胡傑筆、黃靜萍／工研院材化所
台灣是世界排名第18位缺水國家，隨著都市化發展與產業結構改變，缺水情形逐年增加，甚至影響經濟發展與民生需求。再生水品質不僅攸關後端使用者使用意願，水中微量污染物甚至會影響半導體產業之製程良率，因此水質須經控管乃至線上即時檢測。本文除介紹再生水之檢測技術外，亦針對未來檢測發展需求進行說明。
【內文精選】
前 言
台灣年降雨量為全球平均值的3倍，卻因降雨時間不平均、地形陡峭、水庫積淤及水價低廉，使台灣名列世界缺水國家第18名，除造成枯水期民生及產業用水供水不穩定外，長期更對台灣之工商農業發展有所阻礙。也因此，立法院於2015年通過《再生水資源發展條例》，賦予污廢水管理單位有開發再生水或供應再生水水源的權責。經濟部水利署設定政策目標，預定於2031年達到國內再生水利用量每日132萬噸，各級主管機關無不積極推動水資源再利用策略，如內政部營建署及地方政府共同合作推動之示範再生水廠（或稱水資源中心），如表一所示。
表一、全台灣規劃建置與完工之水資源中心
再生水供水水質差異化與檢測技術
全台灣第一座可供給高科技再生水之永康水資源中心即將於2021年初開始營運，並供給受水端台積電、聯電及群創等南部科學園區高科技廠商於半導體或光電製程使用。因黃光顯影製程技術先進，線寬已降至數nm等級，在此製程環境下，產品易受製程水水質純潔度與成分而影響其良率，因此，除尿素是高科技廠商所要求之特殊水質項目，並為水質要求中唯一尚未有環保署環境檢驗所公告之水質項目檢測方法。
水中尿素檢測技術
水中尿素主要來自於農業活動使用的肥料（氮肥）及生活污水中的動物蛋白質代謝產物。尿素非常態水質項目，其被高科技廠商要求規格，主要原因在於尿素會於製程過程中經不同方式降解產生氨，而氨的濃度過高時，便會與黃光顯影製程過程中的光阻接觸產生中和反應，造成T型效應（亦稱T-topping），使製程線寬產生變異或偏移（如圖二），進而使製程良率與可靠度受嚴重影響。
圖二、製程中受到氨污染造成T-topping圖示
再生水中的一般污染物可以透過不同水處理技術與程序（如薄膜技術搭配高級氧化等）達到去除，但尿素的非揮發性、難被氧化、非離子性、極易溶於水且屬中性小分子之特性，使水中尿素去除效果相當有限，以RO膜材處理去除率約僅35%。以下綜整近年工研院材料與化工研究所研發成果，以及文獻上具潛力應用於水中尿素檢測之方法。
3. 層析法
層析法可先將水中複雜混合物進行分離，除避免基質干擾外，亦可搭配不同偵測器進行尿素檢測與定量。後端偵測器可為光學偵測器或質譜儀(Mass Spectrometry; MS)，視應用需求而定。
(1) 液相層析串聯式質譜法(Liquid Chromatography Mass Spectrometry; LC-MS)
尿素經層析分離後，以串聯式質譜儀進行尿素定性與含量檢測。質譜儀比絕大多數分析技術擁有更高的靈敏度及出色的辨識性，為進一步確認與排除尿素量測間變異及消除干擾，文獻已可見使用尿素同位素（13C-urea或15N2-urea）為內標並搭配串聯質譜進行測定與定量。
材化所研究團隊因應客戶需求建立LC-MS水中微量尿素分析技術，累積至今已完成超過1,000件以上不同水源案例檢測分析，其中水源類別涵蓋原水、放流水、再生水、製程水、自來水、RO水與再生系統處理後等水質。2019年研究團隊持續技術深耕，完成前端自動化開發，使系統可自行進行微量樣品配置、檢量線建立與分析，除大幅提升分析速度達到高通量分析外，更可降低人力需求與人為誤差（誤差值≤ ±0.4 ppb），使定量極限(Limit of Quantification; LOQ)可小於0.7 ppb…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》401期，更多資料請見下方附檔。