第一章 前言
1.1 緣起與背景說明
以奈米物質生產的商業化商品數目目前正在快速的增加中，產品涵蓋健康、
衣物、汽車等，使用的物質包括奈米銀、奈米金、奈米碳管(CNT)及奈米氧化鋅 等。當奈米產品提供功能性的好處的同時，人們暴露在奈米物質下的風險也隨著 增加，特別是從事與奈米科技產業相關的工作人員(產品的加工及包裝作業)，此 外從產品中可能再釋出之奈米物質也會對消費者的健康造成威脅。為了確保工人 和消費者的健康，奈米物質的吸入毒性測試為一項十分重要的工作。雖然目前奈 米物質對人體毒理機制並沒有完全的釐清，不過很多相關的研究正在進行中。人 體可能暴露奈米物質的途徑包含呼吸(inhalation)、皮膚接觸及食入(ingestion)，其 中以呼吸為最容易進入人體的途徑。因此釐清奈米微粒對人體的危害為目前重要 的工作，由於許多文獻指出吸入小微粒會對人體的健康有不良的影響(Atkinson et al., 2001; Dockery et al., 1993; Kreyling et al., 2002)，因此準確地分析並量測奈米 微粒特性(如微粒數目濃度分佈、有效密度與形貌等)很重要，因為所得到的數據 可供人體暴露及健康危害相關研究之用。
電移動度分析(Electrical mobility analysis)為目前廣泛使用且最有效量測微粒 數目濃度分佈的技術，目前以此技術量測奈米微粒數目濃度分佈的儀器可根據充 電方式分為兩類: 單極充電器(unipolar diffusion charger)與雙極充電器(bipolar diffusion charger)。雙極微粒充電器通常利用一輻射源如85Kr、241Am 或210Po 游 離出空氣正負離子，與微粒碰撞進行充電，常用的儀器如掃描式電移動度分析儀 (Scanning mobility particle analyzer, SMPS) (Wang and Flagan, 1989)。但雙極微粒 充電器最大的缺點在於充電效率不佳，且單極微粒充電方式較雙極充電的內在充 電效率高，這使得後來研究的重心逐漸轉向於發展單極微粒充電器。而使用單極 充電器的量測儀器有快速電移動度分析儀 (FMPS, Fast mobility particle sizer,
Model 3091, TSI Inc., St Paul, MN)與引擎排氣微粒分析儀(Engine exhaust particle sizer, EEPS)(Johnson et al., 2003)等。
SMPS 量測的粒徑範圍受限於使用的 DMA (例如 3-100 nm 或 5-200 nm,依操 作流量而變動)，且 SMPS 通常需花費 30 秒以上才能得到一個微粒數目濃度分 佈。但許多文獻已驗證過 SMPS 的量測正確性(Wang and Flagan 1989)，因此 SMPS 已廣泛地用於量測大氣中或工程奈米微粒數目濃度分佈(Hussein et al., 2004;
Jeong et al., 2006)。而 EEPS 每 0.1 秒可輸出 1 筆微粒數目濃度分佈(FMPS 為 1 秒 1 筆)，微粒粒徑偵測範圍為 5.6- 560 nm，故較適合量測數目濃度分佈變動較 大的場所，如道路旁、隧道內等，可觀察微粒數目濃度分佈的變化。曾有學者比 對 SMPS，以及與 EEPS 相同量測原理的 FMPS 之數目濃度分佈，發現 SMPS 與 FMPS 的量測值間有差異。Leskinen et al. (2012)使用 SMPS 與 FMPS 量測團聚微 粒時，後者的 NMD 較小，且有著較高的總數目濃度與較窄的數目濃度分布。根 據實驗結果，該研究團隊推斷儀器的量測數據可能會受到微粒種類及形貌影響。
1.2 研究目的
為了釐清微粒形貌與量測儀器數目濃度分佈的關係，本研究使用 EEPS 與 SMPS 量測不同形貌微粒的數目濃度分佈，確認微粒形貌是否會對量測值造成影 響，同時以單極充電理論與微粒形貌分析量測差異的原因。
本研究先針對常用於量測奈米微粒數目分佈的 SMPS 進行校正，參考 ISO/WD 27891 校正數目濃度與使用 20、40、64、81 及 102 nm 的微粒粒徑標準 品--聚苯乙烯乳膠(3000 Series Nanosphere Size Standards, Thermo Scientific, USA) 比對 SMPS 量測的粒徑。待 SMPS 校正完成後，本研究使用蒸發/核凝法產生的 奈米銀團粒，並以燒結爐控制其形貌，進行 SMPS 與 EEPS 的量測比對，以確認 微粒形貌對 EEPS 量測值的影響，並以理論計算之預測值比對。
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