PH2中的 CH4, CO2, NMHC的來源為何? 如何檢測出?

 AMETEK ta7000 Gas Purity Monitor

偵測方式說明

1. FID（氫火焰離子偵測器, Flame Ionization Detector）

檢測對象：CH₄、NMHC（所有有機碳類）

原理：

將樣品引入燃燒室（通常燃燒氫氣與空氣）。

碳氫化合物燃燒時產生帶電粒子。

電極收集離子產生電流，訊號強度與碳原子數成正比。

優點：靈敏度極高，ppb～ppt 等級。

侷限：無法辨識是哪一種碳化合物（需要搭配 GC 分離）。

2. GC+FID（氣相色譜搭配 FID）

用於分離並定量個別碳氫類污染物，如 CH₄、C₂H₆、苯等。

應用於 SCADA 中的 CH₄ / NMHC 監控

3. NDIR（二氧化碳專用非分散紅外線分析儀）

用於 CO₂ 偵測

利用 CO₂ 對特定波長紅外線的吸收特性進行濃度測量

靈敏度可達 sub-ppm 等級

4. GC+PED（如 NanoChrome）

雖不專門偵測碳氫類，但某些版本 PED 可針對 CO₂ 或 CH₄ 發出特定波長光譜，輔助定量

通常還是搭配 FID 為主

如何測得PH2中的O2含量?

SERVOMEX DF-560E 氧氣分析儀

測量原理：Zirconia Paramagnetic or Coulometric Technology

根據 DF 系列不同型號，DF-560E 採用的技術為：

Coulometric Detection（庫倫滴定式氧分析）

核心原理：

    氣體樣品進入電解池

    氧氣與電解質反應產生電流

    電流大小與 O₂ 濃度成正比

優點：

    適用於 低至 ppb 級的 O₂ 偵測

    可長期穩定連續監測

如何測得PH2中的H2O?

 SERVOMEX DF-750 Moisture Analyzer，測量氫氣（PH₂）中的水分（H₂O）含量

偵測原理：TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）可調式雷射吸收光譜法

原理簡述：

利用特定波長的雷射（中紅外或近紅外），鎖定水氣的吸收波段。

當樣品氣體通過光學路徑時，若含有 H₂O 分子，會吸收特定波長能量。

測量吸光強度，計算出氣體中 H₂O 的濃度。

因雷射波長極窄，干擾少、靈敏度高，特別適合 UHP 級應用

PH2的 Nano Chrome, Ar 如何測得?

 NanoChrome，這是指使用 Gas Chromatograph with Plasma Emission Detector（GC-PED） 的分析設備

通常使用氦氣或氫氣為載氣，通過色譜分離後以高頻電漿進行元素發光檢測

要測出 PH₂ 中的 Ar，儀器需要具備以下條件：

條件	說明
載氣純度高	通常使用 UHP He 或 H₂，否則會干擾 ppb 級分析
分離色譜柱	高分辨率色譜柱能分離 Ar 與主氣體 H₂
檢測器靈敏度	PED（Plasma Emission Detector）對稀有氣體非常敏感，能檢出低至 10 ppt
背景氣干擾低	必須減少如 H₂ 本身的干擾，否則會掩蓋 Ar 的訊號

Nano Chrome 常使用載氣種類：

  氦氣（He）：最常見，因為其惰性與高熱導率

  氫氣（H₂）：有時會使用，但在偵測 H₂ 成分時會避開使用以免干擾

分析的是 PH₂（氫氣樣品）, 為避免背景干擾，選用載氣為氦氣（He）

當使用 氦氣 (He) 為載氣，結合 色譜分離 (Gas Chromatography, GC) 及 高頻電漿發光檢測 (Plasma Emission Detector, PED) 的分析原理時，整個過程可分為三個階段：

整體分析流程概述

樣品進入氣相色譜儀 (GC)：

    高純樣品氣體（如 H₂）通過進樣閥進入色譜柱。

    同時，載氣（此處為高純氦氣）穩定地輸送樣品進入色譜柱中。

色譜柱分離 (Chromatographic Separation)：

    不同成分根據與色譜柱填料之間的作用力（吸附力、極性等）差異，被分離開來。

    每種雜質在色譜柱中停留時間（Retention Time）不同，會在不同時間到達檢測器。

進入高頻電漿發光檢測器 (PED)：

    成分依序進入電漿區，在高能電漿中被激發。

    每種元素發出其特定波長的光（發射光譜），被光學系統捕捉並量測強度。

氦氣為載氣的優勢

特性 說明

惰性氣體         不會與樣品反應，避免產生背景干擾

高熱導率         對於熱導檢測器（TCD）也非常敏感

穩定性高         不會干擾光譜訊號（不像 N₂ 或 H₂ 可能自發光）

適合電漿環境 在 PED 中能穩定維持電漿弧光，不易中斷或閃爍

Plasma Emission Detector (PED) 原理

PED 是一種光譜型檢測器，透過以下機制辨識與量化氣體中雜質：

激發原理：

    成分氣體進入高頻等離子區（RF plasma zone）後，受到電場激發。

    電子與氣體碰撞，將氣體分子激發至高能態。

    隨後回到基態時釋放特定波長的光。

光譜分析：

    透過光學濾波器或光譜儀辨識特定波長（例如：

    氬氣（Ar）：763.5 nm、811.5 nm

    氮氣（N₂）：337.1 nm

    氧氣（O₂）：777.2 nm

    光強度 ∝ 該成分的濃度

檢出極限可達 ppt～ppb 級，非常適合用於：

    高純氣體雜質分析

    半導體製程用氣體品質檢驗

#310 Entegris 氮氣純化器

 Entegris 氮氣純化器型號 GPS8-MGT10K-N-1086，屬於 MegaTorr® PS8 系列 的自動再生型氮氣純化器，專為半導體、資料儲存、平面顯示器、LED 和太陽能等高純度氣體應用設計。​puregasproducts.com+5安捷利斯+5安捷利斯+5

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🔧 運作原理與技術特色

此設備採用雙吸附塔設計，兩個吸附器交替運作：一個進行氣體純化，另一個進行再生。再生過程中，使用經純化的氮氣與低濃度氫氣的混合氣體，在高溫下反沖洗吸附劑，移除吸附的雜質，實現連續不間斷的純化流程。​安捷利斯

主要技術特點包括：

• 雙吸附塔交替運作：​確保氣體純化與吸附劑再生同步進行，實現連續運作。

• 自動再生功能：​無需人工干預，降低操作成本。

• 高效雜質去除：​能將水分（H₂O）、氧氣（O₂）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）和氫氣（H₂）等雜質濃度降至低於 1 ppb。

• 高流量處理能力：​處理流量可達 833,333 slpm（50,000 Nm³/hr），適用於大規模氣體需求。

這設備使用的是 熱再生雙塔吸附系統，其再生機制需以下條件：

元件	作用
氫氣（H₂）	用來與吸附劑上的氧氣和氧化性雜質反應（如 O₂、H₂O、CO₂），將這些雜質還原成可排放的氣體（水、CO 等），清潔吸附劑，恢復其純化能力。
加熱器	將再生氣體加熱至高溫（約 300~400°C）以加速反應與脫附效果。
純化氮氣	作為載氣，同時也避免系統氧化。

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氫氣使用特點：

• 通常是 0.5%~5% 的氫氣濃度混合於氮氣中（稱為再生氣或 forming gas）。

• 氫氣用量相對少，僅在再生循環時使用，不會進入最終純化氮氣輸出。

• 設備內建 氫氣混合控制站（Hydrogen Mixing Station），確保安全供應與比例控制。

• 設有高溫保護與安全互鎖機制，避免氫氣過量或點燃風險。

附記:

若廠內沒有氫氣系統，但要使用像 Entegris GPS8-MGT10K-N-1086 這類需要氫氣再生的氮氣純化器，有幾種實務解決方案可供考慮：

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方案一：建置小型氫氣鋼瓶供應系統（局部供應）

項目	說明
方式	使用高壓氫氣鋼瓶（或 forming gas，如5% H₂ in N₂）配合壓調系統供應氫氣至純化器。
設備需求	鋼瓶、調壓閥、安全洩壓閥、流量計、氫氣管線、氣體偵測器、防爆電器。
優點	成本較低、施工快速、不需全廠建系統。
缺點	每週或每月需更換鋼瓶，屬操作與安全管理挑戰。

適用情況：使用量不大（如只支援 1~2 台純化器），並能接受定期更換鋼瓶。

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方案二：採用內建氫氣混合站的封閉型模組

項目	說明
方式	購買含**預混成分氣體 forming gas（例如5%H₂/95%N₂）**的封閉模組，直接使用混合氣進行再生。
優點	不需現場高純氫氣源，降低防爆等設計負擔。
缺點	氣體成本高，且仍須妥善儲存與監控成分氣。

有些 Entegris 機種支援「forming gas」再生，可事前確認。

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方案三：選擇不需氫氣再生的氮氣純化器

項目	說明
方式	改選「非再生型」或「常溫吸附型」氮氣純化器，如一次性吸附柱（Cartridge）、PSA 系統、膜分離型設備等。
優點	無需氫氣與加熱系統，安全性高。
缺點	吸附劑需定期更換或處理；部分純度與流量受限。

適合低至中等純度要求（如 99.999%）。

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方案四：外包純化氮氣供應

項目	說明
方式	與第三方工業氣體供應商合作，採購現成的 UHP N₂ 氣源（瓶裝或液態）。
優點	完全無需建置純化設備或氫氣系統。
缺點	長期成本高，對流量與調度依賴外部供應。

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建議評估流程：

1. 確認再生氣需求量與純化器使用頻率

2. 廠內安全等級與防爆分區（是否 Class 1 Div 2）

3. 是否已有其他用氫設備可共用氣源

4. 未來產線是否有擴建需求，可一次導入完整系統