用熒光光譜分析法進(jìn)行RoHS檢測

       摘要：2006年7月1日起歐盟成員國強(qiáng)制實施RoHS，電子信息產(chǎn)品中鉛、汞等6種有害物質(zhì)被限制使用。我國七部委于2006年2月28日聯(lián)合發(fā)布第39號令《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》，該辦法自2007年3月1日起施行。本文對熒光光譜分析法進(jìn)行RoHS檢測的特點進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：RoHS 熒光光譜分析法 替代物

RoHS禁令簡介

       RoHS是《電氣、電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》（the Restriction of the use of certain hazardous substances inelectrical and electronic equipment）的英文縮寫，主要限制電氣、電子產(chǎn)品中的鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、六價鉻Cr(VI)、多溴聯(lián)苯PBB、多溴聯(lián)苯醚PBDE6種有害物質(zhì)含量。產(chǎn)品中各物質(zhì)的最大容許含量分別為：Cd為100ppm，Pb、Hg、Cr(VI)、PBB和PBDE為1000ppm。該指令由歐洲議會及理事會提出，歐盟成員國已于2006年7月1日起強(qiáng)制實施。我國七部委聯(lián)合發(fā)布第 39 號令《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》自2007年3月1日起施行。

       電子信息產(chǎn)品，是指采用電子信息技術(shù)制造的電子雷達(dá)產(chǎn)品、電子通信產(chǎn)品、廣播電視產(chǎn)品、計算機(jī)產(chǎn)品、家用電子產(chǎn)品、電子測量儀器產(chǎn)品、電子專用產(chǎn)品、電子元器件產(chǎn)品、電子應(yīng)用產(chǎn)品、電子材料產(chǎn)品等產(chǎn)品及其配件。在電子信息產(chǎn)品中限制使用鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯（PBB）和多溴二苯醚（PBDE）等六種有害物質(zhì)。

熒光光譜分析法進(jìn)行RoHS檢測的主要特點

       檢測上述6種物質(zhì)的方法有兩種：一種是采用合適的混合酸進(jìn)行全消解，必要時對有機(jī)物進(jìn)行微波加溫加壓消解后，使用等離子體發(fā)射光譜儀/質(zhì)譜儀（ICP）、原子吸收光譜儀（AAS）、紫外分光光度計（UV-VIS）以及氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）等進(jìn)行定量分析，這種方法主要優(yōu)點是可對樣品進(jìn)行定量分析，缺點是制樣復(fù)雜且周期長，樣品需要破壞，制樣要求高和設(shè)備投資大等。

       另一種為熒光光譜分析法（XRF），其又可分為波長散射（WD-XRF）和能量散射（ED-XRF）兩種。原理是通過X射線照射樣品，撞擊原子使外層電子產(chǎn)生能級遷躍，低能級電子獲得能量向高能級遷躍，并在原來的地方留下空位，而部分高能級的電子則填補(bǔ)到這些空位中。在填補(bǔ)的這個過程中，高能級的電子失去能量，這些能量以熒光X射線的方式釋放。根據(jù)原子不同以及發(fā)生的遷躍層（shell）不同，這些熒光X射線的能量也不一樣。檢測設(shè)備有一探測器，對這些熒光X射線粒子進(jìn)行收集。然后根據(jù)能量來判別元素的種類，根據(jù)收集到的粒子的強(qiáng)度來計算元素的含量。該方法有半定量分析和定量分析之分。半定量分析叫FP(Fundamental Parameter)方法，原理是*行定性分析，然后根據(jù)檢出的熒光X線強(qiáng)度以及元素的比率等理論計算各成分的含有量。定量分析一般采用檢量線法，首先對多個標(biāo)準(zhǔn)試料進(jìn)行測試，做成基準(zhǔn)的檢量線，然后測試實際的樣品，并和檢量線進(jìn)行比較，從而確定實際樣品中元素的含有量。

       用熒光光譜分析法（XRF）檢測RoHS，主要特點是不需復(fù)雜的樣品前處理，可對金屬、樹脂、粉體、液體等任何形態(tài)的樣品進(jìn)行無損直接測定，能快速簡單地測定鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、總鉻(Cr)和總溴(Br)。檢測RoHS的主要依據(jù)是SJ/T11365-2006《電子電氣產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)的檢測方法》，用X射線熒光光譜儀對電子信息產(chǎn)品中有毒有害篩選的測試方法。

       熒光光譜分析法（XRF）能夠檢測鉻，只是不能區(qū)別樣品中是有毒的六價鉻，還是三價鉻形態(tài)。如果樣品中總鉻含量低于限定范圍（≤700ppm），表明六價鉻較低(小于1000ppm)，如果不存在此狀況，就需要進(jìn)行有害性化學(xué)分析?？梢圆捎肧J/T11365-2006《電子電氣產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)的檢測方法》中比色法測試六價鉻，或采用分光光度法(UV-VIS)進(jìn)行定量分析。

       一般樣品中含有的溴化物并不局限于PBB、PBDE 或是四溴雙酚這些物質(zhì)，自然界中存在的溴化物有幾百萬種，但是用熒光光譜分析法（XRF）進(jìn)行檢測無法分辨樣品中含有的是哪一種溴化物，只能判斷含有溴，因此熒光光譜分析法（XRF）的檢測結(jié)果是總溴的含量。同樣的規(guī)則，如果PBB和PBDE中的總溴含量低于限定值（≤300ppm）范圍的話，就可判定PBB和PBDE不超標(biāo)，否則可用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）進(jìn)行定量分析。

       用熒光光譜分析法（XRF）檢測RoHS，對檢測樣品的形狀大小有一定要求，面積應(yīng)大于2mm2，金屬樣品的厚度應(yīng)大于0.2mm，非金屬品的厚度應(yīng)大于2mm，樣品的形狀和大小對測試結(jié)果有很大影響。檢測表面光滑、材質(zhì)均一的樣品時，精度比較高，因此檢測中可適當(dāng)考慮改善樣品。因電子產(chǎn)品的成品和半成品由多種材料組成，首先必須進(jìn)行拆解，直至得到無法進(jìn)一步機(jī)械拆解的最小均質(zhì)材料檢測單元，并使其符合檢測要求。

       測試時不能只看數(shù)據(jù)，同時還要看譜圖，因元素之間存在相互干擾。典型的干擾有銠、銻干擾鎘，溴、砷干擾鉛，As干擾PbLa ，Br干擾PbLb。尤其是在測試結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)值時，一定要注意觀察譜線圖上被測元素是否受其他可能干擾元素的影響。

       在使用熒光光譜分析法（XRF）作檢測時，需要注意的是，它只是用來做篩選的，而且只是測試樣品一定厚度的表層，這一結(jié)果不能和ICP等定量分析結(jié)果相比較。如果測試樣品是比較均質(zhì)的材質(zhì)，只要調(diào)整好其參數(shù)，用其來分析的無標(biāo)線結(jié)果也很不錯，對于通過篩選測試的材料，可不再進(jìn)行確證測試，節(jié)省時間和成本。

材料分類

電子電氣產(chǎn)品及部件的材料分類如下：

1.聚合物類：塑料、橡膠、泡棉等；
2.金屬類：金屬板材、支架等；
3.電子元器件類：線路板、電阻、電容等；
4.其他類：添加劑、涂料、顏料、絕緣漆、玻璃、搪瓷、膠木、墨水、瓷等。

       對于無法拆解(重量≤10mg或體積≤1.2mm3)的非均質(zhì)組件，須使用低溫破碎、研磨等方式制成均質(zhì)檢測單元，再進(jìn)行檢測。

六種有毒有害物質(zhì)存在的高風(fēng)險區(qū)域及替代物

       1．鉛主要存在于塑料添加劑、顏料、穩(wěn)定劑、電池、焊接材料、鍍層材料、玻璃、燈泡、電子元器件、橡膠、固體潤滑劑、陶瓷制品、印制線路板、包裝材料等。

       其中線路板的焊錫是由63%的錫和37%的鉛組成的共晶焊錫，這種焊錫的熔點是183 ℃。目前可以采用無鉛焊接技術(shù)和工藝來取代常規(guī)的焊接工藝，由于焊接設(shè)備的不同，無鉛焊接的材料也不同。手工焊一般采用Sn-Cu、Sn-Ag或Sn-Ag-Cu，浸焊和波峰焊可采用Sn-Cu，回流焊可采用Sn-Ag和Sn-Ag-Cu。

       此外可使用新型無鉛塑料熱穩(wěn)定劑來替代，如金屬皂類熱穩(wěn)定劑、有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑、有機(jī)銻熱穩(wěn)定劑、稀土熱穩(wěn)定劑等。

       2．鎘主要存在于塑料穩(wěn)定劑、低壓電器觸點的鍍層、電池、安定劑、電鍍、塑料制品之色粉、防腐劑、消毒劑、粘結(jié)劑、包裝材料、半導(dǎo)體光電感應(yīng)器等。

       低壓電器領(lǐng)域中鎘，可用銀氧化錫、氧化銦(AgSnO2、In2O3)來代替銀氧化鎘(AgCdO)。其他可替代物還有錫-錫合金、鋅-鋅合金、鋁涂層、鎳、環(huán)氧化物、可塑劑涂層等。

       3. 汞主要存在于塑料添加劑、溫控器、傳感器、繼電器、日光燈、金屬蝕刻劑、電池、防腐劑、消毒劑、粘結(jié)劑等?？梢允褂脷滏嚭弯囯x子等可充電電池來替代含汞電池，使用不含汞的新型溫控器和傳感器等。

       4. 鉻(六價)主要存在于金屬防腐蝕涂層、顏料、合金、包裝材料、防銹劑、防腐蝕劑、陶瓷釉、皮革部件等。可以采用含丙烯酸樹指、鉬酸鹽/磷酸鹽的鈍化液，或堿性鍍鋅來替代鍍鉻，用Cr3+ 代替 Cr6+ 來減輕對環(huán)境的危害程度，或不使用電鍍件。

       5. 多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚主要存在于阻燃劑、PCB、連接器、塑料外殼等?？梢允褂昧紫?、銻系阻燃劑代替溴系阻燃劑，或使用無機(jī)阻燃劑氫氧化鎂、氫氧化鋁等。