胡傑筆 、黃靜萍 / 工研院材化所
水中溶解性有機物影響水質層面廣泛，因此一個可支援水中溶解性有機物之檢測平台，對國內水質檢測、水處理程序乃至再生水推動皆扮演關鍵角色。本文以光譜、分子量差異及與分離管柱作用力三種不同方式，進行檢測技術進展乃至工研院材化所成果摘要說明。最後亦針對低分子量之中性物質－尿素，說明材化所開發之尿素線上檢測技術概況。
【內文精選】
前 言
溶解性有機物可大致分為兩類，一類為天然有機物(NOM)，包括腐植質(Humins)、黃質酸(Fulvic Acid)、蛋白質、胺基酸、中性物質與其他組成等；另一類則是難被生物降解的人工合成有機物，包括農藥、表面活性劑及工業所排放的微量有機污染物等。由於水體中之溶解性有機物(如腐植質、蛋白質、胺基酸等)會影響當前水質處理程序去除效率、於管道間形成生物膜導致水質產生氣味、與添加消毒劑產生消毒副產物(DBPs)等，對於水生生物與人類健康具有風險危害性。因此一個可應用於水體中溶解性有機物之檢測技術，對水質檢測、水處理程序至關重要，並為水質是否符合產業製程用水之重要評斷工具，是再生水推動的關鍵角色。
水中溶解性有機物檢測技術
截至今日，常用於評估水中溶解性有機物的檢測技術包括如：總有機碳(TOC)分析儀、紫外光偵測器(UVD)、螢光偵測器(FLD)、傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)、層析質譜技術等。然而因水中溶解性有機物是由不同分子量、電荷及親疏水特性等各種有機物質之共存複雜混合物，且其尺寸結構、成分組成、濃度變化依水體來源與時間情況不同而變異性極大，因此至今仍無分析技術可同時滿足廣度與精細的檢測需求。後續將綜整摘要工研院材化所整合化性與應用研究室的研發成果及水質中溶解性有機物檢測之代表文獻如下。
2. 依分子量大小進行檢測
水中溶解性有機物常透過尺寸排除層析法(SEC)，先依分子量大小分離後，再搭配不同形式偵測器進行檢測。圖一為SEC分子量的篩選幾何模型示意圖，說明不同分子量有機物質經過SEC管柱的分離情況。
圖一、SEC分子量篩選幾何模型 (a)錐形孔洞開口；(b)圓柱形孔洞開口
圖二為Huber團隊所建立之LC-OCD-OND檢測系統，水樣經SEC管柱分離後，依沖提順序為生物聚合物、腐植質、Building Blocks、低分子量有機酸及低分子量中性物質，並依接續之不同形式偵測器進行檢測。LC-OCD-OND應用於地表水之檢測圖譜請參考圖三，利用分析時間、有機碳與有機氮比值，進行水中溶解性有機物種檢測。
圖四、工研院材化所整合化性分析與應用研究室建立之LC-UVD-OCD進行原水與經不同段處理之層析圖。原水依序經第一段ACF及第二段RO處理
尿素線上檢測系統
水中溶解性有機物中之低分子量中性物質，因其分子量小於350 Da、非離子性且極易溶於水之特性，使水處理技術之去除效果相當有限。以尿素為例，RO膜材處理去除率約僅35%。且水中微量尿素於半導體DUV顯影製程中，可降解成鹼性氨並隨即與酸性光阻接觸產生中和，形成T型效應使製程線寬產生變異或偏移，造成元件缺陷。因此有關半導體與再生水產業定義水中尿素限值為5 ppb，並對可用於場域隨時監控水質中尿素趨勢之尿素線上監測系統需求孔急，期確保水質符合製程需求。
盤點國際現有尿素線上檢測系統，皆為針對半導體級超純水之檢測目的進行開發。對於基質更為複雜的製程循環、再生水或一般水體，因無分離技術將尿素與水中其餘相似物種分離，因此倘若水中有其餘相似物種會同時與顯色試劑反應，或擁有相似UV吸收波長就將造成尿素測值失準與誤判風險。工研院開發之尿素線上檢測系統與國際間之技術特徵比較，請參考表一 …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》419期，更多資料請見下方附檔。