第三章 研究方法
3.3 新興奈米產品於使用過程中逸散之定性定量分析
此測試方法為本國機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會所訂定出的 潔淨工作服規範之標準方法，其類似模擬潔淨工作服在使用時，微粒由紡織品逸 散出來的情形。漢姆克滾筒試驗常用於定量評估在標準狀態條件下，紡織品經外 力而逸散出的微粒數目。試驗儀器包含(1)漢姆克滾筒(如圖3.14)，由球磨機(ball mill) 改裝而成，轉速控制在10±0.1 rpm；(2)空氣採樣管(如圖3.15)，其開口端應平行於 旋轉軸心，位於旋轉栓與取樣管2.5 cm間距且於入口端約5 cm之距離，取樣管的角 度從滾桶前端看應為順時鐘11點鐘之方向；(3)微粒計數器，總採樣流量為28.3 L/min (1 ft3/min)，其操作及安裝應依ASTM F50之規定；(4)一個計時器；(5)經清潔 與去毛邊處理的316不銹鋼棒，長500 mm(20 inch)，直徑8 mm(0.3 inch)。
在進行測試時，須將漢姆克滾筒放至於潔淨等級為ISO Class 5 (Class 100)或 更乾淨的潔淨室中，且滾筒需接地，並且以計時器確認漢姆克滾筒的旋轉速度為 10±0.1 rpm，將旋轉速度紀錄於實驗資料表上。接著先量測背景微粒濃度值，使 用微粒計數器量測潔淨室內量測潔淨室內接近滾筒負載端≧0.3 μm 微粒濃度，
此端量測到的微粒數目濃度可視為潔淨室之濃度。使用40 cm (15.7 inch)可彎曲 導電塑膠管，連接微粒計數器與取樣管。連接管應過當選擇且避免任何突發性之 收縮或膨脹的情況發生，微粒計數器應避免放置於造成取樣管產生彎取過度之位 置。滾筒內的微粒濃度應為潔淨室微粒子濃度背景值10%以內，其中最小的粒徑 在背景值確認上視為參考粒徑值，且當滾筒內部微粒子濃度達到潔淨室背景值 10%以內水準時，記錄參考與較大粒徑的微粒子濃度。
在量測完背景微粒濃度後，方可進行正式的樣品取樣與分析。首先，移開滾 筒面板，保留取樣管於原來位置，再從乾淨的封口袋中，將代側潔淨工作服在沒 有摺到的狀態下拿出進行測試。在這過程當中，潔淨工作服不要接觸到操作人員、
地板及其他物品的表面，而且不要抖動潔淨工作服。滾筒在靜止及微粒計數器在 準備計數狀態下，在代側潔淨工作服放入滾筒內時，需注意先以柚口或褲口端進 入(此時袖口或褲口部位是離滾筒開口最遠)。放入代測品後，啟動漢姆克滾筒，同 時開始計數微粒數目。測試中應密切注意代測物品在滾筒內整個轉動的情形，因
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為如果在轉動的過程中，衣服退縮至原來的皺摺狀態，而非自由的翻滾，或覆蓋 住空氣取樣管的入口皆會影響到測試的結果。另外也可以從微粒計數器的採樣流 速及數目辨識採樣狀態是否正常，若空氣取樣管的入口被塞住，微粒數目將會被 低估。量測滾筒內衣服所產生的平均微粒數目濃度，應於轉動的第一個 10 分鐘 期間內完成。最後可由下列公式求得平均微粒逸散速率G(d)：
( )
10 ) ) (
( TC d B d
Q d
G
(3.15)其中G(d)為平均微粒逸散速率(#/min)，Q為微粒計數器的採樣流量(m3/min)，TC(d) 為測試10分鐘的微粒總數目濃度(#/m3)，B(d)為未放入代測紡織品滾筒內時，1 分鐘平均背景微粒總濃度(#/m3)。
圖3.14 漢姆克滾筒結構圖
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圖3.15 空氣取樣管結構圖
3.3.2 量測及採集系統
本國目前尚無測試紡織品在使用所造成微粒逸散的特性量測的標準方法，所 以本研究將建立一套轉動腔體測試機(rotating drun)，以測試奈米銀襪經1-5次轉動 所釋放出的氣懸微粒逸散特性，並參考Benn and Westerhoff (2008)的實驗方法，使 用一迴轉式震盪器(Orbital Shaker, model TS-500, 詠欣有限公司, 新竹台灣)固定轉 速在50±2 rpm(此轉數為一般洗衣機在清洗時之轉動速度，40-60 rpm)，將代測奈米 銀襪放入1 L的血清瓶後倒入0.5 L的超純水，以模擬奈米銀襪經清水清洗過程。此 模擬清洗階段主要探討奈米銀襪子經清水清洗後所造成的銀釋放，所以不加入任 何清潔劑以去處其造成的干擾。經過1小時的震盪後，清洗水樣品會先經過孔洞為 0.45 μm 的 濾 紙 過 濾 以 分 離 銀 微 粒 與 銀 離 子 ， 最 後 過 濾 完 的 水 樣 將 會 使 用 LA-ICP-MS法內標定量釋於清洗水中的銀成分，實驗流程如圖3.16所示。測試用的 奈米銀抗菌襪將由PEN所收錄的奈米銀遠紅外線抗臭健康襪(黑色，500 NT/雙)、具 有奈米標章的的奈米銀抗菌襪(黑色，200 NT/雙)以及一雙無認證含奈米銀的抗菌 襪(黑/灰色，105 NT/雙)。
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圖3.16 新興奈米產品於使用過程中逸散特性分析之實驗流程圖
圖3. 17為實驗設置圖，本研究根據潔淨工作服規範之標準測試方法，固定滾 筒轉速為10±0.1 rpm，總流量控制在28.3 L/min，後端使用掃描式電移動度粒徑分 析儀(SMPS, Scanning Mobility Particle Sizer, Model 3936, TSI Incorporated, St. Paul, MN, USA)以及氣動粒徑分析儀(APS, Aerodynamic Particle Sizer, Model , TSI Incorporated, St. Paul, MN, USA)量測未放置代測紡織品在滾筒腔內的微粒數目濃 度分布，量測的時間為10分鐘，並將其濃度平均且定義為背景值。在未轉動與轉 動(未放入襪子)時轉動腔體內部的微粒數目濃度可降至0-3 #/cm3以下，如圖3.18所 示，微粒的表面積濃度也可將低至0-0.02 μm2/cm3以下。在完成背景值測定後，便 可將代測紡織品放至滾筒內開始正式的轉動腔體測試。
圖3. 17 氣懸微粒量測及採集系統圖。
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此 外 ， 本 研 究 將 使 用 本 團 隊 自 行 研 發 的 濃 縮 奈 米 採 樣 器(CNS, Microorifice-based Concentrated Nanoparticle Sampler)採集由代測物品逸散出的微 粒樣品，供穿透式電子顯微鏡(TEM, Transmission Electron Microscopy)觀察微粒形 貌，同時使用能量散射光譜儀(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)分析微粒元素 成分，以探討逸散微粒的特性。
0.1 1 10 100 1000 10000
particle diameter (nm) 0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
dN/dlogDp (#/cm3)
Rotating Drum, background test raw data
圖3.18 轉動腔體測試平台之背景數目濃度分布。
本研究為了觀察微粒形貌以及分析微粒成分，已研發出一濃縮奈米採樣器供 掃描式電子顯微鏡(SEM, Scanning electron microscope)、穿透式電子顯微鏡(TEM, Transmission electron microscope) 與 能 量 散 射 光 譜 儀 (EDS, Energy Dispersive Spectrometer)之樣品製備用。此採樣器包含一個旋風器和一個濃縮微孔過濾器。本 濃縮過濾式裝置具有一多微孔噴嘴(含137個直徑為55 μm的噴嘴)，相較於其他樣品 製備方法，此設計不僅可將微粒集中於各個噴嘴下方也可縮減採樣時間。本採樣 器依照後端CPC的操作流量(high flow mode, 2 L/min)下，所產生的壓損為69 cm H2O。採樣之前，在噴嘴下方各放置一片PCTE濾紙及一銅網，即可同時將奈米微 粒收集至兩種樣本基質上且完成TEM及SEM影像觀察的樣品製備程序。
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3.4 研究探討以雷射剝蝕感應耦合電漿質譜儀法(LA-ICP-MS)內標定