示例實施方式的教導(dǎo)。

為了便于描述，空間相對術(shù)語，諸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等可以用于此來描述一個組件和/或特征與另一組件和/或特征或其他多個組件和/或特征的如附圖所示的關(guān)系。將理解的是空間相對術(shù)語旨在包含器件在使用或操作中的除在圖中描繪的取向之外的不同取向。

在此使用的術(shù)語僅用于描述具體實施方式的目的而不旨在限制示例實施方式。如這里所用，單數(shù)形式“一”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地指示另外的意思。將進(jìn)一步理解的是當(dāng)在此說明書中使用時術(shù)語“包括”和/或“包含”說明所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或添加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組。

參考橫截面圖示在這里描述了示例實施例，該圖示是理想示例實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。因此，可以預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖示的形狀的變化。因此，示例實施例不應(yīng)解釋為限于這里所示的特別的區(qū)域形狀，而是包括由于例如由制造引起的形狀的偏離。例如，被示為矩形的注入?yún)^(qū)將通常具有修圓或彎曲的特征和/或在其邊緣具有注入濃度的梯度而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。相似地，由注入形成的埋入?yún)^(qū)可以引起埋入?yún)^(qū)和通過其進(jìn)行注入的表面之間的區(qū)域中的某些注入。因此，圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的且它們的形狀不旨在示出器件的區(qū)域的精確的形狀且它們的形狀不旨在限制示例實施方式的范圍。

除非另有界定，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有示例實施方式屬于的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員共同理解的相同的意思。還可以理解諸如那些在共同使用的字典中定義的術(shù)語應(yīng)解釋為一種與在相關(guān)技術(shù)的背景中的它們的涵義一致的涵義，而不應(yīng)解釋為理想化或過度正式的意義，除非在這里明確地如此界定。

圖1示出電導(dǎo)率探測器500的實施方式，該電導(dǎo)率探測器例如可以探測溶液中少量的離子組分。參考圖1，電導(dǎo)率探測器500可以包括流動通道100、電極布置200和探測單元400。流動通道100具有用于傳送具有離子組分I的溶液S的管形狀，該管形狀具有通道直徑D。電極布置200在流動通道100的外表面上并具有間隔開電極間隙d的至少一陽極210和至少一陰極220，該電極間隙d小于通道直徑D。探測單元400連接到電極布置200用于探測離子組分I的電導(dǎo)率。

流動通道100可以為具有離子組分I的溶液S提供流動路徑，由于電信號與溶液S中的離子組分I的濃度成正比，所以可以探測穿過該流動路徑的離子組分I。因此，離子組分I的電導(dǎo)率和濃度可以基于電信號確定。各種材料可以用于形成流動通道100，只要流動通道100具有用于探測電信號的足夠的電導(dǎo)率和相對于包括離子組分I的溶液的足夠的蝕刻抵抗性。

流動通道100可以包括由陽極210圍繞并且溶液S流入其中的入口110、由陰極220圍繞并且溶液S流動穿過其的出口130、以及在入口110和出口130之間并且溶液S從其穿過且由此提供從入口110到出口130的離子流的流動單元120。

溶液可以包括水溶液，其中少量或微量的離子組分I可以以低于十億分率(ppb)的程度或處于萬億分率(ppt)的程度的濃度溶于超純水(UPW)中。例如，溶液S中的離子組分可以包括正離子或負(fù)離子中的一個。正離子的示例包括鋰離子(Li⁺)、鈉離子(Na⁺)、鉀離子(K⁺)、銨離子(NH₄⁺)和其組合。負(fù)離子的示例包括氟離子(F^-)、氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、亞硝酸根離子(NO₂^-)、硝酸根離子(NO₃^-)、磷酸根離子(PO₄^3-)、硫酸根離子(SO₄^2-)、羧基(COOH^-)、有機酸和其組合。

在本示例實施方式中，流動通道100可以是其中溶液S可以以基本穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流(SSSF)流動穿過流動單元120的開放系統(tǒng)。

例如，入口110可以連接到分離柱，在該分離柱中某個類型的多個離子組分可以被分別地且順序地分離。因此，具有單一類型的離子組分的溶液可以穿過入口110流入流動單元120中。溶液可以通過出口130從流動單元120流出并且流到例如廢料槽、另一分離柱或另一分析裝置中。當(dāng)溶液具有多個類型的離子組分時，溶液可以以預(yù)定時間間隔通過入口110再次流到流動單元120中以將另一類型的離子組分分離。在一個示例實施方式中，入口110、流動單元120和出口130可具有相同的直徑，所以流動通道100可具有沿著溶液的流動路徑的均勻通道直徑D。

電極布置200可以布置在流動通道100的外表面上。電極布置200的陽極210和陰極220可以間隔開小于通道直徑D的電極間隙d。電極布置200可具有例如圍繞管狀的流動通道100的環(huán)形狀。因此，流動通道100可以穿過環(huán)形的電極布置200。

在一個示例實施方式中，入口110的外表面可以被陽極210圍繞，出口130的外表面可以被陰極220圍繞。結(jié)果，流動單元120可以插置在陽極210和陰極220之間。流動單元120可具有例如盤形狀，該盤形狀具有大于電極間隙d的通道直徑D。流動單元120的寬度可以例如對應(yīng)于電極間隙d。

流動單元120可以被在陽極210和陰極220之間的絕緣體300圍繞。因此，陽極210和陰極220可以彼此電分隔并且流動單元120可以在圍繞物中被保護(hù)。

絕緣體可以包括例如聚醚醚酮(PEEK)和聚四氟乙烯(PTFE)。電極可以包括例如不銹鋼和鉑(Pt)之一。

由于陽極210和陰極220通過絕緣體300被分開并且布置在流動單元120的相應(yīng)端部處，離子組分I通過流動單元120的流動可以被探測為電流。探測單元400可以連接到陽極210和陰極220以探測入口110和出口130之間的電壓。此后，探測單元400可以分析電信號以確定在溶液S中離子組分I的電導(dǎo)率和濃度。

在示例實施方式中，探測單元400可以包括用于施加電力到電極布置200的電源410以及用于探測陽極210和陰極220之間的電壓和電流強度的測量儀表420。

測量儀表420可以包括例如具有惠斯通電橋或放大電路的毫微伏特計(nano voltmeter)和/或毫微安培計(nano ampere meter)。測量儀表420可以包括例如用于將離子組分I的探測的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)變成在大約25℃溫度下的標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率的溫度補償電路。測量儀表420可具有基于電極布置200和流動通道100的結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。

當(dāng)電力施加到電極布置200時，離子組分I的電導(dǎo)率可以根據(jù)等式1通過探測單元400被探測。

其中C表示電導(dǎo)率，L表示離子組分的電導(dǎo)率，Kc表示電導(dǎo)率探測器500的單元常數(shù)。

由于溶液S流動穿過由電極布置200圍繞的流動單元120，陽極210、流動單元120和陰極220可以用作連接到探測單元400的虛擬電路的單個電極。因此，離子組分I可以穿過流動通道100的橫截面并且可以行進(jìn)陽極210和陰極220之間的距離。例如，溶液S中的離子組分I可以沿著流動單元120移動對應(yīng)于電極間隙d的距離。

因此，單元常數(shù)Kc可以由等式2表示。

其中A表示溶液S流動并由此離子組分I流動穿過的橫截面，l表示陽極和陰極之間的間隙。

離子組分I的電導(dǎo)率可以根據(jù)等式3獲得，該等式3基于等式1和2。

因此，溶液S中的離子組分I的電導(dǎo)率C可以與由流動通道100的通道直徑D和陽極210與陰極220之間的電極間隙d確定的電導(dǎo)率探測器500的形狀因子(form factor)成正比。因此，離子組分I的電導(dǎo)率C可以僅僅通過改變電導(dǎo)率探測器500的形狀因子而被放大，電導(dǎo)率探測器500的形狀因子可以僅僅通過改變通道直徑D和電極間隙d而變化。

在根據(jù)本示例實施方式的電導(dǎo)率探測器500中探測的電導(dǎo)率C相對于由另一類型的電導(dǎo)率探測器探測的參考電導(dǎo)率C_ref的電導(dǎo)率之比k可以由等式4表示。

當(dāng)電導(dǎo)率之比k超過1時，電導(dǎo)率C可以被放大多于參考電導(dǎo)率C_ref。另一個電導(dǎo)率探測器可以包括具有參考通道直徑D_ref的參考流動通道，陽極和陰極可以在參考流動通道上間隔開參考間隙d_ref。因此，等式4中的電導(dǎo)率之比k可以表示放大常數(shù)，該放大常數(shù)確定由于電導(dǎo)率探測器500的形狀或形式的改變導(dǎo)致的電導(dǎo)率的信號放大的數(shù)值。因此，電導(dǎo)率之比k也可以為了方便被稱為放大常數(shù)。

因此，放大常數(shù)k可以與電導(dǎo)率探測器500中的電極間隙的減小比率γ_d和通道直徑的增大比率γ_D成正比，如等式5所示。

因此，電極間隙d的減小和通道直徑D的增大可以導(dǎo)致放大常數(shù)k的增大。因此，由于放大常數(shù)k與電極間隙d的減小比率γ_d成反比并且與通道直徑D的增大比率γ_D的平方成正比，所以電導(dǎo)率可以僅通過減小比率γ_d和增大比率γ_D的適當(dāng)組合而被充分探測，無論多么小量的離子組分可以在溶液S中。因此，超純水(UPW)中的雜質(zhì)離子可以被電導(dǎo)率探測器500充分探測，即使雜質(zhì)離子的濃度可以低于ppb或ppt的程度。

改變通道直徑D會需要把流動通道100換成另一流動通道并且還會需要相對高的電導(dǎo)率探測器500的維護(hù)成本。然而，改變電極間隙d可以僅需要改變陽極210和/或陰極220在流動通道100上的位置并因此涉及相對低的電導(dǎo)率探測器500的維護(hù)成本。

為此，放大常數(shù)k可以僅通過改變電極間隙d來控制，其可以實現(xiàn)而不改變根據(jù)本示例實施方式的流動通道100的通道直徑D。例如，當(dāng)電極間隙d減小為參考間隙d_ref的大約80％并因此電極間隙的減小比率γ_d可以是大約20％時，電導(dǎo)率C可以放大到參考電導(dǎo)率C_ref的大約1.25倍。因此，僅通過改變減小比率γ_d大約0.2之多，可以將放大常數(shù)k控制為1.25。然而，通過與減小比率γ_d一起改變通道直徑D的增大比率γ_D，可以更精確地控制放大常數(shù)k。

在一個示例實施方式中，電極間隙d可以控制為小于流動通道100的通道直徑D，使得電導(dǎo)率探測器500可具有盤形狀。當(dāng)其他類型的電導(dǎo)率探測器成形為圓柱形并且參考電極間隙大于參考通道直徑時，電導(dǎo)率探測器500中的電極間隙d可以控制為小于或最大限度地等于通道直徑D，由此充分放大電導(dǎo)率C。

例如，電極間隙d可以是通道直徑D的大約0.3倍至大約1.0倍，更具體地，是通道直徑D的大約0.4倍至大約0.6倍。在本示例實施方式中，通道直徑D可以在大約0.5mm至大約0.8mm的范圍并且電極間隙d可以在大約0.3mm至大約0.8mm的范圍。當(dāng)流動通道100具有大約0.5mm通道直徑D時，電極間隙d可以控制為大約0.3mm至大約0.5mm。因此，電導(dǎo)率探測器500可具有盤形狀。另外，當(dāng)流動通道100用具有大約0.8mm通道直徑D的新的流動通道代替時，電極間隙d也可以控制為大約0.3mm至大約0.8mm，由此提供盤形狀的電導(dǎo)率探測器500而不管流動通道100的更換。

當(dāng)本示例實施方式公開了通道直徑D可以在大約0.5mm至大約0.8mm的范圍改變并且電極間隙d可以在大約0.3mm至大約0.8mm的范圍改變時，通道直徑D和電極間隙d的任意其他變化范圍可以是可容許的，只要通道直徑D和電極間隙d充分滿足關(guān)于考慮到電導(dǎo)率探測器500的構(gòu)造和操作要求的期待的放大常數(shù)的等式5。

因此，無論在溶液S中離子組分I的濃度多么小，溶液S中的離子組分I的電導(dǎo)率也可以通過電導(dǎo)率探測器500被精確地探測而不增加溶液S。因此，具有低于ppb或處于ppb的濃度的超純水(UPW)中的雜質(zhì)離子可以僅通過改變陽極210和陰極220的位置被電導(dǎo)率探測器500充分地探測，而不增加被供應(yīng)的UPW的量。

圖2示出電導(dǎo)率探測器501的另一實施方式，其具有與圖1中的電導(dǎo)率探測器500基本相同的結(jié)構(gòu)，除了在流動通道上的補充電極之外。

參考圖2，電導(dǎo)率探測器501包括用于減小或最小化在電極布置200處的極化的補充電極290。例如，補充電極290可以包括在流動通道100的外表面上并與陽極210間隔開的第一電極230和在流動通道100的外表面上并與陰極220間隔開的第二電極240。附加絕緣體310可以在第一電極230和陽極210之間以及在第二電極240和陰極220之間。因此，第一電極230和陽極210可以通過附加絕緣體310彼此電分隔，第二電極240和陰極220可以通過附加絕緣體310彼此電分隔。

補充電極290可具有圍繞流動通道100的環(huán)形。流動通道100也可以穿過環(huán)形的補充電極290。在本示例實施方式中，電極布置200、絕緣體300、補充電極290和附加絕緣體310可以配置成單個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，流動通道100可以穿過該單個環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

當(dāng)電力施加到電極布置200時，極化和氧化還原反應(yīng)可以在溶液S和電極布置200之間的分界面處進(jìn)行。結(jié)果，多個氣泡可以在電極布置200的表面上產(chǎn)生。在電極布置200上的氣泡可以限制在流動通道100和電極布置200之間的電流流動，由此減小探測單元400的探測效率。

在電導(dǎo)率探測器501中，電力可以施加到第一電極230和第二電極240，代替陽極210和陰極220，探測單元400還可以探測陽極210和陰極220之間的電壓和/或電流。因此，在電極布置200和溶液S之間沒有形成氣泡，電導(dǎo)率可以被準(zhǔn)確地探測而沒有由極化帶來的任何探測妨礙。因此，溶液S中的少量離子組分I(諸如UPW中的雜質(zhì)離子)可以以足夠高的準(zhǔn)確度被準(zhǔn)確地探測。

圖3示出電導(dǎo)率探測器502的另一實施方式，其具有與圖1中的電導(dǎo)率探測器500相同的結(jié)構(gòu)，除了流動單元120的尺寸不同于入口110和出口130的尺寸之外。

參考圖3，電導(dǎo)率探測器502包括變型的流動通道100a，其中流動單元120具有大于入口110和出口130的體積的體積。例如，入口110和出口130可具有管形狀，該管形狀具有第一通道直徑D1。流動單元120可具有連接到入口110和出口130的管形狀以及大于第一通道直徑D1的第二通道直徑D2。

當(dāng)溶液S流入流動單元120中時流動速度可以在流動單元120中減小，并且當(dāng)溶液S通過出口130從流動單元120流出時流動速度可以增大。因此，當(dāng)溶液S穿過電導(dǎo)率探測器502時流動單元120中的離子組分I的數(shù)目可以增大。因為陽極210、流動單元120和陰極220可以提供為單個電極并且溶液S的流動速度可以由于體積膨脹而在流動單元120中減小，所以當(dāng)離子組分I均勻地溶解在溶液S中時，與圖1中的電導(dǎo)率探測器500的流動通道100相比較，溶液S中的離子組分I的平均數(shù)目可以增大。

因此，根據(jù)流動單元120中的離子組分I的數(shù)目增大，探測單元400的探測極限可以被提高。流動單元120中的離子組分I的數(shù)目可以通過流動單元120的體積膨脹而確定，流動單元120的體積膨脹可以基于第一通道直徑D1和第二通道直徑D2的直徑比而改變。因此，僅通過控制第一通道直徑D1和第二通道直徑D2的直徑比，可以在電導(dǎo)率探測器502中容易地提高探測極限。

在本示例實施方式中，第一通道直徑D1可以在第二通道直徑D2的大約50％至70％的范圍。

雖然在本實施方式中離子組分溶于水溶液中(諸如UPW中的雜質(zhì)離子)，但是考慮到離子組分和溶劑之間的電特性，其他溶劑也可以用于探測溶劑中的微量離子組分的電導(dǎo)率。

根據(jù)示例實施方式的電導(dǎo)率探測器，電導(dǎo)率探測器可以改變?yōu)楸P形狀，其中陽極和陰極之間的電極間隙可以小于流動通道的通道直徑。結(jié)果，探測極限可以提高而沒有對其的設(shè)計更改或儀器改變。例如，僅通過改變電導(dǎo)率探測器的形狀因子可以以高準(zhǔn)確度充分探測電導(dǎo)率，不管多么少量的離子組分I會在溶液S中。因此，超純水(UPW)中的雜質(zhì)離子可以被電導(dǎo)率探測器500充分探測，即使離子的濃度可能低于ppb或ppt的程度。

圖4示出離子色譜系統(tǒng)2000的實施方式，離子色譜系統(tǒng)2000可以包括洗脫液供應(yīng)器1100、樣品供應(yīng)器1200、分離柱1300、和電導(dǎo)率探測器1400。洗脫液供應(yīng)器1100供應(yīng)洗脫液E，洗脫液E可以是離子色譜的流動相。樣品供應(yīng)器1200供應(yīng)樣品溶液到洗脫液E流中，由此產(chǎn)生在其中可以溶解多個類型的離子組分的多組分溶液。分離柱1300順序地從混合溶液分離離子組分由此產(chǎn)生具有單一類型的離子組分的單組分溶液并且按時間順序順序地排出多個單組分溶液。電導(dǎo)率探測器1400基于離子組分的電導(dǎo)率探測單組分溶液中的離子組分的濃度。

例如，洗脫液供應(yīng)器可以包括存儲洗脫液E的洗脫液儲存器1110、從洗脫液儲存器1100輸送洗脫液E經(jīng)過分離柱1300和電導(dǎo)率探測器1400的輸送泵1120、和用于減小或最小化洗脫液E在分離柱1300中的阻止性能(damping characteristics)的除氣構(gòu)件1130。

洗脫液E可以用作離子色譜的流動相，使得多個離子組分可以從樣品溶液溶解到洗脫液E中。因此，洗脫液E和樣品溶液可以混合成多組分溶液，在該多組分溶液中某個類型的多個離子組分可以溶于離子色譜系統(tǒng)2000中。洗脫液E可具有用于在離子色譜系統(tǒng)2000中的良好流動性的低粘度和對于樣品溶液的溶質(zhì)的高溶解度。例如，洗脫液E可具有關(guān)于分離柱的基礎(chǔ)材料的高化學(xué)穩(wěn)定性，分離柱的基礎(chǔ)材料可以用作離子色譜的固定相(stationary phase)。

一個或多個添加劑可以供應(yīng)到UPW，用于增大對于分析樣本的溶解度和可混性。另外，緩沖溶液可以被加入UPW，用于從分析樣本分離離子組分。

輸送泵1120可以產(chǎn)生用于從洗脫液儲存器1110輸送洗脫液E穿過分離柱1300和電導(dǎo)率探測器1400的壓力，使得洗脫液E可以從洗脫液儲存器1110充分到達(dá)電導(dǎo)率探測器1400。洗脫液E例如可以通過輸送壓力以恒定速度在離子色譜系統(tǒng)2000中移動。

除氣構(gòu)件1130可以包括布置在真空室1131中并連接到輸送泵1120的隔膜管1132。包括氣體組分的洗脫液E可以流入真空室1131中的隔膜管1132中。氣體組分可以通過真空壓力從真空室1131中的洗脫液E去除。因此，洗脫液E中的氣體組分可以通過除氣構(gòu)件1130減小或最小化，由此減小或最小化洗脫液E在分離柱1300中的阻止性能。

雖然本示例實施方式公開了除氣構(gòu)件1130布置在輸送泵1120和樣品供應(yīng)器1200之間，但是在至少一個示例實施方式中除氣構(gòu)件1130可以在洗脫液儲存器1110和輸送泵1120之間。

樣品供應(yīng)器1200可以包括保持樣品溶液的樣品回路1210、以恒定速度提供定量的樣品溶液到樣品回路1210的樣品分配器1220、和將樣品回路1210的樣品溶液自動注入到洗脫液E的流動路徑的自動注入器1230。例如，樣品分配器1220可以包括蠕動泵，自動注入器1230可以包括多個保持端口1231和多端口閥系統(tǒng)，在多端口閥系統(tǒng)中樣品回路1210中的樣品溶液可以僅通過改變保持端口1231而被供應(yīng)到洗脫液E。

在本示例實施方式中，樣品溶液可以包括具有大于大約18MΩ的電阻的超純水(UPW)。例如，當(dāng)樣品溶液包括在其中溶解多個雜質(zhì)離子的UPW并且水或水溶液用作離子色譜系統(tǒng)2000的流動相時，離子色譜系統(tǒng)2000可以不裝備有洗脫液供應(yīng)器。在這種情況下，UPW可以供應(yīng)到離子色譜系統(tǒng)2000，用于通過具有相對更少的元件的樣品供應(yīng)器1200探測UPW中的雜質(zhì)離子的濃度。

例如，當(dāng)包括用于半導(dǎo)體制造工藝的一個或多個溶劑的樣品溶液諸如UPW供應(yīng)到樣品儲存器用于探測其中的雜質(zhì)離子時，樣品分配器1220可以從樣品儲存器提取固定分析量的樣品溶液并且可以提供該固定分析量到樣品回路1210中。然后，提取的樣品溶液可以從樣品回路1210供應(yīng)到自動注入器1230的保持端口1231，自動注入器1230可以以以下方式線性地移動或旋轉(zhuǎn)預(yù)定單位：在其中可以保持分析量的樣品溶液的保持端口1231可以與洗脫液E的流動路徑對準(zhǔn)。此后，保持端口1231的端口閥可以打開并且樣品溶液可以與洗脫液E混合。

因此，樣品溶液和洗脫液E可以混合到在其中可溶解某個類型的多個離子組分的多組分溶液中。例如，樣品溶液中的各種離子組分可以與洗脫液E混合，多組分混合的溶液可以供應(yīng)到分離柱1300。

具有不同保持體積的多個保持端口1231可以提供有自動注入器1230，樣品溶液的分析量可以考慮到樣品溶液中的離子組分的濃度程度而改變。在本示例實施方式中，保持端口1231可以提供有自動注入器1230。

在已經(jīng)完成了樣品溶液與洗脫液E的混合之后，多組分混合溶液可以供應(yīng)到分離柱1300。離子組分可以在分離柱1300中根據(jù)每個離子組分的離子鍵以及固定相材料而被順序地逐個分離。例如，分離柱1300可以包括布置在管狀外殼中作為離子色譜的固定相的離子交換樹脂1310以及用于控制分離柱1300中的溶液的溫度均勻的溫度控制器1320。

離子交換樹脂1310可以被固定到外殼中并且可以對于穿過分離柱1300的洗脫液E物理和化學(xué)地穩(wěn)定。因此，離子交換樹脂1310可以用作離子色譜的固定相，而洗脫液E用作離子色譜的流動相。

當(dāng)多組分溶液到達(dá)處于與洗脫液E的離子的平衡狀態(tài)的離子交換樹脂1310時，離子交換樹脂1310中的化學(xué)平衡狀態(tài)可以被打破并且多組分溶液中的離子組分可以鍵合到離子交換樹脂1310的樹脂。

由于洗脫液E可以通過輸送泵1120被連續(xù)地供應(yīng)到分離柱1300，所以離子組分與離子交換樹脂1310的樹脂的鍵合可以根據(jù)每個離子組分與固定相樹脂的鍵合強度而被順序地打破。因此，離子組分的結(jié)合強度越強，離子組分在分離柱1300中停留越久。因此，每個離子組分在分離柱1300中的保留時間(或停留時間)可以根據(jù)該鍵合強度而改變，隨著保留時間過去，每個離子組分可以獨立地從分離柱1300排出。

從離子交換樹脂1310的固定相樹脂分離的離子組分可以仍然溶于洗脫液E中并從分離柱1300排出。因此，多組分溶液在排出分離柱1300時可以變成在其中溶解單一類型離子組分的單組分溶液。因此，單組分溶液可以根據(jù)其中的每個離子組分的鍵合強度按時間順序而順序地從分離柱1300排出。

例如，溫度控制器1320可以控制分離柱1300的內(nèi)部溫度處于均勻溫度，使得多組分溶液、洗脫液E和單組分溶液在均勻溫度下流動穿過分離柱1300。

電導(dǎo)率探測器1400可以探測單組分溶液中的離子組分的電導(dǎo)率，由此獲得樣品溶液的離子組分的濃度。電導(dǎo)率探測器1400可具有與圖1至3中的電導(dǎo)率探測器500至502中任意一個相同的結(jié)構(gòu)。

例如，電導(dǎo)率探測器1400可以包括：具有管形狀和單組分溶液可以流動通過其的通道直徑D的流動通道100；電極布置200，在流動通道100的外表面上并具有間隔開小于通道直徑D的電極間隙d的至少一陽極210和至少一陰極220；以及連接到電極布置200的探測單元400，用于探測單組分溶液中的離子組分的電導(dǎo)率。

流動通道可以包括被陽極210圍繞并連接到分離柱1300以及單組分溶液可以流入其中的入口110、被陰極220圍繞并且單組分溶液可以通過其流出的出口130、和在入口110與出口130之間并且單組分溶液可以由其穿過的流動單元120，由此提供從入口110至出口130的離子流。

入口110、出口130和流動單元120可具有相同的直徑，所以流動通道100可具有沿著離子流的一致的通道直徑D。電導(dǎo)率探測器1400可具有以下構(gòu)造的盤形狀：陽極210和陰極220之間的電極間隙d小于通道直徑D。因此，電導(dǎo)率探測器1400的單元常數(shù)Kc可以僅通過改變電極間隙和通道直徑而減小。因此，被探測的信號可以被電導(dǎo)率探測器1400中的放大常數(shù)放大。結(jié)果，電導(dǎo)率探測器1400可以準(zhǔn)確地探測離子組分的電導(dǎo)率，單組分溶液中的離子組分的濃度可以從探測的電導(dǎo)率獲得。例如，UPW中的雜質(zhì)離子可以被電導(dǎo)率探測器1400充分地探測，即使由于電導(dǎo)率探測器1400的小的單元常數(shù)Kc導(dǎo)致雜質(zhì)離子的濃度可以低于ppb或ppt的程度。

如圖3所示，入口110和出口130可具有第一直徑D1，流動單元120可具有比第一直徑D1大的第二直徑D2。因此，流動單元120可具有比入口110和出口130的體積大的體積。因此，流動單元120中的離子組分的數(shù)目可以在單組分溶液流動穿過流動單元120時增大，由此增大電導(dǎo)率探測器1400的探測準(zhǔn)確性。

另外，電導(dǎo)率探測器1400可以包括用于減小或最小化在電極布置200處的極化的補充電極290。如圖2所示，補充電極290可以包括第一電極230和第二電極240。第一電極230布置在流動通道100的外表面上并與陽極210間隔開。第二電極240布置在流動通道100的外表面上并與陰極220間隔開。因此，否則可能由單組分溶液的極化所引起的氣泡不出現(xiàn)在電極布置200和單組分溶液之間。

例如，電力410可以施加到補充電極290，而不施加到電極布置200。在此情況下，由溶液的極化所引起的氣泡可以產(chǎn)生在單組分溶液與第一和第二電極230和240之間，并且在陽極210和陰極220處可以不產(chǎn)生氣泡。因此，電導(dǎo)率可以被準(zhǔn)確地探測而沒有任何探測妨礙。例如，少量離子組分(諸如UPW中的雜質(zhì)離子)可以以足夠高的準(zhǔn)確度被準(zhǔn)確地探測。

離子組分的電導(dǎo)率或濃度可以通過每個離子組分被分類并且可以通過系統(tǒng)控制器1600可視地顯示在顯示裝置上。

在本示例實施方式中，離子組分可以包括溶于UPW中作為雜質(zhì)離子的正離子或負(fù)離子。因此，多組分溶液和單組分溶液可以包括離子組分可以溶解在其中的水溶液。正離子的示例包括鋰離子(Li⁺)、鈉離子(Na⁺)、鉀離子(K⁺)、銨離子(NH₄⁺)和其組合中的一個。負(fù)離子的示例可以包括氟離子(F^-)、氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、亞硝酸根離子(NO₂^-)、硝酸根離子(NO₃^-)、磷酸根離子(PO₄^3-)、硫酸根離子(SO₄^2-)、羧基(COOH^-)、有機酸和其組合中的一個。

離子色譜系統(tǒng)2000可以還包括在分離柱1300和電導(dǎo)率探測器1400之間的抑制器1500，用于去除具有與單組分溶液的離子組分相反的極性的噪聲離子。結(jié)果，噪聲信號可以從與單組分溶液中的離子組分的電導(dǎo)率對應(yīng)的信號去除。

當(dāng)單組分溶液的離子組分包括正離子并且抑制器1500用羥基離子(OH^-)代替具有負(fù)極性的噪聲離子時，噪聲信號可以從與單組分溶液中的正離子組分的電導(dǎo)率對應(yīng)的信號去除。相反，當(dāng)單組分溶液的離子組分包括負(fù)離子并且抑制器用氫離子(H⁺)代替具有正極性的噪聲離子時，噪聲信號可以從與單組分溶液中的負(fù)離子組分的電導(dǎo)率對應(yīng)的信號去除。

根據(jù)一個或多個前述實施方式，電導(dǎo)率探測器具有盤形狀，并且探測器的陽極和陰極之間的電極間隙可以小于流動通道的通道直徑。結(jié)果，單元常數(shù)Kc可以減小并且電導(dǎo)率探測器的探測準(zhǔn)確性可以增大，而沒有對其的設(shè)計更改或儀器改變。因此，僅通過改變電導(dǎo)率探測器的形狀因子可以以高準(zhǔn)確度充分探測電導(dǎo)率，不管多么少量的離子組分I在溶液S中。因此，超純水(UPW)中的雜質(zhì)離子可以被電導(dǎo)率探測器充分探測，即使雜質(zhì)離子的濃度可能低于ppb或ppt的程度。

在此已經(jīng)公開了實例實施方式，雖然采用了特定術(shù)語，但是它們僅以一般描述性含義使用和被解釋，且不為了限制目的。在有些情況下，隨著本申請的提交，對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將明顯的是，結(jié)合具體實施方式描述的特征、特性和/或元件可以單獨使用或與結(jié)合其他實施方式描述的特征、特性和/或元件組合，除非另有陳述聲明。因此，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將理解，可以對實施方式進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的不同改變而沒有脫離在權(quán)利要求中闡述的實施方式的精神和范圍。

本申請要求于2015年10月20日向韓國專利局提交并且名稱為“電導(dǎo)率探測器和包括其的離子色譜系統(tǒng)”的韓國專利申請第10-2015-0145888號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。