第三章 研究方法
3.2 細微粒量測結果正確性之評估
3.2.2 手動採樣干擾之評估
在上述的比對採樣中，本研究也會把MFPPS 加入並列採樣，以探討採樣過程
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中及濾紙調理過程中可能產生的採樣干擾。圖3. 11 為 MFPPS 示意圖，MFPPS 和 FRM 採樣器一樣也配有主動式流量控制系統，可使採樣體積流率不受環境溫壓改 變影響，維持總流量在33.4 L/min。微粒進入採樣器後會先通過一個 PM10衝擊器，
去除粒徑大於10 µm 的微粒，通過衝擊器之後的主氣流會再被分成兩道 16.7 L/min 的氣流，一道直接進入4 個 PM10濾紙匣，另一道則是先通過PM2.5衝擊器再由其 下方 4 個濾紙匣採集 PM2.5樣本。MFPPS 最大特點為僅利用兩部質量流量控制器 即可將8 個頻道的流量穩定地維持在 4.17 L/min，其方法為在各個濾紙匣下方裝上 特定孔徑的流孔板，將每個頻道的壓損略為提高，使得原本因每個頻道的濾紙壓 損不同而造成的流量不均勻問題可以獲得解決。
圖3. 11 MFPPS 示意圖(Liu et al. 2011)。
無機鹽採樣誤差之評估
本研究中，MFPPS 僅其中 4 個 PM2.5採樣頻道被用來採樣，且其中幾個頻道 也由原本的放置鐵氟龍濾紙的濾紙匣改成多孔金屬片固氣分離器(Porous-metal denuder sampler, PDS) (Tsai et al. 2001)或是改為由 VOC denuder、鐵氟龍濾紙及塗 敷碳之濾紙片(Carbon impregnated filter, CIF)組合而成的採樣頻道，以利本研究做 各種有機與無機物質採樣干擾的評估，如表3. 9 所示。此外，由於 PDS (約 50-100 cm H2O)和鐵氟龍濾紙匣 (約 10-15 cm H2O)之間的壓損差異大，因此本研究也將原
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本用來維持各頻道間流量均勻度的流孔板改為針閥，將各個頻道的總壓損調整成 相同值，以達到各頻道之間流量均勻之目的。
如圖3. 12 所示，PDS 內在進口端後依序裝有塗敷 1 %碳酸鉀及 1 %甘油的多 孔金屬片和塗敷1 %檸檬酸及 1 %甲醇的多孔金屬片，分別用來吸附酸性及鹼性氣 體，以防止氣體和後方鐵氟龍濾紙上採集的微粒反應而產生採樣誤差。接著放置 用來收集微粒的鐵氟龍濾紙，在鐵氟龍濾紙的後方則會分別放置一張尼龍濾紙及 一張塗敷1 %檸檬酸及 1 %甲醇的玻璃纖維濾紙，主要用來吸附由鐵氟龍濾紙上收 集之微粒所揮發出的酸性(HCl 及 HNO3)及鹼性(NH3)氣體，以修正採樣負誤差。
圖3. 12 PDS 示意圖。
如表3. 9 所示，採樣頻道在配置 A 中僅有頻道 2 被改為 PMS 而其他頻道則維 持原本使用之鐵氟龍濾紙匣。由該頻道配置所採集下來的樣本則是用來評估採樣 過程以及濾紙後續調理過程中所產生的 PM2.5 採樣干擾。當採樣頻道改為配置 B 時，除了頻道 1 之外，其他所有頻道均被改為 PDS，此時所採集的樣本則是用來 評估濾紙過濾速度(Vf)對微粒揮發程度的影響。這些 PDS 均使用相同的操作流量 (4.17 L/min)但不同的過濾速度。其中裝載在頻道 2 之 PDS 的 Vf維持在原本的10 cm/s (有效濾紙直徑: 29.8 mm)。對於裝載在頻道 3 (PDSW)及頻道 4 (PDSD)的 PDS，
本研究會在其鐵氟龍濾紙前方覆蓋一片中心開孔之直徑分別為20.9 及 14.9 mm 的 圓形塑膠片，使其過濾速度和WINS 及 Dichot 相等，分別為 22 及 36 cm/s。
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性衝擊，當微粒粒徑越小，此機制所造成的損失會越小，此外，本研究主要針對 細微粒做不同流速下之揮發量探討。故本研究僅針對粒徑為2.5 µm 的微粒來計算 在不同縮減有效面積下之微粒損失。計算結果顯示，當
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o降至本研究所使用的塑 膠片內徑20.9 及 14.9 mm 時，微粒損失率分別為 0.06 及 0.04 %，此損失量可被忽 略。有機碳揮發之評估
除了無機鹽類之外，另一項在採樣過程中主要會揮發的揮發性物質為有機碳 微粒(Particulate Organic Carbon, POC)。本團隊將針對 MFPPS 中的頻道 3 作修改，
使得氣流進入該頻道之後會先通過一個平行平板式碳濾紙固氣分離器(parallel plate carbon filter denuder, Sunset)，將大氣中的氣態 OC 去除，接著再由下方的鐵氟 龍濾紙收集微粒，最後再放置一片用來吸附 POC 揮發產生之半揮發性 OC (semi-volatile OC, SVOC)的吸附材。該碳濾紙固氣分離器如圖 3. 13 所示，其內部 放置有15 片長度為 200 mm 寬度為 31 mm 的塗敷活性碳之玻璃纖維濾紙片(Carbon impregnated glass fiber filter, CIG, ref. 10320163, Schleicher and Scheull, Inc.)，每片濾 紙之間由兩條長度為200 mm，直徑為 2 mm 的鋼條隔開，使採樣氣流可從濾紙片 之間的夾縫通過，利用氣體擴散來吸附氣流中SVOC。
圖3. 13 平行平板式碳濾紙固氣分離器。
本研究過去曾嘗試採用 VOC 固氣分離器內的碳濾紙片(Carbon impregnated filter, CIF)作為 SVOC 的吸附材，然而本研究測試濾紙的耐溫性後發現，濾紙於 400
℃時即會產生燃燒現象。為了確保儀器不受損，因此本研究當時暫以石英濾紙作 為SVOC 吸附材來進行實驗。
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然而使用石英濾紙作為 SVOC 吸附材是建構在其可完全吸附微粒所輝發出之 氣態OC 的假設上(李，101 年度)，但實際上部分 OC 氣體仍可能穿透石英濾紙，
造成揮發量的低估。為了更進一步準確地量測OC 在採樣過程中產生的負向誤差，
本期計畫將延續前期計畫的實驗，並將上述之 SVOC 吸附材改為國外學者常使用 的CIG 濾紙 (Subramanian et al. 2004; Grover et al. 2008; Grover et al. 2009)，該濾紙 對於SVOC 的吸附效率可達 95 % (Eatough et al. 2003; Ding et al. 2002; Tang et al.
1994)。
在分析 CIG 上所吸附之 OC 氣體時，Sunset 監測儀內的加溫程序也和一般量 測POC 時不同，其所使用的加溫程序共有三個階段，且均在氦氣環境下進行。當 氣流通過VOC 固氣分離器時，會有部分具有較低分子量的氣態 OC 會無法被吸附 而造成穿透的情形(break through)，而 Eatough et al. (2001)的研究指出，這類氣態 OC 被 CIG 所吸附後，加溫至 200 度左右可將其再釋放出，而被 CIF 所吸附的 OC 氣體則會再250 至 350 左右的溫度下被釋出。因此為了區別 CIF 上所吸附穿透固 氣分離器的氣體和OC 氣體，第一階段的樣本萃取溫度會加到 190 度，以去除大部 分的穿透氣體。第二階段則是會增溫至220 度，以確保這些穿透氣體被完全移除。
最後階段則會增溫至450 度，將 CIG 上所吸附由前方微粒濾紙樣本揮發之 OC 氣 體完全脫附(Grover et al. 2008; Grover et al. 2009)。
本研究所採用的CIF 為 Whatman 公司所生產，其型號為 1842-047，和 Cheng et al. (2010)中所使用的濾紙相同。Cheng et al. (2010)曾測試該款濾紙在不同溫度的氦 氣環境下的分析情形，結果顯示在250 及 300 度的溫度下，該款 CIF 本身所塗敷 的碳會被釋放出來，進而干擾OC 的分析結果。而當溫度降至 200 度時，此情況即 可避免，因此該研究即使用200 度作為此款 CIF 的分析溫度。本研究也參考 Cheng et al. (2010)使用相同的 CIF 分析溫度。
由於用來收集微粒的鐵氟龍濾紙並無法進行POC 的分析，故上述將頻道 3 改 裝的實驗僅可量測由鐵氟龍濾紙上所輝發出之SVOC。為了能進一步得到 POC 的 數據，本研究在使用 MFPPS 進行 SVOC 揮發量評估實驗的同時，也會放置一部 OC/EC 即時監測儀，以同時量測大氣中的 POC。
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3.3 新興奈米產品於使用過程中逸散之定性定量分析