漫谈工安环保与制程气体侦测器之选用

志尚仪器总经理杨玉山。

在工厂的作业环境中，不管厂内外都会有侦测各种气体的需要。志尚仪器总经理杨玉山指出，侦测器体的技术及产品很多，如厂内已知VOCs暨TICs气体监测，或是厂外已知及未知的气体监测，包括携带式及固定式侦测仪器，都有其运作原理，一定要了解原理，用对地方，才能真正发挥功效。

杨玉山指出，目前相关产业使用的气体监测原理，技术及产品都已相当成熟。如一般可燃性气体方面，主要使用触媒反应式及红外线式；毒性气体方面，使用的技术则包括色带检测式、电化学式、半导体式及红外线式等。

至于VOC(有机性气体)或THC(总碳氢化合物)方面，杨玉山指出，两者的型态不同，侦测解决方案也有所不同。一般VOC气体侦测，是用光离子化侦测器(Photo-Ionization Detector；PID)，原理是以8.3？11.7 eV的紫外光来游离化学物质，产生游离电子后，这些被游离出来的电子，会被具正电荷的接收器所收集，产生电流信号的改变。一般而言，光游离侦测器的大都应用于芳香族的有机物上。

另一种是火焰离子化侦测器(FID)，原理是利用氢氧焰燃烧含有碳氢化合物的气体成分，产生二氧化碳及水并释放出电子，用以检测总有机性气体浓度。FID还有一种衍生技术是GC-FID，由与目前环保署尚未确认未来将采取 FID 或是 GC-FID 方法量测 NMHC 浓度 (非甲烷碳氢化合物)，所以各使用者需要多审慎考虑。

至于制程或特殊气体分析原理方面，多会使用在线质谱仪(On-Line Mass Spectrometer Detector；On-Line MSD)，质谱仪是以Inlet、Ionizer、Mass Filter及Detectors四大部分所组成，气体成分经由Inlet予以分离，再经过Ionizer予以离子化，再经过四极柱分离，最后达到Detectors进行检测。

一般的质谱仪是以EI为最普遍的离子源，但可更换成CI或其他离子源，做不同的形态的质谱分析。而离子阱质谱监测仪除了是目前商业用最小的可MS串连设备外，可以侦测并确认化合物，目前也已开发出可完全解离的步骤。

原理是透过环状电极(Ring Electrode)与两个端盖电极(End Cap Electrode)，形成一个捕捉室(trap)，再透过环状电极的直流和射频交流电位(Radio Frequency)，将所有离子控制在捕捉室后，再改变直流和射频电位或射频频率，使不同之m/z值离子，依序穿过端盖电极而进入侦测器，可以有效监测离子，提高分辨率。

至于INFI TOF MSD则与传统的 TOF MSD不同，杨玉山指出，Infi TOF MSD的特色，在于可以一直持续循环的不断运作，增加仪器的分辨率，因此可以分析分子量差异不大的气体成分，例如可以进行Silane不纯物、Arsine及Phosphine等不纯物的分析，而且机体大小已经相当于一台PC，实用性及方便性都相当有优势。

而在大气及排放管道气体暨PM 2.5/PM 1.0纳米微粒成分分析技术方面，交大环工所蔡春进教授技术转移志尚仪器，发展的湿式平板采样器(Parallel plate wet denuder；PPWD)，原理是利用平板式湿式固气分离器，将污染气体利用 DI 水连续流经纳米TiO2涂布之表面，吸收其酸硷气体，然后结合离子层析仪分析酸硷气体浓度。

杨玉山指出，PPWD是连续性采样，可惜IC采样的速度还不够快，目前只能做到30分钟一次，但已经比旧方法可能要花几个小时好多了。酸硷监测系统方面，目前都已有移动式设计，监测的范围及便利性也都因此提升。目前也广受各大半导体使用中。

至于一般大气环境监控的分析原理方面，萤光UV吸收法(Fluorescence UV)或是化学发光法法(Chemiluminescence)的原理，杨玉山表示，目前都已很常见，相关技术或产品的发展，也都很成熟。

在一般AMC/Ambient气体分析原理方面，IMS Cell是目前最常见的方式，但杨玉山强调，由于现在使用的 IMS Cell 采直接进样方式，这种方式很容易造成Cell里面的污染，只要做完高量分析，Cell就可能因为污染而得进行维修，手续非常麻烦。

因此，杨玉山表示，现在最新的科技是以 FAIMS配合传统离子电泳光谱分析法(DMS)一起运作，也就是FAIMS+DMS。基本原理是让气体样品经由FAIMS进行初步的筛选带测离子，再进入以氚灯为离子源的 DMS激发源带，将气体样品激发成带电状态，再利用电路闸门每40微秒开关一次及高压电板所产生的电场(力场)，让所有带电离子，依不同质荷比，依不同的飞行时间到达电子捕集器，以此所产生的电压及时间轴图，即可分别定义个别气体种类。

之后再与标准气体所产生的波峰相比，即可获得特定气体的浓度数值。另外，为加强分析仪侦测能力，还会在前端加装层析管柱，用以增加Peak间的分离效果及相关不同化学物品的变异性，使得检测极限可达0.1 ppb甚至ppt的范围。

所以在世界上没有不好的仪器设备，主要是要挑选合适的仪器设备才能正确的帮使用者解决相关的问题，因此仪器业者的经验可以取决整个监测系统是否运作正常，所以不可不慎选合作夥伴。