空氣中奈米微粒之濃度及粒徑分布型態隨著所處環境中呈現極大的變化，例如粒
之物理、化學特性，值得詳加探討。因此，選用之方法最好可以適用於產生各 種化學組成甚至生物性之奈米微粒。
模擬樣品能力：應可產生模擬與大氣環境或作業場所具代表性之微粒粒徑分布 型態，以供人體健康危害評估或處理技術之收集效率評估之需求。
根據上述條件，本計劃預定採用靜電噴霧式霧化器作為奈米微粒之產生設備，因該 設備可以產生之微粒粒徑在 2-100 nm 範圍，微粒產率大於 107 particles / cm3, 已 經涵蓋都會區微粒濃度較高之大氣環境濃度值，且產生之微粒可為固態或非揮發性液 態，適用性廣泛。
本研究預定以靜電噴霧氣膠產生器為核心自行研發組裝整體多重分布奈米微粒 生產測試系統，系統示意圖如圖十一所示，包含以下單元：
圖十一、可控制粒徑分布奈米微粒產生系統
Filtered Air
Testing
Chamber
Electrospray Atomizing
Exhaust
High Voltage Power Supply
SYRINGE PUMP 1
Po - 210
DMA TSI 3080
SYRINGE PUMP 2
筆記型電腦
Program-driven
CO2
CPC TSI 3022A
進料系統：本研究之創新在於修正目前氣膠產生器只能產生單一粒徑氣膠，無 法代表實際大氣狀況之缺失，以兩台微量注射幫浦(syringe pump)配合氣膠產 生器之特性組合而成之進料系統改裝原有之液體進料設備，將電噴霧式氣膠產 微粒凝結計數儀(CPC)串聯組成之掃瞄式電移動度粒徑分析儀(Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS)分析其分徑濃度及分布型態。
藉由可程式控制之兩台以上的微量注射幫浦(syringe pump)，分別注入不同溶液 進入電噴霧式氣膠產生器，並以程式控制逐漸改變兩台微量注射幫浦之注入量，以控
(1).微量注射幫浦(syringe pump)
可程式控制流量之幫浦，其流量範圍可由 0.2 µL/hr 至 500 mL/hr，準確度 可達± 0.5 %，可符合電噴式微粒產生器之進料需求。
可產生奈米粒徑之微粒且其分布型態為單一粒徑型態(monodisperse)。
(3).掃瞄式電移動度粒徑分析儀(Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS) 由電移動度分徑儀(DMA)及微粒凝結計數儀(CPC)兩部分組合而成，目前電 移動度的方式已成為量測氣膠粒徑的標準方法之一，其中又以 SMPS 系統為最快 速。其原理乃是將量測範圍切割為數十間隔，並將電壓設為時間函數，依使用者 設定時間變化電壓，配合 CPC 計算各間隔內粒子數。
電移動度分徑儀(nano-DMA)：
由於本研究測定之微粒粒徑範圍最低可達 4 nm，因此，必須特別選用 nano-DMA。
DMA 之原理主要由一中心電極棒及金屬外殼組成而形成一電場，中心電極棒帶一 負電，而外圍金屬殼接地。當微粒由上方進入時，帶正電的粒子經由保護空氣朝 電極棒移動，不同電移動度的氣膠其垂直方向的移動距離也不同。若粒子的電移 動度高（即粒子之粒徑較小），其垂直方向的移動距離很短，無法到達狹縫，僅 有某範圍電移動度（粒徑）的氣膠會恰好由電極棒底端的狹縫隨著流出，其餘的 氣膠隨著剩餘氣流離開儀器。
微粒凝結計數儀(Condensation Particle Counter, CPC)
CPC 之原理為係將進入儀器之空氣樣品導入儀器中的正丁醇儲槽，當微粒通過儲 槽時，會與其中所含 37℃下飽和正丁醇蒸氣混合，然後此混合氣體流入一溫度 為 10℃之冷凝管，使正丁醇蒸氣因過飽和而凝結至微粒上，微粒粒徑因而增大 至可以偵測的程度。然後使微粒以垂直的方向通過一雷射光束，使雷射光產生散 射的現象，利用光偵測器(photo detector)偵測散射的次數即可測得微粒之數 目。
(4).混合測試腔：直徑約 30 公分，長約 100 公分之壓克力管柱。
(5)溼度計：一般溼度計，準確度至 1%之相對溼度。紀錄值可輸出。
(6)溫度計：一般溫度計，準確度至 0.1°C。紀錄值可輸出。
3.調整、測試操作參數
根據文獻回顧資料，可能影響系統產生之微粒尺寸的因素包括電噴式霧化器及 Rayleigh limit 及液體中溶質濃度三部分：
電噴式霧化器產生之氣膠微粒之尺寸在儀器硬體部分會受霧化噴嘴管徑大小之影 響，液體進料部分則主要是受調整液體進流量及導電度的影響。而由超音波霧化器產 生之微粒粒徑計算式中可知液體表面張力大小亦為重要之影響因子。
此外，以電噴式霧化器產生之微粒帶電而必須考慮 Rayleigh limit 限制，以避免 液滴受庫侖排斥力而分裂，而該極限值將受表面張力及操作電壓之影響。因此，液體 表面張力及操作電壓將為調整測試的操作參數之一。
前兩項所影響的都是霧化器產生的液滴尺寸，但當霧化液滴進入測試腔內，將因 溶劑揮發乾燥而進一步減小其尺寸，所形成之最終測試微粒即為非揮發性之微粒，因 此，進流液體中非揮發性溶質濃度將為控制調整微粒粒徑之重要因子。
綜合上述說明，本研究中所設定之調整參數包括：
液體進流量
導電度
表面張力
操作電壓霧化噴嘴管徑大小
溶質濃度
4. 探討系統中影響氣懸微粒粒徑分布之機制
微粒產生系統所產生之奈米微粒經系統性調整改變操作參數並同時測出其粒徑 分布特性後，可由平均粒徑及幾何標準偏差的變化，分別探討各參數對粒徑及標準差 之改變趨勢為增加或減小，或將參數分群組探討該群組對其綜合性之影響。
5.模擬樣品
由於大部分空氣中微粒分布型態接近對數常態分布狀態，假設各種代表性空氣 樣品特性之奈米微粒分布型態亦接近於此一型態而可以用平均粒徑及幾何標準偏差 兩項參數描述，而微粒產生器經了解各參數之影響後，便可以平均粒徑與幾何標準偏 差兩項參數，調控參數以模擬產生與空氣樣品粒徑分布型態接近之微粒。
五、結果與討論 比例(de la Mora, 1994)，以因次分析法也可以得到相同的結果(Rosell-Llompart, 1994)。 3 調控粒徑分佈：
由於電噴霧式氣膠產生器在固定條件下只能產生單一粒徑分佈之微粒，為在系統中產 生再現性高且穩定之特定粒徑分布型態之微粒，本研究採周期性調控進流液體濃度方式，
兩台微量注射幫浦中其中一台(A)裝填導電度69.6 µs/cm，蔗糖濃度1.0%之液體，另一台(B) 式處理，本研究採用醋酸銨(ammonium acetate)液體作為溶質稀釋劑，因醋酸銨在液體霧化 後會揮發不影響形成之微粒粒徑尺寸。一般常用於電噴霧式氣膠產生器之溶質有蛋白質、
（4） 評估未來對奈米微粒進行管制之必要性。
圖十二 導電度K = 35.3 µs/cm，改變 進流液體濃度所產生之微粒粒徑
圖十三 導電度K = 69.6 µs/cm，改變 進流液體濃度所產生之微粒粒徑
圖十四 導電度K = 209 µs/cm，改變 進流液體濃度所產生之微粒粒徑
圖十五 產生微粒之眾徑(mode) 與液 體導電度及溶質濃度關係圖
圖十六 不同採樣起始時間測得之微粒粒徑分布圖
圖十七 平均後之微粒粒徑分布圖 圖十八 微粒眾徑(mode)隨採樣時 間變化趨勢圖
六、參考文獻
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