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技術專文

文獻探討 圖1、氧化還原滴定曲線 圖4、水在近紅外線與中紅外線的吸收光譜

傳統的研磨液雙氧水量測技術是採 5
NIR
用氧化還原滴定方式，挾帶化學反
4 MIR
應數據可靠度高優勢，多年來是研
Electrode potential/mV 2
磨液供應系統監控第一首選。近年 3
來光學分析技術增進，研磨液量測 Absorbance
可謂百家爭鳴，本文將根據各式分 endpoint
析手法進行說明。 1

0
氧化還原滴定 Added titrant volume/ml 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000
Wavenumber cm -1
取固定量含有雙氧水研磨液，使
用硫酸鈰透過氧化還原反應方式
滴定， 圖1可以看出隨著滴定量增 圖2、發光二極體量測原理 表 1、近紅外線光譜分析應用在國內油品 表 2、研磨液檢測原理差異比較
加，氧化還原電位會逐漸變化，當 快篩檢測項目 ( 資料來源：工研院 )
氧化還原反應完成時會產生一反曲 LOW 資料來源：Entegris 量測原理 化學分析 光學分析
PDA light detector
點即滴定終點(Endpoint)，將此點 LED light source 車用無鉛汽油 車用柴油
氧化還原反應 發光二極體光源 近紅外線光譜
下使用的硫酸鈰滴定總量透過反應 Light intensity
式計算得到對應的雙氧水濃度。 密度 密度
產品 SemiChem CR288 NIR
HIGH
氧化還原滴定反應式： 辛烷值 閃火點 雙氧水偵測極限 0.01 wt.% 0.01 wt.% 0.01 wt.%
2 Ce
4 O
H 2 O + (SO 4 ) 2 → Ce 2 (SO 4 ) 3 + H 2 SO + 2
氧含量 十六烷指數 單筆分析時間 15分鐘 小於1分鐘 小於1分鐘
其分析原理也被廣泛應用於研磨液
線上雙氧水滴定儀。 蒸餾範圍(溫度) 蒸餾範圍(溫度) 需添加化學品 有 無 無
Optical
window 耗材更換頻率 小於2個月 大於1年 大於1年
苯含量 硫含量 (脂肪酸甲酯)
Liquid
發光二極體(LED)光學分析 chemical 分析後研磨液 廢液 可回收 可回收
甲苯 多環芳香烴
在研磨液供應路徑上架設一內建發 分析項目 僅雙氧水 僅雙氧水 可同時辨識其他物質
光二極體光學元件，當研磨液流經 Lower 烯烴含量 冷濾點
Concentration 光源干擾 無 有 無
此元件時，內建的發光二極體光源
Higher
會通過光窗(Optical Window)照射 Concentration
到研磨液上，同時產生折射及反射
光線 圖2 ，利用此現象架設一接收
近紅外線光譜分析可判斷化學成分 – 一次性掃描，同時獲得各波長下 計畫方法
器接收反射光線，隨著不同濃度值 圖3、近紅外線光譜範圍
組成，但相關儀器卻是近十年才大 吸收光譜變化，可量測多成分。
所接收到的反射光線強度也有所不
同，藉此計算出濃度。 量被應用， 圖4為水在近紅外線光 – 光譜分析時間短，一分鐘內即可
譜及中紅外線光譜差異，明顯看出 上述文獻探討中研磨液量測方法眾
完成定性定量分析。
近紅外線光譜明顯較中紅外線光譜 多，為了找出最有效的研磨液檢測
電磁波光譜分佈
近紅外線光譜分析 吸收度弱數個量級，加上近紅外 – 光學非接觸式量測，樣本無須避 機制，試著將各式檢測原理整理比
λ 10 6 5000 2500 800 400 170 20 nm
ν 10 200 4000 12500 25000 60000 5×10 5 cm -1 免化學品汙染問題而排放掉。 較。 表2可以看出光學分析無論在
近紅外線(Near Infrared, NIR)光譜 線有分子振動的倍頻(Overtone)效
單筆分析時間小於一分鐘及零廢液
範圍 圖3介於波長800nm~2500 應，要解析出近紅外線光譜是必須 表1為近年工研院以近紅外線光譜分
產出表現明顯優於化學分析。
nm，當分子吸收到特定波長的近 NIR Visible 仰賴龐大的計算式，拜科技進步所 析建立一套油品檢驗標準，以快篩
Micre Far Mid 近紅外線 可見光 Ultraviolet Vacuum X-Ray 更進一步將光學分析中發光二極體
紅外線時會產生震動現象，利用此 wave IR IR UV 賜，透過電腦高速運算已可克服此 方式成功為國人車用油品質把關，
現象分析吸收光譜進而得到分子結 問題。 其相關技術已轉移到經濟部標準檢 光源及近紅外線光譜相互比較，在
構相關資訊。正好近紅外線吸收光 倍頻 儀器基本參數上介於伯仲之間，但
Molecular bond Overtones Electronic transitions 整理使用近紅外線光譜儀有以下優 驗局，這成功案例也顯示出近紅外 在分析項目及光源干擾部份，近紅
譜的分子結構多數為與氫原子結合 of
LOW rotation vibrations Molecular Valence ionisation Inner shell HIGH 點： 線光譜分析適合應用於化工產業 線光譜挾帶同時可辨識多種物質及
的寬帶，例如：C-H、N-H、O-H、 PHOTON stretch vibrations electrons electrons PHOTON
ENERGY ENERGY 上。 不受可見光干擾優勢，在研磨液檢
S-H等…因此業界將其應用於化學 bend – 使用鹵素燈泡，維護費用及困難
測應用上會更加得心應手，因此選
品內部成份的定量及定性分析。 度上低上許多。

36 300mm FABS FACILITY JOURNAL SEPTEMBER 2018 37