基于電子產品有害物質檢測研究

【摘 要】 本文以電子產品有害物質的范圍確定和分析入手，從應對RoHS指令的檢測流程、篩選原理和步驟等方面闡述了電子產品有害物質初步篩選方案制定，并重點分析了電子產品有害物質的檢測和分析流程，最后結合具體實例論述了電子產品引發的環境污染，并提出了電子產品有害物質處理方案：電子產品生產過程中要遵循有害物質的控制標準、電子產品在報廢后的有效處理、從科技水平出發，逐漸提高電子產品的有害物質使用標準等，以供廣大讀者參考。

【關鍵詞】 電子產品 ?有害物質 ?檢測

電子產品在當今社會有著廣泛應用，其在為人們生活提供便利的同時也造成了很大的環境污染，通過調查顯示，我國有很多地方的土壤、水質、空氣等都受到電子產品中重金屬、合成材料的污染，這對人們健康有著非常大的危害，所以有必要從電子產品有害物質的檢測方面進行控制，從而為人們健康提供保證。

1 電子產品有害物質的范圍確定和分析

電子產品是由多種零部件組合而成，各零部件也是由塑料、陶瓷、玻璃等物質構成的，而電子產品處理器則是由重金屬、電解質等物質構成，所以對電子產品有害物質的檢測就是對這些材料的檢測，其有害物質的取值范圍要在國家標準范圍內量化，然后再對這些有害物質進行分析。

1.1 電子產品有害物質的范圍確定

樣品采集是確定有害物質范圍的重要環節，主要是因為電子產品的種類和使用材料都過多，差異性也很大。本文主要利用RoHS指令對電子產品進行檢測，鉛、苯、鉻等元素化學物是電子產品中使用最多的幾項，所以主要對這些有害物質進行限量。

RoHS指令是2003年歐盟官方發布的，在確定電子產品有害物質范圍方面有很大的權威性。RoHS在SN標準方面的最新進展主要是2011年發布了新的檢測標準體系，為電子電氣產品中的6種有害物質的檢測提供了系統的技術支撐，同時在其他有害物質堅持方法標準上也有相關規定，這為我國電子產品打破國外技術性貿易壁壘有著非常大的標準基礎作用。RoHS在SJ標準方面的最新進展主要是2006年我國正式頒布的三個配套標準，這些標準對電子信息產品中有毒有害物質的限制和禁止采用了目錄管理的方式，打印機、移動電話和固定電話成為管理目錄中的新產品。RoHS在GB標準方面的最新進展是我國標準委在2007年成立的電子產品與系統的環境標準化技術委員會，并且為了配合國家認監委而發布了相應的實施意見，在2011年又開始考慮建立有害物質檢測標準體系，關于鄰苯二甲酸酯的方法已經制定完成并批準。

如表1所示，關于鉛、錫、汞、六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯等六種有害物質的限量標準分別為1000、100、1000、1000、1000、1000，RoHS對這些有害物質的限量標準都是衡量電子產品能否安全達標的具體參數。

1.2 電子產品有害物質的分析

目前國際上對電子產品有害物質的檢測都是參照一些發達國家的標準分析方法，歐盟的標準是其中比較有權威性的，也是應用比較廣泛的一種，本文根據國際知名企業標準收集整理的數據來分析，并參照RoHS指令對電子產品六種有害物質的測試方法規定。類似鉛及其化合物、鉻及其化合物、及其化合物這些的有害物質，其材質主要包括塑料、橡膠、油漆、墨水等有機類同質材料及金屬材料，樣品處理方法采用EPA METHOD3050 13、EYA METHOD3052、EN 1122-2001;分析方法采用ISO11885，分析設備有ICY-MS、ICY-AES、AAS等。類似六價鉻這樣的有害物質，其材質主要包括金屬材料、表面處理材料等，樣品處理方法是UEYA METHOD 3060A，分析方法為EYA METHOD 7196A。類似多嗅二苯醚塑半（Y13DE）和多休聯苯（PBB）這樣的有害物質，其材質主要是塑造，測試方法采用EYA METHOD 1614，而分析設備利用HRGC/MS高分辨氣相色譜質譜。

2 電子產品有害物質初步篩選方案制定

由于電子產品中化學物質過多，濃度分布范圍很大，如果采用精密的儀器來分析測試的有害物質，就需要很多化學溶液，這樣就會產生很大的成本，所以在使用RoHS指令符合性測試時，可以采用EDXRF方法來進行初步掃描測試，這樣就可以達到快速篩選的目的。

2.1 應對RoHS指令的檢測流程

RoHS在這一檢測流程中對有害物質的含量要求為：如果物質屬于均勻狀態，那么Pb、PBB和PBDE的濃度應該控制在0.1wt%以內，Cd的濃度應該控制在0.01wt%以內。初步篩選時對安全判據也有一定要求，并且根據不同的樣品類別進行劃分，對于金屬材料樣品來說，其安全極限值應該控制在30%以內;對于電子產品類別來說，這一范圍可以擴大到50%以內。如果測試結果沒有在上述兩種值域內，那么就說明與RoHS指令是否符合還處于未定狀態。

另外一方面，Br是用來表征PBDE和PBB是否存在的可能性，但是EDXRF結果并不是分子結構，而是以元素來呈現的，所以如果Br含量過高，那么就不能說明樣品中PBB和PBDE的含量是否存在，因為Br是否已其他形式存在并不能得到排除。

對于那些還沒有確定的情況就可以選擇比較復雜的精密儀器來確證，首先要做的步驟就是對樣品進行溶解，比如可以采用微波輔助萃取的辦法來制作樣品，然后對樣品進行測試，主要是利用各種光譜測試方法在溶液中進行測試。比如在對一個手機充電器的六種RoHS指令限制物質進行測試時，我們可以發現，這一產品的結構比較復雜，其中包含了70種以上的零部件，經過EDXRF進行初步篩選后，可以確定有很多零部件內都沒有包括上文提到的六種有害物質，這樣就可以省去很大的人力物力，對降低成本有很大作用，然后在對那些沒有定論的樣品進行儀器分析測試。

2.2 篩選原理和步驟

EDXRF檢測的篩選原理主要是：利用高能X射線來撞擊樣品，受到撞擊的樣品原子內層軌道的電子會選擇逃逸，然后就留下了空位。另外一方面，外層軌道的電子能量較高，能夠迅速上升到內層軌道留下的空位，在這一遷躍過程中會輻射出具有能量的X射線熒光光子。比如電子從一層遷躍到另一層后，會釋放熒光，當X光子射到探測器后就可以形成空穴，而電子和空穴的對時就可以形成電脈沖，而其幅度與X光子的能量之間呈現正比例關系。熒光X射線在發射后可以在半導體探測器檢測中呈現依次排列，然后得到一系列與光子能量呈現正比例的脈沖，這樣就可以按照脈沖幅度的大小來統計脈沖數量。

另外一方面，X射線熒光頻率的平方根和原子序數之間也呈現正比關系，所以可以根據其強度得到定量和定性的結果，數據顯示在操作屏幕上，而檢測后的結果就可以存儲在檢測儀器中，以供日后下載使用。對樣品設備來說并沒有什么特別大的要求，程序也比較簡單，但是為了確保測試準確性高，樣品必須具備一定的厚度，同時還要保持均勻和清潔。如果樣品比較薄后者呈現顆粒狀結構，那么就需要堆積后放置到測試儀的樣品杯中，厚度在5mm以上。RoHS指令對濃度的要求是均勻物質，所以不能采用進一步拆分的物質，本文認為應該由一種或者多種物質組成一致的材料。在實際運行中經常會出現均與物質和普通物質的不易區分，所以就不能認為那些無法進一步拆分的部件為均勻材質，而是要對樣品進行簡單拆分和處理后才能使用。比如在對四周扁平封裝器件進行分析時，其主要包括塑封、基板、芯片體和引腳四個結構，而內部導線、金絲等部件的含量都比較少，并且都符合RdHS的指令要求，這樣就可以只對上述四種進行測試。EDXRF是一種非毀壞性的測試，但是由于操作方法和所用設備的不同，在具體操作時需要根據技術手冊來執行，并且要嚴格采用其推薦的參數，這樣才可以提高測試的準確有效性。

3 電子產品有害物質的檢測和分析流程

我國在電子產品有害物質檢測方面有著比較規范的操作流程，只有按照這一流程操作才能真正將有害物質區分出來，并得到有效處理，通過上文分析的初步篩選方案制定后就可以進行有害物質的檢測，其流程主要包括取樣、樣品處理和儀器分析三個步驟，詳細來說主要是：

3.1 電子產品有害物質的取樣

根據上文分析的電子產品具有很大的復雜性，所以就不能對所有部件進行檢測，并且摘取那些比較有代表性的樣品進行檢測。取樣是電子產品有害物質檢測分析的基礎環節，也是最為核心的環節，如果沒有做到科學合理的取樣就不能做出科學的判斷，那么電子產品有害物質的處理就沒有任何意義，也不能得出電子產品有害物質的各種參數，說明整個檢測過程是失敗的。電子產品的取樣方案要根據具體電子產品才能確定，如果電子產品屬于同樣材質的，那么取樣就比較簡單，只需要對那些不同點進行判定了就可以;如果電子產品是不同材質的，并且內部結構比較復雜，那么對有害物質進行檢測時就要對各種銅線、外皮等進行取樣分析。

3.2 樣品分析前處理

樣品分析前處理是對樣品進行物理或者無機元素的處理，前者主要是對樣品的大小或者形狀等方面進行處理，主要是為了儀器處理和儀器分析時比較方便，而后者主要是利用萃取原理對電子產品的樣品進行分離，然后選取那些將要檢測的元素，但是在進行無機元素處理時不能讓元素發生化學反應，主要是因為化學反應會導致很多元素的化學性質發生變化，這樣對整個電子產品有害物質的檢測和分析都會產生不利影響。

3.3 有機化合物的樣品處理和儀器分析

如果電子產品中含有塑料，那么檢測難度就會加大，主要是因為塑料是一種聚合物，在檢測樣品過程中需要將主要化合物萃取處理，然后再進行凈化和過濾成具體化合物后才能進行檢測和分析。有機化合物色譜的檢測時對有機化合物檢測的首要環節，可以分離出有害的有機化合物;然后就可以對樣品中的有機化合物進行處理，并通過不同的分析儀器得出電子產品中有害物質的含量和合格程度。

4 結合實例論述電子產品引發的環境污染

我國是一個電子產品生產大國，很多發達國家都把自己品牌的生產地選在中國，在為我國國內生產總值做出貢獻的同時，也給我買國家的環境污染和人類健康造成了很大危害，這很大一部分原因都是由于電子產品中包含的有害物質產生的，所以有必要分析這些電子產品有害物質造成的環境污染，并提出相應的解決措施。

4.1 土壤重金屬污染狀況

重金屬是電子產品中重要的有害物質，對土壤會產生很大的污染，其中Cu、Zn、Pb、Cd是最主要的污染源，如果在對土壤樣本分析中發現偏度系數在-1～1之間，那么就可以確定樣本呈現正太分布。在對土壤重金屬污染情況進行分析時要借助于統計學的相關知識，根據有關部門對我國2013年土壤受污染情況的分析可以發現，在土壤樣品中重金屬的平均含量依次為，Cu：118mg/kg、Zn：169mg/kg、Pb：47.9mg/kg、Cd：1.21mg/kg，這些數值都在當地背景值之上，這就說明土壤重金屬含量過大，并且這種受污染程度在逐年增大，據不完全統計顯示，Cu、Pb、Zn、Cd超過自然值的概率分別為92.9%、85.8%、90.4%和61.4%，

這些都是土壤環境污染三級標準，急需解決方案。

4.2 電子產品材料的選用污染

根據上文分析我們知道，電子產品在取材方面比較廣泛，涉及到金屬、塑料、木材等各個方面，并且由于自身固有的因素，這些材料在使用時必然含有特定的有害有毒物質，鉛、鉻、汞等都是其中最為嚴重的代表，多嗅聯苯和多嗅二苯等有機物對環境的破壞力度更大，并且會產生持久性的污染物。具體來說，電子產品材料的選用污染主要包括兩個方面：第一就是在選用和制造具體材料過程中，如果操作人員在對材料進行操作時沒有按照正確的方法，那么就會因為過度接觸有害物而造成自身健康受到危害;另外一方面表現在電子產品中還有的有害物對自然環境也有產生很大的危害，再加上目前我國對現代垃圾處理模式不是太健全，很多垃圾都采用不合理的焚燒方式，這樣對土壤、水質、空氣都會造成很大的破壞。

5 電子產品有害物質處理方案

我國提出可持續發展的目標已經有了很長時間，這一發展戰略要求我國對電子產品有害物質處理時要按照低碳環保的理念，并且要堅持以人為本的原則，在環境保護機構和電子產品生產企業雙方面努力下對電子產品有害物質進行處理，具體來說在處理過程中要遵循的原則包括：

5.1 電子產品生產過程中要遵循有害物質的控制標準

控制有害物質的生產是從最根本上對電子產品有害物質處理的方案，生產是第一環節，也是產生有害物質的源頭，所以為了提高電子產品的科技含量和減少有害物質的含量，就需要對產品部件的生產技術進行革新，保證部件產品在使用過程中不會對人體健康造成大的危害，從而落實可持續發展中以人為本的核心。

5.2 電子產品在報廢后的有效處理

電子產品都有一定的使用周期，這也是新陳代謝的必然結果，所以在對報廢的電子產品處理過程中需要采用比較專業的處理辦法， 主要措施包括：首先不能僅僅遵循常規的處理方式，因為只使用常規的處理方案必然會造成更為嚴重的環境污染，所以需要采用更為科學合理的辦法，比如經過回收后再利用則是目前比較流行的一種處理方式，這樣也有利于循環經濟的整體發展，對維持環境也有很強的保障。

5.3 從科技水平出發，逐漸提高電子產品的有害物質使用標準

提高電子產品的科技含量也是一種比較有效的處理方式，目前我國很多科學家都在開展電子產品材料的更新，讓污染更為微小的材料運用到電子產品中，從而達到提高科技水平、減少有害物質含量的目的。規定使用標準就可以從制度上對電子產品中有害物質含量進行限制，這樣有利于我國有害物質處理正規化、系統化。

6 結語

通過以上分析可以看出，電子產品在信息化發展的當今社會，雖然帶來了很大的便利，但是也產生了嚴重的環境問題，重金屬和各種合成次啊了的使用是電子產品造成危害的重要原因，所以需要進行一定的分類管理，從而避免電子產品有害物質的危害。通過對有害物質的具體檢測表明，要首先針對現在的材料進行具體檢測，然后再對有害物質進行量化處理，最后對有害物質分析和判定，并采取合理科學的措施來解決。

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作者簡介：陳奮忠（1963—），男，福建福州人，高級工程師。