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关键字 SDI 自动分析仪、SDI 分析仪、海水淡化、再生水、 RO 纯水系统 一、 背景   台湾是一个四面环海位处亚热带地区的一座小岛，年雨量高达2500毫米，约为世界平均值的2.5倍，世界排名第13名，然而由于台湾人口密度高且多为陡峭高山地形，以及降雨时间集中，导致台湾时常陷入缺水的窘境，使得台湾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，缺水程度与沙漠国家相近。也因此，如何开拓水资源以及重复利用水资源是台湾必须面对的课题。   SDI (Silt Density Index)又称淤泥密度指数，是用来评估水中悬浮物(胶体、泥沙、有机物)含量的重要指标之一，其计算公式如下(根据ASTM D4189-07标准方法)，由水样通过0.45 μm的滤膜所需时间计算而得： SDI：淤泥密度指数 ti：初始500 mL水样通过滤膜所需时间 (单位：秒) tf：经过T分钟后500 mL水样通过滤 膜所需时间 (单位：秒) T：水样持续通过滤膜时间，通常为15分钟 (单位：分钟)   藉由侦测水样SDI可以有效保护纯水系统RO滤膜，以延长RO滤膜使用寿命，也因此SDI分析仪常大量应用于海水淡化厂与半导体再生水厂中。 二、 仪器介绍   Anatek S-1000是总翔企业所推出的SDI自动分析仪，由于传统SDI分析仪需要以人工进行检测，不仅耗费人力与时间，更可能因为人为因素导致测量有误差，因此S-1000为全自动线上分析仪，其中搭配高灵敏度液位侦测器、自动膜片更换模组与多通道测量(图2)，同时还有多国语言介面可供操作，因此S-1000不但易于操作还可省人工更能精准测量SDI。   根据ASTM D4189-07标准方法，在测量SDI过程中压力须保持在30±1 psi，及测量过程水温波动需控制在±1 °C，因此S-1000内配备压力感测器与温度计可即时侦测压力与温度，使得分析流程更加符合标准方法。 三、 数据与结果讨论   为了确保S-1000可连续精准测量水样，表1为连续测量实验室纯水数据，其中测值约为0.60且重复性皆在2%F.S.内。   以及为使水样尽可能贴近现场真实水样，表2为S-1000连续测量1NTU浊度标准液数据，其测值约为4.53重复性也皆于2%F.S.内。   从上述两种不同水质数据可以看出随着水中悬浮物数量越多其SDI测值越大，体现SDI确实能够真实体现水中杂质含量多寡。且S-1000搭载高灵敏度液位侦测器，能够精准测量水样SDI，使得重复性达到2%F.S.。 四、 结论与未来展望   在水资源压力持续增加的背景下， 台湾虽具备高降雨量，却因降雨分布 不均与地形因素，长期面临水资源调 度与利用效率的挑战。随着再生水与 高纯水需求提升，膜处理技术已成为 关键核心，而进水水质稳定性更直接 影响系统效能与运转成本。   SDI 作为评估膜污染潜势的重要指 标，其量测结果的准确性与再现性， 对系统操作与决策具有关键影响。相 较于传统人工检测方式，自动化 SDI 分析仪不仅提升量测一致性，也降低 人为操作误差与时间成本，使监测数 据更具即时性与可靠性。   因此，导入自动化监测技术，不仅 是提升操作效率的手段，更是迈向精 准水质管理的重要一步。   此外，在半导体、再生水与工业循 环用水等高阶应用领域，对水质稳定 度的要求将持续提高，亦将带动更高 精度与高重现性的监测需求。未来 SDI 监测技术亦可望与其他水质参数 （如浊度、有机物指标）整合，形成 更完整的膜污染评估体系。   在水资源日益珍贵的趋势下，如何 透过更精准的监测工具提升用水效 率，将是产业与环境永续发展的重要 关键。

一、 前言 在半导体超纯水系统中，尿素 (Urea) 是一种极具挑战性的中性有机污染物。由于其不带电荷且分子量小，传统的树脂交换 (De-Ionization, DI)或脱气工艺难以将其完全去除。对于先进制程（特别是 28 nm 以下的浸没式光刻）而言，水中的尿素含量是决定良率的关键。当尿素随水进入光刻设备，在深紫外光 (Deep Ultraviolet, DUV)能量照射下会发生光解反应，释放出微量氨气(NH₃)。这些氨气会中和光阻表面的酸性催化剂，导致 「顶切现象 (T-Topping)」缺陷，直接造成图形畸变与电路短路。 根据业界标准，先进制程对超纯水中的尿素含量要求已严苛至 < 0.5 ppb。因此，具备高灵敏度与即时性的监测方案，是晶圆厂厂务系统与环境监控的标配。 二、 U-1000 仪器原理 U-1000 线上尿素分析仪摒弃了易受干扰的电化学法，采用萤光反应试剂与尿素反应，将具萤光特性之试剂与尿素结合形成尿素衍生物，让尿素在萤光侦测器中拥有强烈的讯号。 U-1000 搭载全自动前处理系统及安捷伦效液相层析仪 (Agilent 1260 Infinity High Pressure Liquid Chromatography-Fluorescence Detector, HPLC-FLD)，水样在全自动前处理系统中与萤光反应试剂反应完成，进入HPLC-FLD 系统中进行分离与侦测。在效液相层析仪中，待分析化合物以移动相为载体， 图一、Urea Analyzer (U-1000) 在系统中向前流动并在管柱中进行分离。不同的化合物会因其结构特性，与管柱中之固定相产生不同的相互作用（如疏水性、凡德瓦力、氢键或离子交换作用），进而导致不同化合物在管柱移动速度的不同，达到分离的效果。分离后的各成分将依序流经萤光侦测器，被侦测、接收并转化为电子讯号，最终由电脑进行数据处理。 图二、U-1000 仪器原理 透过萤光反应，让目标化合物衍生化，再经由高效层析管柱，将尿素与水中可能干扰的有机物彻底分离，是U-1000拥有更高之专一性与灵敏度的关键。 1 三、实验数据 1. 检量线与方法侦测极限 U-1000线上尿素分析仪，在实际应用上，尿素浓度与波锋面积之线性关系良好R2 > 0.9995，方法侦测极限 (Method Detection Limit, MDL) 可达 0.3 ppb，协助厂务人员在水质恶化至临界值前，提前采取预防性措施。 2. 重复性 尿素分析仪之全自动前处理系统采用高精度取样阀，精准抽取水样与药剂，并在恒温区域进行混合，确保反应的一致性。在10 ppb尿素标准品之相对标准偏差 (Relative Standard Deviation, RSD) 可达 10% 以下，充分展现了该全自动系统卓越的稳定性与重现性。 3. 检测频率 传统尿素分析耗时长达 40-60 分钟，无法满足突发性水质波动的监控需求。 U-1000 凭借优化的硬体流路设计，将单次分析时间缩短至 10 分钟。此外，系统配备 4-20mA 与 RS-485 Modbus 等多种通讯介面，可无缝对接晶圆厂中控室仪表系统，实现分析完成即同步传输数据，赋予厂务端趋近实时的动态监控实力。 四、 结语 综上所述，U-1000 线上尿素分析仪凭借萤光衍生化技术与安捷伦高效液相层析仪，成功克服了传统分析法易受干扰与耗时冗长的弊端。其超低的侦测极限 (MDL ≤ 0.3 ppb)与卓越的重复性 (RSD ≤ 10%)，不仅完美满足先进制程对超纯水超低尿素含量的严格要求，更以分析周期10分钟的快速检测率，为晶圆厂建构起一道高灵敏度、趋近实时的防御监线，全面守护光刻制程良率，是半导体厂务水质环境监控的最佳监测方案。 图三、尿素标准曲线图 表一、U-1000之方法侦测极限  表二、U-1000之重复性  2