(一) 雷射粉塵計(TSI 8520 DustTrak Aerosol Monitor)
Dust Trak 為直讀式之粉塵測定裝置，如圖 3.7 所示，其原理為利用 90 度雷射光散 射來即時量測空氣中粉塵之濃度，其量測範圍為0.01~100mg/m3，可量測粒徑為
0.1~10μm，可運用於 PM10、PM2.5、PM1.0和可呼吸性粉塵(透過旋風器)之量測，並即時 記錄粉塵濃度(單位：mg/m3)，並透過分析軟體求得變化趨勢。然而利用散光量測微粒 質量濃度的儀器，會受到環境條件及微粒特性之影響，於每次操作前皆須經過歸零校 正，確保數據之真實性。本研究設定之採樣流量為1.7LPM，採樣高度約 150cm，使用 2.5μm 之採樣噴嘴。
圖3.7 Dust Trak 外觀及其原理
(二) 新型鋁製旋風式可呼吸性粉塵採樣器(IOSH Cyclone)
IOSH 個人旋風器如圖 3.8 所示，其原理為利用 1.7 L/min 之流量將微粒經由進氣口 帶入旋風器之主體，在圓柱體內超過4μm 之微粒會因為慣性力之關係而衝擊在內壁上，
粒徑小於4μm 之微粒則會在出口端被濾紙所收集，採樣後濾紙藉由秤重得到可呼吸性 粉塵的濃度。
圖3.8 IOSH 個人旋風器
(三) 感應耦合電漿原子發射光譜分析儀(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer)
感應耦合電漿原子發射光譜分析儀(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer , ICP-AES, Thermo Elemental IRIS Intrepid II XSP)如圖 3.9 所示，其原理為 藉由電漿提供離子能量，使其由基態躍升為激發態，離子在激發狀態不穩定之情況下必 回到基態，透過光柵分光，分解出離子由激發態回復至基態所產生之光譜來進行定量之 分析，在進行感應耦合電漿放射光譜儀分析前須先將濾紙樣品進行消化步驟，本研究濾 紙參照NIOSH 7303 分析方法進行消化，樣品前處理流程圖如圖 3.10 所示。首先將濾紙 摺成1/4 大小至數金屬加熱消化管中，分別加入 1.25ml 之 HCL、HNO3，以95℃加熱 15 分鐘後，定量至 10ml 後，使用感應偶合電漿光學發射光譜進行銦金屬濃度分析。
圖3.9 Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer
將樣品取出 摺成1/4大小
置入50ml之 金屬消化裝置
加入1.25mlHCL，
蓋上錶玻璃，
以95℃加熱15分鐘
取出Sample冷卻5分 鐘，並添加 1.25mlHNO3。
置入sample，蓋上錶玻 璃，以95℃加熱15分鐘
取出sample，冷卻至少 5分鐘
以去離子水沖洗錶玻璃 至測定盒
定量至10ml
圖3.10 樣品前處理流程圖
(四) 微小粉末分散器 (Small-scale powder disperser)
微小粉末分散器是利用經過過濾的乾淨空氣由文氏管的下端送入，使文氏管的喉部 (venturi throat)形成一個低壓高速的空氣流動區域，藉以將樣品微粒從轉盤上吸起。此外 因為文氏管喉部的氣體流速快且壓力小，所以碰到以低速被吸起的聚集微粒時，會在微 粒表面形成剪力，進而將聚集的微粒分散。微小粉末分散器的外觀及內部構造圖如圖 3.11 所示。
圖3.11 微小粉末分散器的外觀及內部構造圖
(五) 掃描式電動度粒徑分析儀 (Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS)
多徑微粒進入SMPS 主體 DMA 之前會先通過慣性衝擊器和靜電中和器，其目的在
於去除過大微粒以及使微粒帶電形成波茲曼分佈。由於微粒移動速度與其帶電量有關，
而微粒之帶電量又與粒徑有關，因此帶電微粒進入帶有電壓的DMA 中心柱和不帶電的 圓管內壁所形成之電場後，與中心柱相反電性、且具某特定範圍之電移動度的微粒會被 吸引，並從中心柱下方一小缺口被抽引出來，而抽出的微粒就成為單徑分佈的微粒，接 著單徑微粒被導入凝結微粒計數器(Condensation Particle Counter, CPC)來計算微粒的數 目濃度。CPC 的原理是利用液體蒸氣包覆微粒，再使液體蒸氣因為過飽合而凝結成液 體，並利用光偵測器來測得微粒的數目。因此藉由控制中心柱電壓之變化，可得到整個 多徑微粒的數目濃度及粒徑分佈，配合波茲曼分佈數據和CPC 測到微粒的數目，可推 算出此粒徑微粒進入SMPS 之前的濃度。SMPS 實際照片及構造示意圖如圖 3.12 所示。
圖3.12 掃描式微粒電動度分析儀的實際照片及構造示意圖
(六) 氣動微粒分析儀 (Aerodynamic Particle Sizer, APS)
圖3.13 為氣動微粒分析儀的實際照片及構造示意圖。APS 的測量原理是利用引導 微粒通過一個由噴嘴所形成的加速流場後，穿越兩道平行的雷射光束，偵測其通過兩道 雷射光之時間(Time of Flight, TOF)以計算出氣懸微粒的氣動粒徑，氣動粒徑越小的微粒 越容易隨著流場加速，通過兩道平行雷射光束的時間越短，氣動粒徑越大則反之。由測 得微粒的數目濃度與氣動粒徑大小以得到整個多徑濃度分佈。APS 所測量之粒徑範圍在 0.542 ~ 20 μm，但必需注意 APS 並不適合用來測定高濃度的氣膠，當有過多的微粒同時 進入光束時會有所謂的疊合誤差(coincidence errors)產生，被誤認為粒徑大且數目少的粒 子，造成幻影粒徑(phantom particle)和低估微粒數目濃度的結果(Peters and Leith, 2003)。
圖3.13 氣動微粒分析儀的實際照片及構造示意圖
(七) 多微孔均勻沉積衝擊器 (Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor, MOUDI)
圖3.14 為微孔均勻沉降衝擊器的實際照片及內部構造的示意圖。MOUDI 是一台串 聯式的多階衝擊器(10 個衝擊器)，用以量測微粒的質量濃度分佈，其空氣採樣流率設計 的參數為30 L/min，相比於其他質量採樣器有較少的內壁損失。其原理是利用不同粒徑 微粒擁有不同的慣性力來進行分徑，大的微粒因慣性力大，所以會脫離氣流被收集在衝 擊板上，小的微粒則會隨著氣流轉向而到下一階衝擊器。利用不同噴嘴數目及噴嘴到平 板的距離 (jet to plate distance) 來決定收集的微粒粒徑範圍，前面幾階的衝擊器噴嘴數 目較少孔徑也較大，噴嘴到平板的距離也比較長。在設計的流量30 L/min 之操作條件 下，可將懸浮微粒分徑為18、10、5.6、3.2、1.8、1.0、0.56、0.32、0.18、0.10、0.056 及＜0.056 µm (after filter)。 Marple et al. (1991)指出操作 MOUDI 時要注意乾微粒在衝擊 板上反彈而被帶至下游階層的問題，所以衝擊板需塗敷矽油以降低微粒的彈跳情形。矽 油的塗敷量與預期收集的微粒負載量有關，當衝擊板的微粒負載量為0.2、0.5 或 3.0 mg 時，烘乾後矽油的塗敷量分別至少為0.25、0.25 或 1.0 mg/cm2。
圖3.14 MOUDI 的實際照片及內部構造的示意圖。
而本研究所使用之微粒粒徑量測儀器之粒徑量測範圍、操作條件及參數等等，分列 如下:
1、SMPS：此儀器系統是由微分式電動度粒徑分析器(Long-DMA, Model 3080, TSI Inc., St. Paul, MN, USA)和凝結微粒計數器(CPC, Model 3786, TSI Inc., St. Paul, MN, USA) 所組成。操作條件設定為Sheath flow: 3 L/min, Aerosol flow: 0.3 L/min，掃描範圍由 15.1 nm 至 661 nm，每筆分佈圖的掃描時間為 2 分鐘。
2、APS：採樣流量為 5 L/min，偵測的粒徑範圍由 0.5μm 至 20 μm，每筆分佈圖的 掃描時間為1 秒鐘。
3、MOUDI：測量質量濃度分佈時的採樣流量為 30 L/min，採樣的粒徑範圍由 56 nm 至18000 nm。此儀器使用的基質(substrate)為鋁箔，此鋁箔紙的製造商為美國 Diamond 公司，直徑47 mm。鋁箔上塗敷的矽油為日牌的信越矽油，型號為 KF96SP。本研究使 用鐵氟龍濾紙作為終端濾紙(afterfilter)，其為美國 PALL 公司生產，型號為 P5PJ047，厚 度152µm，孔洞大小為 1µm，其對 0.3µm DOP 微粒的攔截效率為 99.99 %，直徑為 47 mm。
4、個人採樣器濾紙及濾紙匣：37mm 濾紙採樣匣(Cat. No. 225-3LF, SKC Inc.,Eighty Four, PA, USA)採用 PVC Filter media, 5 micron pore size,直徑 37mm(Cat. No. P-503700, Omega Specialty Instrument Co., MA, USA)；酯化纖維素濾紙(Methyl Cellulose Ester), 0.8 micron pore size, 直徑 37mm。
5、個人採樣泵(personal pump)：Gillian Gilair-3 個人採樣泵(personal pump)。幫浦 (pump)需有一個恆定輸出的流量，且此流量不會隨著終端濾紙(backup filter)的微粒負荷 量(particle loading)加大造成採樣壓(pressure drop)上升而受到影響。
6、皂泡式氣體流量校正計：型號為 Gilian P/N D800288，用於校正個人採樣泵流量。
7、微量天平：Sartorius CP2P-F 六位數微量電子天平，準確度為± 1μg。
8、濾紙調理用恆溫恆濕箱：用於調理濾紙使之處於相同之溫濕度下。濾紙和鋁箔 秤重前皆需要靜置於電子除濕箱內至少調理24 小時(RH = 35±5 %)。由於秤重室內的溫 度與溼度可能會對濾紙秤重造成影響，所以進行秤重時會同時使用除濕機和冷氣機來控 制溼度和溫度(T=21±1℃)。
9、靜電消除器：用以消除濾紙本身所帶的靜電，盡可能降低靜電對秤重產生的影 響。