在全球化市場的競爭趨勢下，消費性電子產品之生命週期逐漸縮短，在大量汰舊換新下製造出極大量的電子垃圾，而這些電子垃圾若不能有效回收再製，就會被視為廢棄物加以處理，若處理不當，存在其中的有毒物質就會對地球環境造成極大的傷害。
為了應付日漸增加的廢電子電機廢棄物，減輕掩埋場及焚化爐的負擔，防止廢電子電機廢棄物中所含之有害物質進入環境，歐盟於2003年1月27日通過「廢電子電機設備指令(WEEE)」，要求製造商必須負責收集、回收並妥善處置廢電子、電機產品。廢電子、電機廢棄物包括電冰箱、電視、吹風機、烤麵包機、洗衣機等家庭用電器，還有如電腦設備、醫療儀器、冷凍冷藏設備、監測以及控制設備等商用電子設備。由於其種類繁多，再加上科技不斷進步，新的設備不斷推陳出新，因此其數量成長速度可謂歐盟廢棄物種類最快一種，平均每年成長3～5%，若任其成長下去，預估廢電子、電機廢棄物數量將在12年內成長一倍。
根據統計，歐盟有90%的WEEE採取掩埋、焚化、或未經任何前處理之回收，因此在垃圾中多數的有害物質，都是來自於WEEE。WEEE的焚化處理，每年排放36噸汞及16噸的鎘等重金屬，而WEEE所含的溴化物阻火劑，在600～800℃的低溫燃燒下，透過銅作為催化劑，會產生毒性極強的戴奧辛(Dioxin)和喃，對環境危害極大。WEEE採取掩埋處理同樣造成環境污染，部分水銀開關破損後，汞就會以液態或氣態進入環境中，而在掩埋場滲出水常含較高酸性，陰極射線管中的鉛及其他金屬就容易因此溶出，污染土壤及地下水。另外，WEEE也常含有其他化學物質，如多氯聯苯(PCB)、溴化物阻火劑、戴奧辛以及喃等其他毒性化學物質。因此，歐盟限制輸入其境內的電機電子產品之零附件中不得含有鉛、鎘、汞、六價鉻以及溴化耐燃劑--多溴聯苯(PBB)、多溴聯苯醚(PBDE)--等物質，並在2006年7月1日正式實施「歐盟廢電子電機設備中危害物質禁用指令(RoHS)」。
繼歐盟及中國大陸之有害物質限用指令陸續實施後，包含鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯苯以及多溴聯苯醚等物質，已不得用於製造電子產品或其零組件。而綠色和平組織(Greenpeace)現階段大力推動的綠化政策，則是要求所有的製造商完全排除其電子產品中之聚氯乙烯及溴系阻燃劑，以符合兼具無鉛和無鹵素(Halogen Free)之綠色電子規範。在國際環保組織的推波助瀾下，無鹵素材料的導入已經成為國際間各大廠下一階段的綠化目標，並開始制定無鹵素電子產品的量產時程表。
工業用的阻燃劑可分為溴系阻燃劑、氯系阻燃劑、磷系阻燃劑、無機阻燃劑等，而用於印刷電路板、電線絕緣、各種塑料，則以溴系、氯系等鹵素阻燃劑為主。鹵素阻燃劑主要優點是添加量少、耐燃效果佳以及符合歐規的防火要求。不過，其缺點為燃燒時，如同燃燒聚氯乙烯(PVC)一樣，會釋放出「世紀之毒」的戴奧辛。戴奧辛在環境中難以分解，導致環境蓄積，經由生物鏈會造成生物累積與生物濃縮。此外，戴奧辛具脂溶性，積存於脂肪內無法分解，極長時間才能排出，因此，吸收或暴露於過量環境中，容易罹患癌症。
無鹵規範陸續出籠
近十多年來，許多專家提醒，一些具有類似生物體內激素作用之化學物質可能對人類健康與生態造成危害，這些物質統稱為環境荷爾蒙或內分泌干擾素。鹵素化合物便占不少，如殺蟲劑的二氯二苯三氯乙烷(DDT)、五氯酚(PCP)，戴奧辛，阻燃劑的多溴聯苯、多溴聯苯醚。因此，各項無鹵素的環保規範層出不窮。例如歐盟之「關於統一各成員國有關限制銷售、使用禁止危險材料以及製品的法律法規和管理條例的指令(76/769/EEC)」，其中89/677/EEC(A)規定多氯聯苯、聚氯三聯苯(PCT)含量須小於0.005%；2002/45/EC(A)規定短鏈型氯化烷烴(SCCP)含量須小於1%；2006/122/EC(A)規定全氟辛烷磺酸(PFOS)在產品中須小於0.005%，在零件中須小於0.1%，在紡織品及塗布材質中需小於1μg/m2。
此外「關於在電氣電子設備中限制使用某些有害物質指令(2002/95/EC，即RoHS Directive)」則規範多溴聯苯、多溴聯苯醚含量須小於0.1%。
國際上，非政府組織亦非常重視非鹵素的議題，如綠色和平組織現階段推動的綠化政策，是要求所有的製造商完全排除其電子產品中之聚氯乙烯和溴系阻燃劑，以符合兼具無鉛與無鹵素之綠色電子。在去年成功上市的蘋果(Apple)新世代手機iPhone，曾因超炫功能而造成萬人空巷排隊購買的盛況，但綠色和平組織卻在iPhone的零組件中發現這個高科技產物使用可能危害地球環境的聚氯乙烯及溴化阻燃劑(BFR)。因此，在法規的要求以及國際環保組織的推動下，無鹵素材料的導入成為國際大廠重要的環保目標。由著名國際環保團體綠色和平組織於2008年6月最新發布的綠色電子產品指南(Guide to Greener Electronics)第八版內容顯示，索尼愛立信(Sony Ericsson)在有害物質管理以近乎滿分的表現排名第一，其中，索尼愛立信的所有產品已全面淘汰聚氯乙烯(PVC)；而在2008年1月1日後所推出的新機種也不含溴系阻燃劑(BFR)。綠色和平組織對於品牌業者有害物質管理計畫的評分，除持續關切的鹵素相關化合物聚氯乙烯與溴系阻燃劑外，並將鄰苯二甲酸酯(Phthalates)、鈹(Beryllium)以及銻(Antimony)等有害物質的淘汰時程列入評分項目。
自著名環保組織綠色和平組織從2006年開始發布綠色電子產品指南以來，電子產品品牌業者陸續宣告將逐步淘汰產品中所含鹵素化合物中的聚氯乙烯和溴系阻燃劑，而完全淘汰的時程表多數訂在2009～2010年間，其中戴爾(Dell)、蘋果以及三星(Samsung)甚至早已訂定產品無鹵素規範，開始要求供應商導入無鹵素製程。而國內知名品牌業者與系統廠商也於2007年底開始進行供應商調查與宣導，並計畫於2008年下半年度展開逐漸淘汰含鹵素產品的行動。其中多數業者皆參考IEC 61249-2-21的無鹵素定義(表1)，藉由限制均質材料中氯(Cl)及溴(Br)的含量，達到禁用聚氯乙烯和溴系阻燃劑的目標。
| 表1 IEC 61249-2-21O無鹵素定義 |
| 管制物質 |
限值 |
| 溴 |
900ppm(0.09%) |
| 氯 |
900ppm(0.09%) |
| 溴與氯的總和 |
1,500ppm(0.15%) |
為及早因應買家需求，導入無鹵流程管理系統已勢在必行，利用X-光螢光分析儀(XRF)進行進料檢測及出貨檢驗，除可節省檢測費用、節省檢測時間，並可協助建立無鹵流程管理系統，以獲得客戶信賴與認同。然一般來說X-光螢光分析儀在分析產品是否合乎IEC 61249-2-21所要求900ppm程度的限值上仍存有許多灰色地帶，因此相關業者如科邁斯即與離子層析儀製造廠戴安(Dionex)合作開發無鹵分析的全方位服務，無鹵分析建議流程如圖1。
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| 圖1 無鹵分析建議流程 |
XRF定量分析可靠度/精準度迥異
X-光螢光分析儀(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、非破壞性以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射線，激發待測物內層的電子，此時為保持能量平衡，分子外圍電子填入內層電子的空缺。因外圍電子能量較高，故外圍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(圖2)。
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資料來源：科邁斯集團
圖2 XRF的定性原理 |
因此，一般XRF就能在不同元素所產生的二次X射線來做定性的判斷，再依其強度做定量的分析，但各廠牌的X-光螢光分析儀最大差別，就在於定量分析時，其所使用的定量方式和技術的差異性，造成其精確度與可靠度的差異。
離子層析儀適用於進階精密檢測
離子層析儀(Ion Chromatography, IC)利用離子交換的原理，採用Dow Chemical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、以及記錄器等，分析程序如圖3，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，而僅有所欲分析的離子被沖洗出來，進入電導計中，由其進入的順序和時間(Retention Time)來定性，由電導度之大小來定量，這些都以尖峰的型態出現在記錄器上。在抑制管中，反應方程式如下：
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資料來源：Dionex
圖3 離子管柱分離示意圖 |
離子層析儀所能分析的離子幾乎涵蓋所有的陽離子和陰離子，在某些分析上，它取代原子吸收光譜、氯相層析儀、核磁共振儀、以及離子分析儀等。目前已能分析的離子有鹵素、有機酸、有機鹽類、磷酸鹽、以及胺等。
離子層析儀具有諸多特點，包括離子間不會互相干擾影響檢出之正確性；可同時分析多種離子，並做定性及定量分析；靈敏度高(10ppb以下)，適用濃度範圍廣(0.001～103ppm)；分析快速，每個離子不超過兩分鐘；以及使用之溶媒為一般無機溶劑，費用經濟等。
離子層析儀是利用待測離子在動相(沖提液)與靜相(管柱中離子交換樹脂)間不同親和力而得以分離。而在偵測器(Detector)一般為電導度計，所測得之各成分電導度訊號，經電路積分後可得波峰面積，該面積則作為定量之用。
上述兩種分析儀器，是目前業界面對無鹵測試極有可能採用的分析方式，兩種分析方式之比較如表2。
表2 非破壞物理/破壞性化學分析比較表 |
| 分析方式 |
非破壞物理分析 |
破壞性化學分析 |
| 分析儀器 |
XRF(X射線螢光分析儀) |
IC(離子色譜儀) |
| 檢測原理 |
X螢光 |
離子交換 |
| 檢測時間 |
300s/p(IEC62321) |
20min/p(IEC61189) |
| 可檢測鹵素 |
氯、溴 |
氟、氯、溴、碘 |
| 檢測單位 |
ppm |
ppb |
| 前處理 |
無 |
需(EN14582) |
| 前處理時間 |
無(須拆解為均質材料) |
40分鐘 |
| 人工成本 |
低 |
高 |
| 判斷標準 |
自行設定 |
無 |
| 檢測效果 |
好 |
佳 |
| 實驗室需求 |
無 |
需(簡單的吸收劑配製，純水) |
| 方便性 |
方便(直接檢測) |
略不方便(需將固體樣品經由燃燒，由吸收液成為液體) |
檢測成本
(一年攤提) |
每件0.65美元以下 |
每件2.83美元 |
基於上述，建議先以X-光螢光分析儀進行無鹵分析，以篩選大多數的有鹵或無鹵材料，可疑料件再以晶片進行進階精密檢測，這樣不僅可節省每樣材料做化學分析的大幅成本，又可以最經濟、快速以及有效的方法達到全面控管無鹵材料的目標。
除了有害物質管理計畫與完整無鹵檢測方式之外，建立產品回收系統和節能產品的設計，也是綠色和平組織持續關切的重點，因近年溫室氣體與氣候變遷的話題持續發酵，綠色和平組織特地將溫室氣體產生量的資訊揭露和使用替代性能源也列入評分項目，由此可知，綠色產品的定義不僅是有害物質禁用此單項議題，考量產品生命週期，全面評估產品從生產、使用到廢棄，對環境及人類造成的影響，進而提升產品，才是真正的綠色產品。
(本文作者為科邁斯科技經理)