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                  泉州-认识RoHS的物料检测技术及管理策略

                  •   随着WEEE (Waste of Electronic and Electrical Equipment,欧盟废电子电机设备环境指令)、RoHS (RestrICTIon of Hazardous Substances,欧盟《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指令》)等绿色法规的先后实施,电子、信息、通讯等行业无不严阵以待。大部分的制造商都要求其供应商提供物质安全资料表及测试报告,或要求签署不使用有害物质的保证书,以此作为制造商自我宣告产品不含有高于指令要求的有毒有害物质的证明。然而,部分制造商意识到,仅靠供应商提供的报告是不够的,还应进一步加强进出口物料的管理,以确保产品符合指令要求。
                      有些大型企业在公司内部自行设置 ICP、GC/MS、UV/VIS 等精密分析仪器,计划不假他人之手,对其产品进行所谓的“破坏性分析”。但事实上,拥有精密仪器并不代表其本身就具备物料分析的能力。“破坏性分析”的样品前期处理,不仅需要花费大量时间和人力、其它仪器的维修保养、操作人员的训练、问题的分析和检测方法的开发等都需要投入庞大的资金,就投资回报率而言,这么做不符合成本的规律,而对于中小型企业而言,更是无力承担。
                      幸运的是,“XRF” (非破坏性检测)为企业打开了另一扇窗,具有简易、快速、省时、非破坏性等优势,在绿色检测市场中显得格外引人瞩目;此外,近来 XRF 因软硬件技术的不断发展,促使筛选测试的准确性大幅提升,正逐渐为业界所接受。
                    以下我们针对现阶段业界所采用的物料检测方法及策略做进一步的介绍:
                    物料检测方法
                    破坏性分析
                      “破坏性分析”是指利用传统化学方法对均质材料 (Homogeneous Material) 进行分析。所谓的均质材料,欧盟技术协调委员会 (Technical Adaptation Committee,TAC) 的定义是“无法再被机械的方法 (例如:螺丝拆解、剪、切、锯、磨等方式)将元件拆离成不同的单一材料”。厂商为了符合法规,须将所有电子电器产品拆解成均质以进行检测。然而,目前国际市场上并没有统一的测试标准,检测机构的测试方法大多是将美国环保署废弃物(或欧洲 ISO 以及 EN 的测试方法) 的检测方法进行改良。
                      “破坏性分析”主要可分为样品前期处理与上机测试阶段。一般而言,样品前期处理的技术包含硝化 (Digestion) (加热板、微波酸液硝化) 或萃取 (Extraction) (有机溶液索式萃取、加热板碱液萃取、沸水萃取);上机测试]则是利用 ICP (重金属元素)、GC/MS (PBBs、PBDEs) 、UV/VIS (六价铬) 等精密分析仪器对已完成前期处理的样品溶液进行分析。
                      要取得一个准确的定量 (Quantitative Analysis) 分析通常需要经过良好的样品前期处理步骤。根据经验,样品前期处理的质量对整体测试结果准确度的影响高达 70%~80%,因此,相对而言,仪器的敏感度并非是最关键因素。当然,如果仪器不能定期清洁及保养,仍会严重影响分析结果的准确性。
                      “破坏性测试”虽然耗时费力,但其高灵敏度、高准确性、低测试极限等特点却绝非XRF等筛选性工具可比,所以目前仍被公认为最可靠的评估方式。
                    非破坏性分析
                    相对于“破坏性分析”的“定量分析” (Quantitative Analysis) 而言,目前较广为人知的“非破坏性”检测设备是“XRF”。
                      XRF 可用来作定性或半定量 (Qualitative or Semi-quantitative Analysis) (相对误差 >20%) 及定量 (Quantitative Analysis)(相对误差 <20%) 等分析,其传统用途主要在于土壤、水、水泥、石化、金属等制品的质量管理。XRF检测无需复杂的化学前处理 (无二次污染),以及标准品检量线制备 (内建自校系统),且在5分钟内就能取得结果。由于其成本相对于“破坏性测试”较低,所以被大多数业者用于进料、出货等初步的筛检。然而,为了增加每次测试结果的可信度,专业的操作人员、一致化的样品处理以及参考标准品的比对,都是绝对必要的。
                      另外,XRF 只能针对元素的特定波长位置和光谱强度来定性及定量,故对游离的六价铬和含溴化合物,如 PBBs 及 PBDEs,无法直接获得数据。虽然厂商可从铬及溴的总量上,推算上述的元素是否高于限制值,但若数值显示六价铬和 PBBs、PBDEs 的存在风险,则仍须进一步通过化学方法加以确认。
                    有害物质管理策略
                      在对现阶段采用的检测方法有初步的认识后,接下来该如何有效利用这些测试方法,以进行有害物质的管理呢?
                      目前,企业多参照 IEC 提出的有害物质检测建议方法---即先利用“筛选性设备”进行物料检测,如果筛选检测值介于合格与不合格之间的模糊地带,则再进一步采取精密仪器测试。 IEC 的建议方法,亦针对XRF检测筛选分析提出“建议值” (如表1)。由 < 表1 >可得知,测试结果可分为三类,合格(P)、不合格(F)、以及不确定(X),以下列出其详细定义:
                    『合格(P)』: 若所有元素的分析结果都低于设定的限定值,则结果为“合格”。
                    『不合格(F)』: 若所测元素中的某个元素测试结果高于设定的最高限值,则结果为“不合格”。
                    『不确定(X)』: 若所测元素的测试结果在设定的最低限值和最高限值之间,则结果为“不确定”,此时,需要再进行 精密仪器测试。
                    当然,企业也可以根据自身的需要设定筛选管制值。更严谨的管制值,一是对企业本身的保护,同时也可增强其产品的市场竞争力。
                      此外,XRF也常搭配“FTIR”,以针对含溴化合物进行筛选测试。FTIR 分析与 XRF 一样,不会破坏样品或改变样品的组成,短时间内就可得到测量结果。当 XRF 读值显示溴元素的存在,即可利用FTIR做进一步筛检,PBBs、PBDEs 具特殊官能基 (Functional Group),利用 IR 光谱可加以判读。
                    结论
                      面对 RoHS 指令,虽然XRF在许多研究报告中已被证实为有效的“筛选工具”,但是,目前因其硬件及技术上的限制,仍然无法取代传统化学分析,而成为主要“分析工具”。XRF 的制造商现在也正积极对设备的软硬件技术、标准样品的制备进行开发研究,假若未来业界能在针对“取样点的选择” 、“取样数量” 、及“数据可信度” 的定义做更广泛的研究和讨论,或许此法将能成为时间、人力、物力、可信度及便利性等综合因素之外制造商考虑的最佳检测方法。
                    参考资料:
                    1. Karen M. Dubiel and Scott C. Macleod, “Comparison Of X-Ray Fluorescence Spectrometry To Traditional Analytical Methods For Elemental Determination In Polymeric Materials”, Society Of Plastic Engineers (SPE), ANTEC Conference, May 2005
                    2. International Electrotechnical Commission, “Procedures for the Determination of Levels of Six Regulated Substances (Lead, Mercury, Cadmium, Hexavalent Chromium, Polybrominated Biphenyls, Polybrominated Diphenyl Ethers) in Electrotechnical Products”, IEC 62321, Chapter Six: Screening by X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF). Ed.1, Document 111/54/CDV (Committee Draft with Vote). May 5, 2006
                    3. Karen M. Dubiel and Scott C. Macleod,“Determining Compliance to the RoHS Directive for Wire & Cable Products”, Wire & Cable Technology International, Mar 2006

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