志尚儀器股份有限公司總經理楊玉山:漫談工安環保與製程氣體偵測器之選用



志尚儀器漫談工安環保與製程氣體偵測器之選用

工業安全與環境監控研討會--志尚儀器股份有限公司總經理楊玉山

在工廠的作業環境中,不管廠內外都會有偵測各種氣體的需要。志尚儀器總經理楊玉山指出,偵測器體的技術及產品很多,如廠內已知VOCs暨TICs氣體監測,或是廠外已知及未知的氣體監測,包括攜帶式及固定式偵測儀器,都有其運作原理,一定要了解原理,用對地方,才能真正發揮功效。

楊玉山指出,目前相關產業使用的氣體監測原理,技術及產品都已相當成熟。如一般可燃性氣體方面,主要使用觸媒反應式及紅外線式;毒性氣體方面,使用的技術則包括色帶檢測式、電化學式、半導體式及紅外線式等。

至於VOC(有機性氣體)或THC(總碳氫化合物)方面,楊玉山指出,兩者的型態不同,偵測解決方案也有所不同。一般VOC氣體偵測,是用光離子化偵測器(Photo-Ionization Detector;PID),原理是以8.3~11.7 eV的紫外光來游離化學物質,產生游離電子後,這些被游離出來的電子,會被具正電荷的接收器所收集,產生電流訊號的改變。一般而言,光游離偵測器的大都應用於芳香族的有機物上。

另一種是火焰離子化偵測器(FID),原理是利用氫氧焰燃燒含有碳氫化合物的氣體成分,產生二氧化碳及水並釋放出電子,用以檢測總有機性氣體濃度。FID還有一種衍生技術是GC-FID,由與目前環保署尚未確認未來將採取 FID 或是 GC-FID 方法量測 NMHC 濃度 (非甲烷碳氫化合物),所以各使用者需要多審慎考慮。

至於製程或特殊氣體分析原理方面,多會使用線上質譜儀(On-Line Mass Spectrometer Detector;On-Line MSD),質譜儀是以Inlet、Ionizer、Mass Filter及Detectors四大部分所組成,氣體成分經由Inlet予以分離,再經過Ionizer予以離子化,再經過四極柱分離,最後達到Detectors進行檢測。

一般的質譜儀是以EI為最普遍的離子源,但可更換成CI或其他離子源,做不同的形態的質譜分析。而離子阱質譜監測儀除了是目前商業用最小的可MS串連設備外,可以偵測並確認化合物,目前也已開發出可完全解離的步驟。

原理是透過環狀電極(Ring Electrode)與兩個端蓋電極(End Cap Electrode),形成一個捕捉室(trap),再透過環狀電極的直流和射頻交流電位(Radio Frequency),將所有離子控制在捕捉室後,再改變直流和射頻電位或射頻頻率,使不同之m/z值離子,依序穿過端蓋電極而進入偵測器,可以有效監測離子,提高解析度。

至於INFI TOF MSD則與傳統的 TOF MSD不同,楊玉山指出,Infi TOF MSD的特色,在於可以一直持續循環的不斷運作,增加儀器的解析度,因此可以分析分子量差異不大的氣體成分,例如可以進行Silane不純物、Arsine及Phosphine等不純物的分析,而且機體大小已經相當於一台PC,實用性及方便性都相當有優勢。

而在大氣及排放管道氣體暨PM 2.5/PM 1.0奈米微粒成分分析技術方面,交大環工所蔡春進教授技術轉移志尚儀器,發展的濕式平板採樣器(Parallel plate wet denuder;PPWD),原理是利用平板式濕式固氣分離器,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。

楊玉山指出,PPWD是連續性採樣,可惜IC採樣的速度還不夠快,目前只能做到30分鐘一次,但已經比舊方法可能要花幾個小時好多了。酸鹼監測系統方面,目前都已有移動式設計,監測的範圍及便利性也都因此提升。目前也廣受各大半導體使用中。

至於一般大氣環境監控的分析原理方面,螢光UV吸收法(Fluorescence UV)或是化學發光法法(Chemiluminescence)的原理,楊玉山表示,目前都已很常見,相關技術或產品的發展,也都很成熟。

在一般AMC/Ambient氣體分析原理方面,IMS Cell是目前最常見的方式,但楊玉山強調,由於現在使用的 IMS Cell 採直接進樣方式,這種方式很容易造成Cell裡面的汙染,只要做完高量分析,Cell就可能因為污染而得進行維修,手續非常麻煩。

因此,楊玉山表示,現在最新的科技是以 FAIMS配合傳統離子電泳光譜分析法(DMS)一起運作,也就是FAIMS+DMS。基本原理是讓氣體樣品經由FAIMS進行初步的篩選帶測離子,再進入以氚燈為離子源的 DMS激發源帶,將氣體樣品激發成帶電狀態,再利用電路閘門每40微秒開關一次及高壓電板所產生的電場(力場),讓所有帶電離子,依不同質荷比,依不同的飛行時間到達電子捕集器,以此所產生的電壓及時間軸圖,即可分別定義個別氣體種類。

之後再與標準氣體所產生的波峰相比,即可獲得特定氣體的濃度數值。另外,為加強分析儀偵測能力,還會在前端加裝層析管柱,用以增加Peak間的分離效果及相關不同化學物品的變異性,使得檢測極限可達0.1 ppb甚至ppt的範圍。

所以在世界上沒有不好的儀器設備,主要是要挑選合適的儀器設備才能正確的幫使用者解決相關的問題,因此儀器業者的經驗可以取決整個監測系統是否運作正常,所以不可不慎選合作夥伴。

熱門文章