善用多元採樣分析技術 有效監測毒氣與重金屬

2016/11/24 - DIGITIMES企劃

深耕氣體分析多年的志尚儀器公司，其總經理楊玉山在剖析大氣特殊毒性氣體暨重金屬最新採樣分析技術之餘，也提醒相關產業未來由於碳稅？碳交易問題將會造成成本漲升趨勢，為求因應這般態勢，如何能順利達到提高產能、減少浪費目的，即需慎選能快速反應的製程氣體分析監測儀器，例如線上型質譜儀是值得考慮的選項。

楊玉山指出，在一般產業中工安用途的氣體偵測器已經大量使用中， 而其中的原理不脫觸媒反應式、紅外線式，色帶檢測式、電化學式、半導體式與紅外線式等等。

惟在工廠作業環境中其實尚有許多汙染來源無法以上述方式偵測出來，在氣態污染物與毒性污染物間尚有許多的酸性氣體(Acids)、鹹性氣體(Bases)、揮發性有機氣體(VOCs)及氣態？粒狀污染物重金屬需要分析監控，這已經跳脫傳統工業毒化物(TIC)範疇，因此製造業有必要廣泛研究其他採樣分析技術。

以氣態污染物與毒性污染物中酸鹹性氣體來看，相關儀器主要分三大類，除了業界相對熟悉的酸鹼氣體？微粒自動採樣系統，還有另兩項較新的類型，其一是由交通大學教授蔡春進技轉的平板式濕式固氣分離器(PPWD)，搭配線上離子層析儀，所構築而成的AMC酸鹹監測系統，主要原理是利用濕式吸收，將污染氣體利用DI水連續流經奈米TiO2塗佈之表面，吸收其酸鹼氣體，然後結合離子層析儀分析酸鹼氣體濃度。

藉由上述監測系統，可24小時針對Ammonium、Fluoride、Chloride或Nitrate等等酸鹹物質連續監測，檢測單位可細微到ppb等級，比起一般氣體偵測器的ppm水平，完全是不同層次。

另一項新的儀器類型，則是新一代的離子電泳分析儀(Ion Mobility Spectrometry；IMS)，可用於偵測產業中使用的特定化學物質例如： TDI、MDI、CAN等，主要原理是吸入採樣氣體並進行離子化，再藉由電路閘門開關所產生的力場，使所有帶電離子進入電子捕集器，接著定義個別氣體種類，再與標準氣體產生的波峰相比，便獲得特定氣體的濃度數值。

線上質譜儀反應快  可節省能源並有助降低製程碳排

針對VOCs部份，除了傳統一般常見的偵測器包括PID，也就是光離子化偵測器，及FID火焰離子化偵測器外，楊玉山也建議針對特殊毒性氣體或VOCs推薦可以採用線上質譜儀方式偵測，目前常用的質譜儀一般有傳統四極柱式質譜分析儀(QMS)、離子阱式質譜分析儀，以及飛行時間式質譜分析儀。

其中離子阱式質譜儀屬於較新型態，內部係由環狀電極與兩個端蓋電極形成捕捉室，再藉由環狀電極之直流與射頻交流電位，把所有離子控制在捕捉室內，接著改變直流與射頻電位或射頻頻率，讓不同m/z值離子依序穿過端蓋電極而進入偵測器，藉此有效監測離子，提高解析度。

相對於質譜儀快速的分析能力， 傳統分析儀反應時間較慢，容易導致製程產生過量的碳排放量，不僅造成能源浪費，未來可能面臨碳稅等額外負擔，對於業界而言不得不認真思考。

有關氣態與粒狀污染物中的重金屬部份，依傳統做法必須以濾紙採樣加上硝化處理後再利用ICP-MS分析，可謂耗時甚久；而時代的進步目前可以經由「氣態？粒狀污染物重金屬元素進樣裝置」銜接ICPICP-MS直接進行分析。

對此楊玉山解釋，以往要讓氣體樣品導入ICP是不可能的，但現今有了重大突破，憑藉將樣品氣體中的微粒子導入氬氣之獨特技術，總算得以將氣體樣品直接導入ICP，欲於大氣環境24小時連續監測(PM2.5)諸如鉛、鎘、汞、鈾、砷等懸浮微粒子金屬元素，都可以做得到。

最後楊玉山提到在產業升級部分以往多以Cost Down為基準，這個觀念雖然沒錯但是更要考慮如何Value Up應該更為重要，因此大家應該多思考以往利用傳統分析儀因為反應時間較慢，可能導致製程產生過量的碳排放量，也可能造成能源浪費，面對未來可能面臨碳稅等額外負擔，如果能有效的應用新的科技與分析技術，能減少碳排及增加產能，相關業者是否應該有另一番新的思維了呢？


圖說：志尚儀器總經理楊玉山。