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關鍵字 SDI 自動分析儀、SDI 分析儀、海水淡化、再生水、 RO 純水系統 一、 背景   臺灣是一個四面環海位處亞熱帶地區的一座小島，年雨量高達2500毫米，約為世界平均值的2.5倍，世界排名第13名，然而由於臺灣人口密度高且多為陡峭高山地形，以及降雨時間集中，導致臺灣時常陷入缺水的窘境，使得臺灣每人每年分配水量是全球平均的1/6到1/7，缺水世界排名第18名，缺水程度與沙漠國家相近。也因此，如何開拓水資源以及重複利用水資源是臺灣必須面對的課題。   SDI (Silt Density Index)又稱淤泥密度指數，是用來評估水中懸浮物(膠體、泥沙、有機物)含量的重要指標之一，其計算公式如下(根據ASTM D4189-07標準方法)，由水樣通過0.45 μm的濾膜所需時間計算而得： SDI：淤泥密度指數 ti：初始500 mL水樣通過濾膜所需時間 (單位：秒) tf：經過T分鐘後500 mL水樣通過濾 膜所需時間 (單位：秒) T：水樣持續通過濾膜時間，通常為15分鐘 (單位：分鐘)   藉由偵測水樣SDI可以有效保護純水系統RO濾膜，以延長RO濾膜使用壽命，也因此SDI分析儀常大量應用於海水淡化廠與半導體再生水廠中。 二、 儀器介紹   Anatek S-1000是總翔企業所推出的SDI自動分析儀，由於傳統SDI分析儀需要以人工進行檢測，不僅耗費人力與時間，更可能因為人為因素導致測量有誤差，因此S-1000為全自動線上分析儀，其中搭配高靈敏度液位偵測器、自動膜片更換模組與多通道測量(圖2)，同時還有多國語言介面可供操作，因此S-1000不但易於操作還可省人工更能精準測量SDI。   根據ASTM D4189-07標準方法，在測量SDI過程中壓力須保持在30±1 psi，及測量過程水溫波動需控制在±1 °C，因此S-1000內配備壓力感測器與溫度計可即時偵測壓力與溫度，使得分析流程更加符合標準方法。 三、 數據與結果討論   為了確保S-1000可連續精準測量水樣，表1為連續測量實驗室純水數據，其中測值約為0.60且重複性皆在2%F.S.內。   以及為使水樣盡可能貼近現場真實水樣，表2為S-1000連續測量1NTU濁度標準液數據，其測值約為4.53重複性也皆於2%F.S.內。   從上述兩種不同水質數據可以看出隨著水中懸浮物數量越多其SDI測值越大，體現SDI確實能夠真實體現水中雜質含量多寡。且S-1000搭載高靈敏度液位偵測器，能夠精準測量水樣SDI，使得重複性達到2%F.S.。 四、 結論與未來展望   在水資源壓力持續增加的背景下， 臺灣雖具備高降雨量，卻因降雨分布 不均與地形因素，長期面臨水資源調 度與利用效率的挑戰。隨著再生水與 高純水需求提升，膜處理技術已成為 關鍵核心，而進水水質穩定性更直接 影響系統效能與運轉成本。   SDI 作為評估膜污染潛勢的重要指 標，其量測結果的準確性與再現性， 對系統操作與決策具有關鍵影響。相 較於傳統人工檢測方式，自動化 SDI 分析儀不僅提升量測一致性，也降低 人為操作誤差與時間成本，使監測數 據更具即時性與可靠性。   因此，導入自動化監測技術，不僅 是提升操作效率的手段，更是邁向精 準水質管理的重要一步。   此外，在半導體、再生水與工業循 環用水等高階應用領域，對水質穩定 度的要求將持續提高，亦將帶動更高 精度與高重現性的監測需求。未來 SDI 監測技術亦可望與其他水質參數 （如濁度、有機物指標）整合，形成 更完整的膜污染評估體系。   在水資源日益珍貴的趨勢下，如何 透過更精準的監測工具提升用水效 率，將是產業與環境永續發展的重要 關鍵。

一、 前言 在半導體超純水系統中，尿素 (Urea) 是一種極具挑戰性的中性有機汙染物。由於其不帶電荷且分子量小，傳統的樹脂交換 (De-Ionization, DI)或脫氣工藝難以將其完全去除。對於先進製程（特別是 28 nm 以下的浸沒式光刻）而言，水中的尿素含量是決定良率的關鍵。當尿素隨水進入光刻設備，在深紫外光 (Deep Ultraviolet, DUV)能量照射下會發生光解反應，釋放出微量氨氣(NH₃)。這些氨氣會中和光阻表面的酸性催化劑，導致 「頂切現象 (T-Topping)」缺陷，直接造成圖形畸變與電路短路。 根據業界標準，先進製程對超純水中的尿素含量要求已嚴苛至 < 0.5 ppb。因此，具備高靈敏度與即時性的監測方案，是晶圓廠廠務系統與環境監控的標配。 二、 U-1000 儀器原理 U-1000 線上尿素分析儀摒棄了易受干擾的電化學法，採用螢光反應試劑與尿素反應，將具螢光特性之試劑與尿素結合形成尿素衍生物，讓尿素在螢光偵測器中擁有強烈的訊號。 U-1000 搭載全自動前處理系統及安捷倫效液相層析儀 (Agilent 1260 Infinity High Pressure Liquid Chromatography-Fluorescence Detector, HPLC-FLD)，水樣在全自動前處理系統中與螢光反應試劑反應完成，進入HPLC-FLD 系統中進行分離與偵測。在效液相層析儀中，待分析化合物以移動相為載體， 圖一、Urea Analyzer (U-1000) 在系統中向前流動並在管柱中進行分離。不同的化合物會因其結構特性，與管柱中之固定相產生不同的相互作用（如疏水性、凡德瓦力、氫鍵或離子交換作用），進而導致不同化合物在管柱移動速度的不同，達到分離的效果。分離後的各成分將依序流經螢光偵測器，被偵測、接收並轉化為電子訊號，最終由電腦進行數據處理。 圖二、U-1000 儀器原理 透過螢光反應，讓目標化合物衍生化，再經由高效層析管柱，將尿素與水中可能干擾的有機物徹底分離，是U-1000擁有更高之專一性與靈敏度的關鍵。 1 三、實驗數據 1. 檢量線與方法偵測極限 U-1000線上尿素分析儀，在實際應用上，尿素濃度與波鋒面積之線性關係良好R2 > 0.9995，方法偵測極限 (Method Detection Limit, MDL) 可達 0.3 ppb，協助廠務人員在水質惡化至臨界值前，提前採取預防性措施。 2. 重複性 尿素分析儀之全自動前處理系統採用高精度取樣閥，精準抽取水樣與藥劑，並在恆溫區域進行混合，確保反應的一致性。在10 ppb尿素標準品之相對標準偏差 (Relative Standard Deviation, RSD) 可達 10% 以下，充分展現了該全自動系統卓越的穩定性與重現性。 3. 檢測頻率 傳統尿素分析耗時長達 40-60 分鐘，無法滿足突發性水質波動的監控需求。U-1000 憑藉優化的硬體流路設計，將單次分析時間縮短至 10 分鐘。此外，系統配備 4-20mA 與 RS-485 Modbus 等多種通訊介面，可無縫對接晶圓廠中控室儀表系統，實現分析完成即同步傳輸數據，賦予廠務端趨近實時的動態監控實力。 四、 結語 綜上所述，U-1000 線上尿素分析儀憑藉螢光衍生化技術與安捷倫高效液相層析儀，成功克服了傳統分析法易受干擾與耗時冗長的弊端。其超低的偵測極限 (MDL ≤ 0.3 ppb)與卓越的重複性 (RSD ≤ 10%)，不僅完美滿足先進製程對超純水超低尿素含量的嚴格要求，更以分析週期10分鐘的快速檢測率，為晶圓廠建構起一道高靈敏度、趨近實時的防禦監線，全面守護光刻製程良率，是半導體廠務水質環境監控的最佳監測方案。 圖三、尿素標準曲線圖 表一、U-1000之方法偵測極限  表二、U-1000之重複性  2