懸浮微粒（Particulate matter）與多環芳香烴

大氣中充滿不同粒徑大小的懸浮微粒（Particulate matter，PM），

其主要對人體健康影響部位為呼吸系統，不同微粒的粒子對呼吸系統 的衝擊危害也不完全相同，10 μm以上的微粒大都被鼻咽所清除，而 10 μm以下的細微粒則較會沉積於肺部的支氣管區。此外，懸浮微粒 微粒對人體健康的影響⁽⁵⁸⁾，可以從許多流行病學的調查看出，研究指 出死亡率的增加與微粒的暴露有關，尤其是PM2.5以下的微粒對人體 健康的影響最大。Schwartz等人⁽⁵⁹⁾於美國哈佛大學附近六個城市進行 採樣工作，利用 dichot 採樣器收集大氣微粒，以EDXRF去做化學物 種的分析，研究結果顯示PM2.5很容易進入肺中，因而引起一些肺中 疾病及呼吸器官的慢性損害。在許多流行病學的調查中發現，只要空 氣中的懸浮微粒濃度增加時，當地居民的總死亡率會隨之增加，而在 肺部感染、心血管疾病、心肌梗塞、高血壓及中風的機率等也都會隨 著微粒濃度增加而提高。人體呼吸道內是一高濕的環境，微粒粒徑在 進入呼吸道後受到高濕特性的影響，會行潮解反應而造成微粒粒徑的 成長，其成長可改變微粒在人體呼吸系統中的沉積行為，尤其是次微 米以下的微粒經常由吸濕作用導致粒徑增大，進而改變微粒在肺部中 沉積的位置。微粒粒徑會影響微粒的質傳反應，一般而言，細粒徑微

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粒較粗粒徑微粒具較佳的質傳效率，質傳效率的不同可導致人體呼吸 系統內微粒沉積量的差異^(60-61)Wilson與Stockburger等人⁽⁶²⁾指出無論 是質量濃度、化學成分或是濃度分佈都具有日變化，亦即在探討微粒 對健康的影響，需要考慮時間變化以及人類活動時間因素。綜合上述 結果，懸浮微粒作用類似載體媒介物質，其對人體各器官之影響非常 全面化，而其影響健康之程度也會因環境因素之變化及暴露時間長短 而有所不同，是值得研究探討的重要課題。

懸浮微粒其表面會因凡得瓦爾力（Van der Waals' force）進而與 其他物質產生吸附作用，導致微粒本身作用類似載體之媒介物質，部 份PAHs在大氣中以懸浮微粒為載體，隨著時間增長且微粒吸收水分 的因素，小粒徑微粒會隨之增長成大粒徑顆粒⁽⁶³⁾，Offenberg等人⁽⁶⁴⁾ 研究發現高飽和蒸氣壓或低分子量的PAHs化合物，多分佈於大粒徑 的懸浮微粒上，而低飽和蒸氣壓或分子量較高的PAHs化合物則多分 佈於細粒徑懸浮微粒上。Venkataraman等人⁽⁶⁵⁾針對加州地區進行大氣 中懸浮微粒採樣，發現高分子量/多環數的PAHs多存在於＜2μm的微 粒中(約68%)，而低分子量PAHs則多存在於2－10μm的微粒中(約 60%)，這些研究指出PAHs濃度分佈因分子量高低而與微粒粒徑大小 呈現類似反比的現象，藉由1.5小節敘述之逸散比值關係可得知PAHs 在土壤與大氣之間分佈是否達成平衡關係。

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l.7 多環芳香烴之危害

PAHs於二十世紀初期被鑑定出為瀝青中之致癌物，PAHs中 之部分化合物已證實對人體具有致突變性及致癌性之潛在危險，

USEPA與國際癌症研究中心IARC已確認PAHs含有許多潛在毒性物 質，IARC將十六種PAHs列為優先管制污染物之一，並根據其突變與 致 癌 性 分 類 四 個 等 級 ， 如 表 1-2 所 示 。 其 中 由 焦 油 所 分 離 出 之 Benzo[a]pyrene （BaP）為證實具有致癌之活性且其毒性也最高^(26-27)， 而BaP之同分異構物DBalP、DBaeP、DBaiP、DBahP為新列入致癌分 類之化合物，致癌性較高之PAHs主要分佈於四環以上，其較常吸附 於細懸浮微粒中，當人類暴露此PAHs對皮膚、眼睛具刺激性，也會 提升生殖系統、心血管系統、骨髓、抑制免疫系統、肝毒性與癌症等 病變⁽²⁸⁾，其中BaP進入人體後會與抑制肺癌腫瘤之基因鍵結，使其無 法作用進而導致癌症發生⁽²⁹⁾；此外NAP依USEPA與IARC分類為較低 的致癌潛能，但於環境中NAP佔氣態PAHs中相當高的組成比例，因 此其對於環境與人體健康可能造成之影響也不容小覷，人類暴露到空 氣中PAHs會導致生殖系統、心血管系統、抑制免疫系統、肝毒性與 罹患癌症等不良影響。

- 21 - Benzo[b]fluoranthene 2B B2 0.1

Benzo[k]fluoranthene 2B B2 0.1; 0.01^d Toxicology and Pharmacology 16: 290–300.

d TEF suggested by USEPA; Provisional Guidance for Quantitative Risk Assessment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, 1993, EPA/600/R-93/089, USEPA.

*For low-level environmental exposures.

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l.8 研究動機、目的與方法

本計畫主要探討大台中都會區中熱島效應強的中心地區及熱島 效應邊緣地區，探討其 PAHs 化合物在氣/固相間之分配是否達到平 衡及其流佈組成為何，於不同之大氣條件（溫度、溼度、風速）之地 點進行樣品採集，探討 PAHs 濃度在氣/固相間之分配是否達到平衡，

為進一步瞭解其在不同環境與溫度下氣/固相分配之差異，藉由場發 射掃描式電子顯微鏡來觀察所收集懸浮微粒表面形態，利用電子束之 反射作用產生二次電子形成的 2D 圖像，解析微粒之表面型態結構與 元素組成，比較在不同大氣環境下其濃度、組成及特徵比值等之差異，

並且計算逸散度來評估 PAHs 在土壤與大氣中之平衡狀態；並探討其 與 PAHs 吸附特性之差異。

計畫之主要研究目的如下：

1. 分析台中地區都市熱島效應中心地區(如：大里工業區)以及熱島 效應邊緣地區(如：后里地區)其 TSP、落塵及土壤中 PAHs 濃度 之基本資料。

2. 比較熱島效應中心以及邊緣地區兩採樣地區之 TSP、落塵及土壤 中 PAHs 分佈與組成之差異，探討並瞭解影響其差異之原因。

3. 計算土壤與大氣中 PAHs 之逸散比值，評估熱島效應中心地區以 及邊緣地區在不同大氣條件下 PAHs 在土壤與大氣中其逸散平衡 之狀態。

4. 以氣固分佈模式推估熱島效應中心地區以及邊緣地區之間 PAHs 之氣固分佈係數，評估兩地區在不同大氣條件下其氣態與固態 PAHs 之濃度分佈達到平衡之狀態。

5. 利用逸散比值探討熱島效應對各地區其 PAHs 之逸散狀況。

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第二章 研究方法與分析儀器

本計畫主要探討大台中都會區中熱島效應強的中心地區，其 PAHs 化合物在氣/固相間之分配是否達到平衡以及其流佈組成為何，

除探討 PAHs 濃度在氣/固相間之分配是否達到平衡，為進一步瞭解 其在不同環境與溫度下氣/固相分配之差異，故藉由場發射掃描式電 子顯微鏡（FESEM）來觀察所收集懸浮微粒表面形態，利用電子束 之反射作用產生二次電子形成的 2D 圖像，解析微粒之表面型態結構 與元素組成，探討 PAHs 吸附於微粒表面上的相互關係，提供懸浮微 粒與 PAHs 吸附機制之相關佐證。

本研究計畫擬選擇以熱島效應較強的中心地區，以及排放污染源 較少之近郊城市作為比對之對象，使用氣相層析質譜儀(GC/MS)來分 析 PAHs 於氣態、TSP 懸浮微粒、落塵及土壤中濃度組成，比較其濃 度及組成分佈上之差異。利用相關公式計算氣/固分配係數，評估及 比較熱島效應強弱之兩地區其氣/固態 PAHs 之分配達到平衡之狀態。

另配合元素碳(EC)/有機碳(OC)之分析，探討煤粒-空氣模式適合本地 區氣/固態 PAHs 分配係數推估之程度。另分析 PAHs 於大氣及土壤之 間的逸散平衡，也以 FESEM 觀察收集的懸浮微粒表面形態，提供佐 證懸浮微粒與 PAH 分子之吸附機制。

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2.1 採樣地點規劃

本研究選擇在台灣省台中市作為採樣地點，分別是市區的台灣體 育大學（TU）、市郊的大里區公所（DL）以及后里內埔國小（HL）

等三個地點，分別採集氣態、固態 PAHs、乾沉降、總懸浮微粒（TSP）

土壤以及細粒徑（PM2.5）等樣品，採樣規劃地點之地理相關位置如 圖 2-1。

圖 2-1 採樣地理位置圖

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2.2 採樣規劃

本計畫詳細採樣時間及樣品數量如表 2-1，採樣區間為 104 年 09 月至 105 年 05 月，共進行三次採樣，PM2.5、TSP 及氣態 PAHs 樣品 採集分為日間時段早上八點至下午四點，夜間時段則為晚上十點至隔 天凌晨六點。第一批次採樣期間為 104 年 09 月 14 日至 17 日，第二 批次採樣期間為 105 年 03 月 28 至 31 日，第三批次採樣期間為 105 年 05 月 23 日至 26 日進行採集，各批次皆進行採集為期四天之 PM2.5、 TSP、土壤以及氣態 PAHs 樣本。

顆粒態 PAHs 使用高流量採樣器進行採樣，此部份包括 TSP 與 PM2.5之採樣，氣態 PAHs 則使用低流量採樣器進行採集，而土壤樣 品則以收集採樣器四週離地面 10 - 15 cm 以內的土壤為主，落塵則以 搭配風向特性之採樣器，將噴過矽膠之膠片固定於落塵採樣器上來收 集落塵，每一個採樣點將放置約 6 個乾沉降落塵採集器，以收集足夠 分析之落塵樣本；採樣後之石英濾紙與吸附套桶樣品，以鋁箔紙妥善 包覆保存於 0 - 4℃，並迅速送回實驗室於-20℃冰箱冷藏保存以利日 後分析。

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表 2-1 採樣時間及樣品數

第一批次 第二批次 第三批次 104/9/14 - 105/3/28 - 105/5/23 -

104/9/17 105/3/31 105/5/26

大里區公所 IP10 and Mass Flow Controlled System/ModelSA213、Tisch/Model IP10 and Mass Flow Controlled System/G25A SN 1532，Spring House，PA，

USA) ， 搭 配 高 流 量 衝 擊 板 (Impactor) 與 分 徑 採 樣 器 (Cascade

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Model1690)，將粗細粒徑分離後再收集 PM2.5之懸浮微粒；高流量採 樣器於採樣前均會使用小孔流量計預先校正流量，其校正之相關係數 均需≧0.995 以上方符合採樣管控，而採樣時放置經處理後之適當過 濾濾紙，於體積流量約為 1.2 m³ min^-1下進行空氣中懸浮微粒之收集，

並使用圓盤記錄紙來記錄採樣期間之流量變化以便確認。

氣態 PAHs 樣本採集係利用低流量採樣器（Airpump SPP-25GA, Techno Takasuki）搭配固態微粒濾頭及氣態 PAHs 之吸附裝置，係以 約 15 L min^-1 搭配一玻璃套筒，其中裝填離子交換樹脂（Amberlite XAD-16，Sigma）及聚氨酯泡棉（Polyurethane foam，PUF）採樣高 度距離地面 1 公尺高進行氣態樣品之採集，如圖 2-2 所示。吸附裝置 以玻璃套桶、離子交換樹脂及聚氨酯泡棉組合而成，如圖 2-3，需於 採樣前先洗淨，前處理方式依序以甲醇(Methyl Alcohol)、二氯甲烷 (Dichloromethane，DCM)及正己烷(n-Hexane)進行超音波震盪，自然 風乾後將 XAD-16 與 PUF 以夾層之方式組裝，圓筒狀之玻璃套桶內

氣態 PAHs 樣本採集係利用低流量採樣器（Airpump SPP-25GA, Techno Takasuki）搭配固態微粒濾頭及氣態 PAHs 之吸附裝置，係以 約 15 L min^-1 搭配一玻璃套筒，其中裝填離子交換樹脂（Amberlite XAD-16，Sigma）及聚氨酯泡棉（Polyurethane foam，PUF）採樣高 度距離地面 1 公尺高進行氣態樣品之採集，如圖 2-2 所示。吸附裝置 以玻璃套桶、離子交換樹脂及聚氨酯泡棉組合而成，如圖 2-3，需於 採樣前先洗淨，前處理方式依序以甲醇(Methyl Alcohol)、二氯甲烷 (Dichloromethane，DCM)及正己烷(n-Hexane)進行超音波震盪，自然 風乾後將 XAD-16 與 PUF 以夾層之方式組裝，圓筒狀之玻璃套桶內