漫談工安環保與製程氣體偵測器之選用

志尚儀器總經理楊玉山。

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。