第四章 結果與討論
4.4 氣膠酸度對五價砷/三價砷比值影響之探討
除了地區間、日間與夜間及霾事件日與非霾事件日間會影響三價砷及 五價砷之分佈外，氣膠酸度亦會影響三價砷及五價砷之分佈，此節將深入 討論氣膠酸度及五價砷/三價砷比值之關聯性。當銨濃度較高足以中和硫酸 鹽與硝酸鹽時，氣膠呈鹼性；反之，當銨濃度不足以中和硫酸鹽與硝酸鹽 時，此時氣膠呈酸性。由於銨豐富與銨不足之量化過程較複雜，且其與五 價砷/三價砷比值變化較不直接，故本研究僅針對氣膠之酸性與鹼性狀態來 探討其對五價砷/三價砷比值之影響，不再針對銨豐富與銨不足對五價砷/
三價砷比值之影響進行討論。
氣膠中之主要化學成份包括硫酸鹽（SO42－）、硝酸鹽（NO3－）及銨鹽
（NH4+），而鎂鹽、鈣鹽、鈉鹽及氯鹽因其濃度很低而大多忽略不計，因 此可以由 3.4.1 節陰陽離子分析結果及運用第一章前言所提到的公式(1)進 行總酸度(Total acidity)的計算。總酸度計算後如為正值，表示氣膠是酸性 氣膠，如為負值，表示氣膠是鹼性氣膠。由表 4-4 得知內陸地區霾事件日 其總酸度為-24.8 nmol/m3小於非霾事件日總酸度7.37 nmol/m3，霾事件日 五價砷/三價砷比值 6.34 小於非霾事件日五價砷/三價砷比值 6.92，由總酸 度來看，霾事件日總酸度較低，環境有利於三價砷，因此，內陸地區霾事 件日會因PM2.5濃度較高且總酸度較低使得三價砷濃度較高，五價砷/三價 砷比值較低於非霾事件日的比值。
再由表 4-4 得知沿海地區霾事件日其總酸度為 7.9 nmol/m3小於非霾事 件日總酸度17.8 nmol/m3，霾事件日五價砷/三價砷比值 6.89 小於非霾事件 日五價砷/三價砷比值 7.58，由總酸度來看，霾事件日總酸度較低，環境有 利於三價砷，因此，沿海地區霾事件日會因 PM2.5濃度較高且總酸度較低
上述討論可以看出內陸地區與沿海地區其霾事件日總酸度皆低於非霾事 件日總酸度，五價砷/三價砷比值同樣地小於非霾事件日比值。
如圖 4-3，現址氣膠酸度可運用 AIM-II model（H+ - NH4+ - SO42− - NO3− - H2O） [61] 並輸入平均溫度、濕度及[NH4+]、[SO42−]、[NO3−]、[H+]total
到 AIM-II model 網址（http://www.aim.env.uea.ac.uk/aim/aim.php）即可得 到現址酸度[H+]in-situ。前面內容有提到運用公式(1)及離子層析儀（IC）的 陰陽離子分析結果進行總酸度（Total acidity）的計算，總酸度計算後如為 負值，表示氣膠是鹼性氣膠，此時因總酸度為負值，無法輸入到網址中進 行計算；反之，當總酸度計算後如為正值，表示氣膠是酸性氣膠，此時因 總酸度為正值，可輸入到網址中進行計算，得到現址酸度。將可得到現址 酸度的數據再依內陸地區、沿海地區之日間與夜間平均PM2.5濃度大於 35 μg/m3或是小於 35 μg/m3分別認定為霾事件日與非霾事件日，再由內陸地 區及沿海地區平均計算出五價砷/三價砷即可分別得到表 4-5。
由表4-5 可以看出在內陸地區霾事件日的現址酸度為 0.26 nmol/m3遠 小於非霾事件日的現址酸度1.64 nmol/m3，霾事件日的五價砷/三價砷比值 為 3.54 小於非霾事件日的比值 7.58，現址酸度較小時，其五價砷/三價砷 比值較小，而現址酸度較大時，五價砷/三價砷比值較大。以相同方式來進 行沿海地區討論，在沿海地區霾事件日的現址酸度為2.96 nmol/m3小於非 霾事件日的現址酸度5.64 nmol/m3，霾事件日的五價砷/三價砷比值為 5.41 小於非霾事件日的比值7.86，現址酸度較小時，其五價砷/三價砷比值較小，
而現址酸度較大時，五價砷/三價砷比值較大，在內陸地區與沿海地區中皆 可看出一致的趨勢。
如 4.3 節提到內陸地區及沿海地區共四次採樣其日間與夜間平均溫度、 別為 8.35 及 6.10，並在統計上有明顯差異(p<0.05)，與前述結果總酸度高 時，五價砷/三價砷比值高，總酸度低時，五價砷/三價砷比值亦較低具有 一致性。再由表4-7 可以看出日間及夜間平均現址酸度分別為 5.09 及 3.05，
而三價砷易存在 pH 較高之環境中 [24, 37]，且表 4-8 得到五價砷/三價砷 比值分別為 8.82 及 6.90，在統計上並無明顯差異(p<0.05)，但與霾事件與 非霾事件所得前述結果具有一致性，現址酸度較低，其五價砷/三價砷比值
較低。而如將內陸地區及沿海地區依日間、夜間、PM2.5濃度依大於及小於 35 μg/m3進行總酸度及五價砷/三價砷比值深入討論。將可發現在內陸地區 或是沿海地區其總酸度高時，五價砷/三價砷比值高，總酸度低時，五價砷 /三價砷比值亦較低(附錄一補充資料)。
另將收集之氣膠區分成鹼性氣膠或是酸性氣膠，再探討其對五價砷/
三價砷比值變化之影響，所得之結果如表4-8 及 4-9 所示。
由表 4-8 可以看出內陸地區的兩個採樣點台中市西區忠信國小及台中 市東區大智國小之鹼性氣膠其 PM2.5平均濃度為 44.8 μg/m3大於霾事件日 的定義值35 μg/m3，且鹼性氣膠之PM2.5濃度44.8 μg/m3遠高於酸性氣膠之 PM2.5濃度 24.0 μg/m3，並具有統計上明顯差異(p<0.05)，其總砷濃度、三 價砷濃度、五價砷濃度皆高於酸性氣膠之總砷濃度、三價砷濃度、五價砷 濃度，也具有統計上明顯差異(p<0.05，數據未呈現)。
鹼性氣膠與酸性氣膠的總酸度分別為 -24.6 及 14.4 nmol/m3，具有統 計上明顯差異(p<0.05)，且三價砷易存在 pH 較高之環境中 [24, 37]，因此 理論上三價砷在鹼性氣膠中濃度較高，三價砷在鹼性氣膠及酸性氣膠中濃 度分別為0.16 ng/m3與0.06 ng/m3可以得到驗證(數據未呈現)。另外，由於 內陸地區的兩採樣點之鹼性氣膠其 PM2.5濃度較高，總砷濃度、三價砷濃 度、五價砷濃度會較高並且因氣膠酸度為鹼性使得三價砷濃度高於酸性氣 膠之三價砷濃度2.7 倍，並且使得鹼性氣膠之五價砷/三價砷比值 5.91 小於 酸性氣膠之五價砷/三價砷比值 7.38，因此，在內陸地區具有較低的總酸度 會有助於提高三價砷濃度，進而造成五價砷/三價砷比值變小，如具有較高 的總酸度，其五價砷/三價砷比值較大。
以相同方式進行沿海地區討論，由表 4-9 可以看出沿海地區的兩個採 樣點台中市沙鹿區龍津高中及彰化縣線西國中之鹼性氣膠其平均 PM2.5 濃 度為38.7 μg/m3大於霾事件日的定義值35 μg/m3，且鹼性氣膠之PM2.5濃度 38.7 μg/m3遠高於酸性氣膠之PM2.5濃度24.5 μg/m3，並具有統計上明顯差 異(p<0.05) 。鹼性氣膠其總砷濃度、三價砷濃度、五價砷濃度皆高於酸性 氣膠之總砷濃度、三價砷濃度、五價砷濃度，其中三價砷濃度具有統計上 明顯差異(p<0.05，數據未呈現)。
鹼性氣膠與酸性氣膠的總酸度分別為 -15.8 及 20.4 nmol/m3，具有統 計上明顯差異(p<0.05)，且三價砷易存在 pH 較高之環境中 [24, 37]，因此 理論上三價砷在鹼性氣膠中濃度較高，三價砷在鹼性氣膠及酸性氣膠中濃 度分別為0.27 ng/m3與0.12 ng/m3可以得到驗證(數據未呈現)。另外，由於 內陸地區的兩採樣點之鹼性氣膠其 PM2.5濃度較高，總砷濃度、三價砷濃 度、五價砷濃度會較高並且因氣膠酸度為鹼性使得三價砷濃度高於酸性氣 膠之三價砷濃度2.3 倍，並且使得鹼性氣膠之五價砷/三價砷比值 6.61 小於 酸性氣膠之五價砷/三價砷比值 7.54，因此，在沿海地區具有較低的總酸度 會有助於提高三價砷濃度，進而造成五價砷/三價砷比值變小，如具有較高 的總酸度，其五價砷/三價砷比值較大，與內陸地區有一致的趨勢。由內陸 地區與沿海地區的總酸度與PM2.5濃度及五價砷/三價砷比值關聯性可以看 出氣膠呈鹼性有利於三價砷形成，使得三價砷濃度會高於酸性氣膠的三價 砷濃度，因此，五價砷/三價砷比值變小。
由圖4-4 可以看出沿海地區五價砷/三價砷之比值高於內陸地區五價砷
/三價砷之比值，且由表 4-6 可以看出在進行 t 檢定(student's t test)分析後五 價砷/三價砷之比值具有明顯差異(p<0.05)，夜間五價砷/三價砷之比值明顯
低於日間五價砷/三價砷之比值，圖 4-2 可以得知夜間三價砷濃度高於日間 三價砷濃度，因此可能造成夜間五價砷/三價砷比值較低。
圖 4-3 AIM-II model
表4-4 探討霾事件與非霾事件 As5+/As3+比值與總酸度之關係
註：*為 p<0.05 表示霾事件與非霾事件達到統計分析上“顯著差異”
的標準，p 值為 t 檢定(student's t test) 分析之結果 Non-haze day Haze day
內陸地區 (n=22) (n=10)
Total acidity (nmol/m3) 7.37 ± 15.5 -24.8 ± 17.2* As5+/As3+ 6.92 ± 3.46 6.34 ± 2.16
沿海地區 (n=22) (n=7)
Total acidity (nmol/m3) 17.8 ± 16.6 7.90 ± 19.6 As5+/As3+ 7.58 ± 5.04 6.89 ± 5.11
表4-5 探討霾事件與非霾事件 As5+/As3+比值與現址酸度之關係
註：*為 p<0.05 表示霾事件與非霾事件達到統計分析上“顯著差異”
的標準，p 值為 t 檢定(student's t test) 分析之結果
表 4-6 探討日間與夜間 As5+/As3+比值與總酸度之關係
註：* p<0.05 表示日間與夜間達到統計分析上“顯著差異”
的標準，p 值為 t 檢定(student's t test)分析之結果 Non-haze day Haze day
內陸地區 (n=17) (n=2)
As5+/As3+ 7.58 ± 3.57 3.54 ± 0.77 In-stiu acidity (nmol/m3) 1.64 ± 1.41 0.26 ± 0.15
沿海地區 (n=21) (n=5)
As5+/As3+ 7.86 ± 4.97 5.41 ± 3.21 In-stiu acidity (nmol/m3) 5.64 ± 6.67 2.96 ± 2.85
日間(n=52) 夜間(n=57) Total acidity (nmol/m3) 9.49 ± 28.9 3.94 ± 19.5
As5+/As3+ 8.35 ± 5.51 6.10 ± 4.34*
表4-7 探討日間與夜間 As5+/As3+比值與現址酸度之關係
表4-8 內陸地區之氣膠酸度及 As5+/As3+比值比較
註：*為 p<0.05 表示鹼性與酸性氣膠達到統計分析上“顯著差異”
的標準，p 值為 t 檢定(student's t test) 分析之結果
表4-9 沿海地區之氣膠酸度及 As5+/As3+比值比較
註：*為 p<0.05 表示鹼性與酸性氣膠達到統計分析上“顯著差異”
的標準，p 值為 t 檢定(student's t test) 分析之結果 日間(n=38) 夜間(n=37) As5+/As3+ 8.82 ± 6.21 6.90 ± 4.57 In-stiu acidity (nmol/m3) 5.09 ± 8.48 3.05 ± 4.44
鹼性氣膠 (n=14) 酸性氣膠 (n=18) PM2.5濃度 (μg/m3) 44.8 ± 15.9 24.0 ± 6.00*
Total acidity (nmol/m3) -24.6 ± 12.4 14.4 ± 7.36* As5+/As3+ 5.91 ± 2.20 7.38 ± 3.56
鹼性氣膠 (n=4) 酸性氣膠 (n=25) PM2.5濃度 (μg/m3) 38.7 ± 9.84 24.5 ± 9.19*
Total acidity (nmol/m3) -15.8 ± 6.36 20.4 ± 12.9*
As5+/As3+ 6.61 ± 6.90 7.54 ± 4.77
圖4-4 內陸與沿海之五價砷/三價砷比值比較
0.0
9.0
五價砷/三價砷
比值
沿海 內陸