X-ray螢光-XRF 綠色建築材料利用XRF與離子層析儀(Ion Chromatography,IC)檢測之分析應用

綠色建築材料利用XRF與離子層析儀(Ion Chromatography,IC)檢測之分析應用

最近房市熱與老舊房屋翻新，許多人想買房子或重新裝修，但是你的房子健康嗎？

一般建築材料除堅固、耐用及美觀等特性外，最重要的是調節溫度的功能亦即對於外界溫度的反應不會過於快速，最終目標就是達到冬暖夏涼。另一方面則是未來綠色環保建材的觀念，致使無鉛(Pb)油漆、無鹵(Halogen Free)耐燃建材的要求提早實現。

一、 綠建材概念

特別是現今有不少建材，因含有接著劑、化學塗料等各種有毒的物質，毒性會慢慢、持續地釋放到室內空氣中，導致居住其中的住戶，出現皮膚不適、心悸、頭痛、咳嗽、氣喘等各種症狀反應。因此，若長期所處的室內環境，能夠以天然無害的綠建材，來取代化學合成建材，是最環保又切合人體所需的。

綠建材的時代已來臨，在各國之綠產品標章或建材標章，可了解目前國際間對於綠建材的概念。

特性	Reuse──再使用 Recycle──再循環 Reduce──減量 Low emission materials──低污染
使用優點	生態材料─減少化學合成材之生態負荷與能源消耗。回收再用─減少材料生產耗能與資源消耗。健康安全─使用天然材料與低揮發性有機物質的建材，可減免化學合成材所帶給人體的危害。材料性能─材料基本性能及特殊性能評估與管制，可確保建材使用階段時之品質。
評估項目	性能確保環保確保性健康性確保

資料來源：內政部建築研究所性能實驗中心

二、 綠建材限制物質

建材限制性物質評估，將公定有毒之化合物含量限制，對環境及人體有危害之化合物（指標污染物），依材料之種類，擬定相關評估指標，於建材之定性評估中加以分析、禁用，以確保建築室內空間及地球環境之健康安全。評估項目包括：

（一）非金屬材料任一部份之重金屬成份，依據「事業廢棄物毒性特性溶出程序（TCLP-總汞、總鎘、鉛、砷、六價鉻、總銀、總銅共7項）」檢出值不得超過規定，請參考表1。

成份	檢出值標準(mg/L)
總汞(T-Hg)	0.005
總鎘(Cd)	0.3
鉛(Pb)	0.3
砷(As)	0.3
六價鉻(Cr+6)	1.5
總銀(Ag)	0.05
總銅(Cu)	0.15

表1 非金屬材料任一部份之重金屬成份檢出值標準表資料來源：財團法人台灣建築中心

（二）不得含有石綿成份。

因石綿纖維已證實會引致肺膜癌，但較舊的建築物有很多是含有石綿成份的，只要含石綿成份的建材有任何破損，便能使石綿纖維飄浮在空氣中，歷久不會積下來。

（二）不得含有放射線【加馬等效劑量在0.2微西弗/小時以下（包括宇宙射線劑量）】。

輻射劑量是以人體組織器官每單位質量所吸收的輻射能量來計算，它的計算單位是「西弗」，或是「微西弗」。以建材中的石材瓷磚要特別注意氡的危害，氡是一種放射性的惰性氣體，無色無味，氡被吸入人體後會形成照射，破壞細胞結構分子，另外氡的α射線還會致癌，更嚴重的甚至可引發類似白血病的慢性放射病。日前，媒體曾報導一家父子雙雙患上鼻咽癌的消息，經過當地環境檢測部門檢測，主要元兇為家中瓷磚放射性嚴重超標，導致致癌的主要原因。

（四）不得含有行政院環境保護署公告之毒性化學物質(Toxic Chemical Substance)。

化學物質因大量流布、環境蓄積、生物濃縮、生物轉化或化學反應等方式，致污染環境或危害人體健康者。另外化學物質經實際應用或學術研究，證實有導致惡性腫瘤、生育能力受損、畸胎或遺傳因子突變等亦是。依「毒性化學物質管理法」之規定已公告列管物質達255種，並採分類、分量管理，有效管理毒性化學物質之運作，幾與先進國家同步，相關之管理採禁用、限用、許可、核可、登記備查方式，以提昇管理效益。

（五）不得含有無機鹵化物及其他蒙特婁公約管制化學品(ozone-depleting substances)。

氟氯碳化物Chlorofluor ocarbons, CFCs、氟氯烴 Hydrobromofluorocarbons, HBFCs、海龍Halons、其他不完全鹵化氟溴化物Hydrobromofluorocarbons, HBFCs、其他全鹵化氟氯碳化物Other Fully Halogenated CFCs。無機鹵化物三氯甲烷可經由呼吸道、皮膚接觸或誤食而使人體中毒，早期中毒徵候為暈眩、頭痛、困倦與嘔吐，嚴重者造成心跳停止。

三、XRF檢測分析工具說明：

（一）XRF原理說明

X-光螢光分析儀 (X-ray Fluorescence Spectrometer, XRF )係利用X-光束照射試片以激發試片中的元素，當原子自激發態回到基態時，偵測所釋放出來的螢光，經由分光儀分析其能量與強度後，可提供試片中組成元素的種類與含量，具有快速、非接觸、非破壞性及多元素分析等特點。

其原理是利用放射源(如Cd109)或高電壓激發光管(非輻射放射源)放射出X-ray，激發待測物內層的電子，此時為保持能量平衡，分子外圍電子補入內層電子的空缺。因外圍電子能量較高，故外為電子進入內層軌域時，放出特定的螢光能量，藉由能量的大小推知待測物的量。

（二）XRF樣品分析

以XRF分析樣品時，一般可以區分為非破壞及破壞兩類：

1.非破壞實驗。對樣品直接檢測，無須將樣品破壞。此方法建議用在單一材料構成的樣品上，樣品的構造單純，如塑膠或金屬外殼的原料檢驗，PVC材質的樣品。好處是快速簡易，對「均質材料(homogeneous material)」而言，檢測結果可靠度較高，但由於該分析方法易受表面材質、厚薄、大小、平整、光滑程度、及是否含干擾物質等外在環境因素干擾，導致檢測檢果誤差過大。

2.破壞實驗。先將樣品經過切碎或研磨等機械方式之破壞後，進行混合均勻化檢測。均勻化的樣品可降低直接量測的誤差，通常用在PCBA成品或半成品的檢測。但由於樣品已經過混合，可能會將原樣品中含量較高的有害物質稀釋，因此在測試結果的判讀上，需要審慎考慮將限制值降低，以利有效控制。

（三）XRF應用

XRF應用以漆類來說，包括各種隔熱漆、保護漆、吸音漆、強化漆等，目前在環保方面，建材含鉛量過高的問題非常嚴重，影響人體健康；因此量測鉛(Pd)含量或各種重金屬元素已是綠色環保建材的要求重要特性之一。

三、 離子層析儀(Ion Chromatography,IC)檢測無鹵材料分析工具說明：

（一）離子層析儀原理說明

利用離子交換的原理，採用Dow Chemical公司專利的高效率離子交換樹脂，配合可泵送定流量溶媒（eluent）之泵浦，高靈敏度之電導計，記錄器等，分析程序是（如圖），由泵浦泵送定流量溶媒，並將由注入口注入之被檢體，推送入分離管（Separation column），在管中各離子經過樹脂交換而分離，然後依次再被推送入抑制管（Suppressor Column），此時溶媒之離子都被抑制管吸附，不會影響電導計之檢出，而祇有所欲分析的離子被沖洗出來，進入電導計中，由其進入的順序及時間（Retention time）來定性，由電導度之大小來定量，這些都以尖峰（peaks）的型態，出現在記錄器上。在抑制管中，反應方程式如下：

(1)2R－H⁺+Na₂CO₃(eluent)→2R－Na+H₂CO₃(Low conductivity)

R－H⁺+NaHCO₃(eluent)→R－Na+H₂CO₃

(2)R－H+Cation－A(sample)→R－Cation+H－A

圖1. 離子管柱分離示意圖資料來源:Dionex

（二）離子層析儀分析範圍：

離子層析儀所能分析的離子幾乎涵蓋所有的陽離子及陰離子，在某些分析上，它取代了A. A., Emission, GC, NMR, Ion Meter等。目前已能分析的離子有：鹵素，有機酸，有機鹽類，磷酸鹽，胺……等。

（三）離子層析儀應用

塑膠建材不僅能大量代鋼代木，替代傳統建材，而且還具有節能節材、保護生態、改善居住環境、提高建築功能品質、降低建築自重、施工便捷等優越性。塑料建材主要包括塑膠管、塑膠門窗、建築防水材料、隔熱保溫材料、裝飾裝修材料……等，塑膠中加入含有鹵素（F, Cl, Br, I）的耐燃劑，因為最具經濟效益，在考慮成本，經濟效益之前提下，全世界耐燃劑仍以鹵素為主。然而鹵素其中主要的成分即是溴，離子層析儀檢驗也符合歐盟RoHS所禁用的物質。環保建材已朝低鹵／無鹵開發阻燃劑，已是時勢所趨。

四、小結：

為保護環境，某些鹵素系阻燃劑已經不能使用在電器產品和房屋建材的塑膠材料部份(此泛指塑膠的表面/外殼)。塑膠材料中禁用鹵素系阻燃劑的原因是此種阻燃劑無法回收使用，而且在燃燒與加熱過程中會釋放有害物質，威脅到人類身體的健康、環境和下一代子孫。如同其他有毒的重金屬(如鉛、鎘、水銀、六價鉻等)，歐盟(European Union)在歐盟電子電機中危害物資禁用(Restriction of the Use of Hazardous Substances in electrical and electronic equipment,RoHS)指令中決定，2006 年7月1日起全面禁止PBB(Polybrominated Biphenyls)及PBDE(Polybrominated Diphenyl Ethers)等溴系阻燃劑的使用。

在生產綠色建材過程中利用XRF及離子層析儀作為嚴格的品質管制，也是通過綠建材通則的基本要求，確保公司生產的每批產品都達到綠建材標章的要求，經營企業信譽與價值，為取得綠建材認定資格的關鍵。

科邁斯集團除了提供XRF測試及離子層析相關儀器，還針對用戶提供相關的法令訊息、GP實驗室規劃、定期用戶教育訓練、無鹵(Halogen Free)技術開發及EuP…等各項專業的咨詢。

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