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2021-04-15將兩週縮到五分鐘！瑞準科技改變水質檢測的現在與未來
472 期
Author 作者
陳其暐／嘗試在混亂的年代當一名說故事的人。
只要將少少幾滴水樣，放上重金屬的電極感測試片上，瑞準科技專門研發的電化學分析儀，快至300秒內，就可以在螢幕上顯示相對精確的水樣中所含重金屬濃度。相較於以往後送實驗室檢測耗時兩週，可說是有天壤之別。
環境水樣檢測的需求與困擾
檢測環境水樣的需求，近來並不少見。臺灣製造業工廠林立，製程中時常會產生大量含有銅、鎳等重金屬的廢水，若未經過適當處理，就容易汙染生態環境。隨著環保意識崛起，為了降低經濟發展對環境的負擔，同時確保居民權益，臺灣環境法規也越趨嚴格，對於工廠放流水也有更明確的規範。2017年創立於臺中的瑞準科技公司，專業就在於以電化學感測技術，開發重金屬檢測的解決方案。
「工廠放流水濃度超過國家規定的標準，如果被抓到，就可能會吃上幾百萬的罰單。」瑞準科技執行長張漢予指出，為了避免超標，大多企業都會自行監測工廠放流水的重金屬濃度，而最常用的方法，就是使用快篩試劑包。
瑞準科技專案副總劉孟葳拿出一只長條透明的塑膠包裝，其大小如咖啡糖包，末端有開口可吸水。她解釋，這種快篩工具裝有粉末藥劑，若水中含有重金屬就會變色，濃度越高則顏色越深，使用者可藉由試劑所附的色卡來粗略計算重金屬的濃度。
「這是目前最快、最便宜的檢測方式。」一只試劑包僅約30~40元臺幣，成本低廉，且即使從未使用過的人也能輕易上手。因此無論是環保局要稽查工廠放流水，或是業主要確保廢水符合法規排放標準，都經常採用這種方法來檢測水質重金屬。
快篩試劑包雖然方便，卻也有無法解決的問題，「假設顏色剛好卡在兩個色階中間，便很難判斷濃度，又如果管制標準剛好在交界點的時候，多一點就超標，就會造成困擾。」劉孟葳表示。
若監測人員想在現場即時獲得「精確」的數據，就得使用另一套方法：以分光光度計檢測濃度。但這種方法除了需要手動添加藥劑外，當場使用還必須校正儀器，過程繁瑣費時，對一般使用者而言並不友善。
若不想手動操作又想獲得精確數字，就得送到臺灣商業實驗室檢測，但這一般得等上兩個禮拜才會收到檢驗結果。種種不便讓當時任職環境顧問公司的張漢予開始思考，是否有方法能讓水質重金屬檢測變得更為便利、快速？他從血糖機得到了靈感。
從血糖機到重金屬檢測
血糖機的誕生，來自於糖尿病容易引起許多併發症，患者需要隨時準確監控血糖高低，才能有效穩定病情。操作血糖機時，通常會使用一片可拋棄式的電極試片，患者只要把少許血液滴在試片上，再插入血糖機。試片上帶有酵素，會與血液中的葡萄糖反應，血糖機藉此偵測電流訊號，經過約數十秒，就會顯示精確的血糖濃度。
張漢予認為，若測血糖都能如此便捷，那麼也有可能應用在環境檢測上，「我知道科學上這絕對可行，只是沒有人把它變成一個能真正解決問題的產品。」於是在2017年底，張漢予邀請到同樣曾任職於環境工程顧問公司的劉孟葳與吳宗道，共同創辦瑞準科技，把這個概念複製到重金屬檢測上，利用電化學原理來檢測水裡的重金屬離子。
訪問途中，張漢予從一旁拿出黑色的手提箱，一打開，瑞準的成果一覽無遺：一台手持式的電化學分析儀，與八種重金屬的電極感測試片。使用方法如同血糖機，只要將與記憶卡大小相仿的感測試片沾上幾滴待測的水，水就會進入試片裡的微流道，接著插入電化學分析儀讀取訊號。若檢測對象是銅離子，僅需300秒，就能在螢幕上得到精確的濃度數字。
為了讓使用者不需每次使用前都要校正儀器，儀器內已儲存了校正曲線的參數，並且預先在感測試片裡加入藥劑，使用者不必額外添加，每次檢測水質前就使用一片全新試片，用完即棄、簡化流程。
商業化所面臨的挑戰
張漢予表示，電化學與電極試片的發展其實已相當成熟，學術上也是時常被作為檢測重金屬的工具，所應用的基礎原理乍看也十分易懂：當含有銅離子的水進入電極試片並插入電化學分析儀後，分析儀會提供電壓把銅離子還原成銅，使銅附著在電極上；一段時間後，再外加另一道電壓，把銅再重新轉變為銅離子。此時銅所放出的電子會產生一股訊號，分析儀藉由量測這股訊號的強度，來換算出水中的銅離子濃度。
然而，要從學術研究轉變為商業產品，中間仍有許多要克服的問題，「公司成立到現在三年多，還沒有看到有人在做一樣的東西。」張漢予強調，最大的技術門檻，就在於電極試片。
為了確保每次的試片檢測結果一致且讓客戶不必自行校正，「試片製程必須穩定，讓每一批生產的試片都能適用同樣範圍的校正曲線。」另外，為了讓試片偵測重金屬時得到穩定的數值，也得調配特定的藥劑組合，讓電極在適合的電解質環境下偵測訊號。而且試片讀取的電流強度可能僅有百萬分之一安培，因此得找出放大訊號的方法。這些處理程序，不僅是要確保試片結果的再現性，也要兼顧讓使用者以最簡單的方式操作儀器。
「如果一台家用血糖機在使用前還要先校正，是不可能普及的，特別是使用者多是年紀比較大的人。」劉孟葳觀察，農田水利會、環保署等公務機關人員常有檢測水質的需求，但若儀器的學習門檻太高，他們會寧願選擇其他方式來檢測，「我們希望那些沒有受過實驗室訓練的人，也能夠得到具有參考價值的數據，所以盡量在生產時就簡化步驟。」
讓水質檢測精確又即時
目前環保署水質保護處已開始使用瑞準的儀器監測水質，張漢予表示，「新北市泰山附近有一條塔寮坑溪，旁邊有很多工廠經常排放汙水，水保處因此希望有重金屬快速檢測的儀器，能夠用來找出每天排放汙水濃度最高的時段。」若將水質樣本送到實驗室檢測，不僅會延宕改善的時效性，頻繁檢測也需耗用大量經費。因此水質保護處透過瑞準的儀器現地檢測，來即時獲取水質資訊。
除了公部門外，瑞準希望把這一套水質監測系統推廣到更多中小企業，「工廠管理好水質，就能讓他們的心力放在生產上。若有合適的工具，就能知道水質有沒有超標，並能快速解決。」張漢予說。
近日菲律賓的一間學術單位也採購了瑞準的這套系統，將用來檢測當地河川裡的重金屬。瑞準也著眼於東南亞其他國家，劉孟葳舉例，「在印度、孟加拉、柬埔寨，許多人民沒有自來水可用，地表水又汙染嚴重，地下水井附近又有含砷的岩礦。」透過便利的水質監測系統，將能夠幫助當地居民揀選更為乾淨的水質。
雖然瑞準因為受到疫情影響，在海外市場拓展進程上有所受阻，不過張漢予也認為，這讓他們有時間專注改善產品，「未來希望能夠做到自動化連續偵測，讓機器自動更換試片。甚至把試片變成可回收材質，不僅沒有廢液產生，連唯一產生的廢棄物也可以再利用。」結合物聯網更是在計劃之內，「我們想把數據連到手機上，客戶就能夠獲得即時數據。」
「要推出產品，得先了解市場；要了解市場，得要了解問題，接著才能提供合適的工具。」
張漢予等人著眼於嶄新的檢測方法，或將改變環境水質檢測未來的面貌。