2-1 資料蒐集與採樣點選擇
根據前人的報導指出台灣溫泉共 128 處 (宋聖榮、劉佳玫, 2003)，而本研究 依照台灣溫泉出露地的地質特性將研究區域區分為三區，分別以北部大屯火山地 區的火成岩、西南部的沉積岩區的泥火山以及東部花蓮一帶的變質岩為母岩。本 研究一共有 16 處採樣點 (圖 2-1)，主要由前人已發表的溫泉資料中，選出溫度 較高的溫泉與泥火山，另外增加北部的富源溫泉與金山漁會溫泉、西南部的小滾 水與新養女湖和東部的虎爺溫泉等採樣點 (表 2-1)，進行現地調查與樣本蒐集的 工作。
2-2 水化學分析工作
2-2-1 溫泉水中陽離子與微量元素分析
陽離子的分析工作所使用的儀器為台灣大學地質系宋聖榮老師實驗室 之感應耦合電漿原子發射光譜儀 (Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry; ULTIMA 2, HORIBA John Yvon)。所測定的主要陽離子，包括 Na+、
K+、Mg2+、Ca2+、Fe total、Al3+ 與 Mn total。微量元素則包括 As、B、Ba、Bi、
Cd、Cr、Co、Cu、Li、Ni、Pb、Si、Sr 與 Zn。標準品為 MERCK 1000 mg/L 的 標準溶液。個別樣本的分析誤差低於 3%，偵測極限為 0.05 ppm。
2-2-2 溫泉水中主要陰離子分析
陰離子分析工作所使用儀器為台灣大學地質系宋聖榮老師實驗室之離子層 析儀 (Ion chromatography; Metrohm MIC-5ADV)。所測定的陰離子，包括 Cl-、 Br-、NO3-、PO43- 與 SO42-。流洗液為 3.2 mM Na2CO3 / 1 mM NaHCO3。標準品
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為 MERCK 1000 mg/L 的標準溶液。測定檢量線所使用的濃度為 0.1、0.5、1、
5、10、20 ppm。個別樣本的分析誤差低於 5%，偵測極限為 0.1 ppm。
表 2-1、台灣溫泉水化學與地質特徵。
溫泉名稱 溫度(℃) pH 所屬地層 地層岩性 特殊地質現象
北台灣地區溫泉
地熱谷 68.3 1.4 五指山層 砂岩
硫磺谷 89.0 2.8 五指山層 砂岩/凝灰角礫岩 硫氣孔/熱水換質 龍鳳谷 79.6 5.4 安山岩/凝灰角礫岩 硫氣孔
大油坑 91.9 1.5 安山岩 硫氣孔/熱水換質
小油坑 71.6 2.4 安山岩 硫氣孔/熱水換質
七股 49.5 2.2 凝灰角礫岩 熱水換質
磺山 65.0 2.9 安山岩/凝灰角礫岩 硫氣孔/熱水換質 金山漁會 65.1 5.8 五指山層 砂岩/第四紀沉積物
富源 67.7 1.8 五指山層 砂岩/第四紀沉積物
磺港 74.2 3.0 五指山層 砂岩/第四紀沉積物 東台灣地區溫泉
花蓮紅葉 88.0 6.5 大南澳片岩 雲母片岩
安通 66.0 8.7 利吉層 凝灰角礫岩 白色碳酸鈣沉澱物
虎爺 49.8 6.9 大南澳片岩 雲母片岩 南台灣地區溫泉
關仔嶺 63.8 8.4 中崙層 泥質頁岩 小滾水 26.1 7.7 古亭坑層 厚層泥岩 新養女湖 43.5 7.9 烏山層 砂質頁岩
附註：溫泉水溫與酸鹼度為本研究採樣時之測量結果，所屬地層、岩性和特殊地 質現象之資料來源為宋聖榮、劉佳玫 (2003) 與陳柏淳 (2005)。
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圖 2-1、本研究採樣地點。 (1.地熱谷 2.硫磺谷 3.龍鳳谷 4.小油坑 5.七股 6.大油坑 7.磺山 8.富源 9.金山漁會 10.磺港 11.關仔嶺 12.
小滾水 13.新養女湖 14.虎爺 15.紅葉 16.安通)。
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2-2-3 溫泉水中有機酸分析
有機酸分析工作所使用儀器為台灣大學地質系宋聖榮老師實驗室之離子層析儀 (Ion chromatography; Metrohm MIC-5ADV)。所測定的有機酸包括 HCOO-、 CH3COO- 與 CH3CH2COO-。流洗液為 0.001 N 之 H2SO4。標準品分別利用 HCOONa、CH3COONa 與 CH3CH2COONa 三種藥品配置 200 ppm，再加以稀 釋。測定檢量線所使用的濃度為 0.1、0.5、1、5、10、20 ppm。個別樣本的分析 誤差低於 3%，偵測極限為 0.1 ppm。
2-2-4 溫泉水中總有機碳分析
水中總有機碳分析工作所使用儀器為台灣大學海洋研究所溫良碩老師實驗 室之總碳分析儀 (TOC 1030)。使用之氧化劑為 10% 之 Na2S2O8，酸化劑為 1 L 之 4.25% 的 H3PO4。標準品利用 C8H5KO4 (Potassium Hydrogen Phthalate) 藥 品配置成 1000 ppm，再加以稀釋。測定檢量線所使用的濃度為 0.1、0.5、1、5、
10、20 ppm。個別樣本的分析誤差低於 3%，偵測極限為 0.1 ppm。
2-2-5 溫泉水中總溶解 HS- 分析
水中總硫化物分析採用甲烯藍法，測量所使用的儀器為台灣大學地質系林立 虹老師實驗室之分光光度計 (JΛSCO V-550)。水樣於野外取樣後立即過濾，混合 7.5 ml 水樣、 0.5 ml 之 amine-sulfuric acid 與 0.15 ml 之 FeCl3 後，立即搖晃 均勻。靜置 5 分鐘，再加入 (NH4)2HPO4，反應生成甲烯藍 (Methylene blue)。帶 回實驗室後，使用分光光度計在波長 664 nm 處測定水樣中硫化物之濃度。個別 樣本的分析誤差低於 5%，偵測極限為 0.1 ppm。
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2-2-6 溫泉水中 Fe2+ 與 Fe total 分析
水中 Fe2+ 與 Fe total 分析所使用的儀器為台灣大學地質系林立虹老師實驗室 之分光光度計 (JΛSCO V-550)。標準品利用硫酸亞鐵 (FeSO4) 藥品配置與稀釋 成 1、5、10、20、50、75 與 100 ppm，對照成 Fe2+ 濃度分別為 0.37、1.84、
3.68、7.36、18.42、27.63 與 36.84 ppm，並以 0.25 M 之鹽酸當作背景值。分 別取 0.1 ml 的配置標準品與 0.9 ml 的 ferrozine reagent (0.25 g ferrozine 溶解 於 250 ml HEPES 溶液，並將 pH 值調至 7)，混和均勻後，使用分光光度計在 波長 652 nm 處量測其吸光度值，進行檢量線測定。
2-2-7 溫泉中沉積物礦物相分析
礦物相分析工作所使用的儀器為中研院地球科學所俞震甫教授實驗室之 X 光繞射儀 (X-ray diffraction, XRD; Rigaku MiniFlex AD0316)。X 射線管為銅靶，
實驗電壓 30 kV，電流 15 mA。於實驗室將沉積物烘乾磨碎，取少量沉積物粉末 與去離子水，充分混合均勻，吸取約 100 μl 滴於載玻片上，靜置隔夜等待自然風 乾。風乾後的薄片再進行 X 光繞射分析，得到繞射圖譜後進一步作礦物種類的 定性鑑定。
2-3 氣體化學分析 2-3-1 氣瓶準備工作
1. 將藍色橡膠圔 (Belco, septum stopper, No. 2048-11800) 浸泡在裝有 1 N NaOH 的鐵氟龍燒杯中，隔水加熱至沸騰後煮一小時後，先以去離子水淨洗，
再將橡膠圔浸泡於去離子水中加熱至沸騰後煮一個小時，以去除橡膠圔中的 未知氣體。
2. 將容積 160 ml 的血清瓶圔上已處理過的橡膠圔，蓋上鋁環確保密封後，以 真空幫浦抽氣至瓶內壓力約為 0.2 torr。
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2-3-2 採集氣體方法
圖 2-2 為採集氣體裝置示意圖。管路的一端置入溫泉池中，另一端轉接上針 頭，先以蠕動式幫浦將溫泉水填充滿整個管路，確定管中沒有空氣的存在後再將 針頭插入真空瓶抽取溫泉水。由於瓶內為負壓，所以當溫泉水抽入瓶中後，溶於 水中的氣體會釋放出來。待瓶中充填的水體積穩定不增加，再將針頭拔出，即完 成一個氣體樣本的收集。
圖 2-2、採集氣體裝置示意圖。
2-3-3 溫泉水中溶解氣體分析
本研究的氣體分析工作所使用儀器為台灣大學地質系林立虹老師實驗室之 氣相層析儀 (Gas chromatography; Agilent Technologies 6890N)。測量氣體種類包 括 H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6 和 C3H8。所使用之閥門進樣系統採直 接注射進樣，進樣迴路的體積為 0.25 ml。氣體通過之層析管柱均為填充管柱，
填充物分別為 Mole sieve 5A 與 Porapak Q。偵測器的部分依序串聯熱傳導偵測 器 (Thermal conductivity detector, TCD) 、觸媒轉換器 (Nickel catalyst) 和火焰離
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子化偵測器 (Flame ionization detector, FID)，測量時依所測量氣體之需要開啟不 同偵測器。分析時均以氣密針 (Gas-tight syringe) 取樣與進樣。
針對測量不同種類氣體和濃度的需要，需要選擇不同載氣、管柱的種類，以 及選擇是否開啟觸媒轉換器，依設定需要可將實驗方法分成三類，說明如下：
1. 採用載氣為 He，管柱為 Mole sieve 5A，使用 TCD 偵測 O2 與 N2。個別樣 本的分析誤差低於 3%，系統誤差低於 10%，偵測極限為 100 ppm。
2. 採用載氣為 N2，管柱為 Mole sieve 5A，並開啟觸媒轉換器，使用 TCD 偵測 H2，FID 則用於偵測 CH4 與 CO。偵測極限皆為 10 ppm。H2 個別樣本的分 析誤差低於 3%，系統誤差低於 10%；CH4 個別樣本的分析誤差低於 2%，系 統誤差低於 3% ; CO 個別樣本的分析誤差低於 3%，系統誤差低於 2%。
3. 採用載氣為 He，管柱為 Porapak Q，使用 TCD 偵測 CO2，FID 偵測 C2H6 與 C3H8 等碳氫化合物。偵測極限皆為 10 ppm。 CO2 個別樣本的分析誤差低於 2%，系統誤差低於 8% ; C2H6 與 C3H8 個別樣本的分析誤差低於 5%，系統誤 差低於 2%。
2-3-3-1 標準氣體配置
本實驗所使用的標準氣體共有 7 種。各種標準氣體中的成分、濃度、所使用 的偵測器種類與所搭配的管柱類型，詳列於表 2-2 中。
2-3-3-2 檢量線測定
為避免操作時可能發生的空氣污染影響到測量結果，因此對於 O2 與 N2 的 檢量線測定，均以氣密針直接自氣瓶中抽取標準氣體，不經任何稀釋便直接測量。
其餘不易受空氣污染影響的氣體，如 CO、H2、CH4、CO2、C2H6 與 C3H8 等，
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則皆以集氣袋稀釋成不同濃度後，再進行檢量線測定。
1. O2、N2 的檢量線測定：利用氣密針直接從標準氣瓶內抽取氣體，其中 O2 檢 量線測定所使用的濃度為 100 ppm、1.00%與 5.01%；N2 檢量線則為 100 ppm 與 4.99%。
2. CO 的檢量線測定：以 N2 稀釋標準氣體，檢量線濃度為 10、50、100、500 ppm。
3. H2、CH4 的檢量線測定：以 N2 稀釋標準氣體，H2檢量線測定所使用的濃度 為 10 ppm、50 ppm、100 ppm、500 ppm、1000 ppm、5000 ppm 以及 1.00%;
CH4 檢量線測定所使用的濃度為 10 ppm、50 ppm、100 ppm、500 ppm、1000 ppm、5000 ppm、1.00% 與 4.00%。
4. CO2 的檢量線測定：以 He 稀釋標準氣體，檢量線測定所使用的濃度為 50 ppm、100 ppm、500 ppm、1000 ppm、5000 ppm、1.00% 與 4.99%。
5. C2H6、C3H8 的檢量線測定：以 N2 稀釋標準氣體。C2H6 檢量線測定所使用 的濃度為 10 ppm、50 ppm、100.2 ppm、501 ppm 與 1002 ppm；C3H8 檢量 線測定所使用的濃度為 9.96 ppm、49.8 ppm、99.6 ppm、498 ppm 和 996 ppm。
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表 2-2、各種標準氣體的成分、濃度、偵測器種類與管柱類型。
Scott standard gas (501697) 1
Scott standard gas (22561) 2
Scott standard gas (501824) 1
Scott standard gas (301300) 2
Scott standard gas (305200) 1
Scott standard gas (303200) 1
Scott standard
gas (303103) 3 Detector Column
CO 4 5.00% 1.00% TCD/FID mole sieve 5A
CO2 4.99% 1.00% 0.20% TCD porapak Q
H2 4.01% 1.00% 100 ppm TCD mole sieve 5A
CH4 4.00% 1.00% 992 ppm TCD/FID mole sieve 5A /
porapak Q
N2 4.99% 100 ppm 4.99% TCD mole sieve 5A
O2 5.01% 1.00% 100 ppm 5.01% TCD mole sieve 5A
He 4.00% TCD/FID mole sieve 5A
C2H6 1002 ppm 3.00% TCD/FID porapak Q
C3H8 996 ppm TCD/FID porapak Q
n-C4H10 997 ppm 1.01% FID porapak Q
n-C5H12 1010 ppm FID porapak Q
n-C6H14 1004 ppm FID porapak Q
1帄衡於 He；
2帄衡於 N2；
3帄衡於 CH4；
4若開啟觸媒轉換器 (Nickel catalyst)，則偵測器選用 FID。
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2-3-4 溶解氣體濃度計算與校正 2-3-4-1 溶解氣體濃度測量
野外採集樣本時共收集 10 瓶，其中 8 瓶為測量氣體濃度之用，另外 2 瓶則 為測詴瓶內壓力或做為備用樣本。量測氣體濃度前，將氣瓶從 4℃ 冰箱拿出來 回復至室溫。先以針筒確認測詴用氣瓶內的壓力狀態，做為將瓶內壓力恢復為 1 atm 的依據，以便濃度的計算與校正。若上部空間為負壓，則打入載氣直至瓶內 回復到 1 atm，並記錄所打入的載氣體積；若瓶內上部空間為正壓，則移除部分 上部空間之氣體直至回復到 1 atm，並記錄所移除的氣體體積。
量測氣體樣本前，先依照測詴氣瓶所記錄需要打入載氣或移除上部空間氣體，
讓每個樣本的瓶內壓力皆回復到 1 atm。本實驗進樣使用氣密針，抽取氣體前，
為了維持瓶內與針內壓力均為 1 atm，所以採取打 1 ml 載氣入瓶內，待其帄衡再 抽取 1ml 樣本進樣。氣樣注入進樣迴路，由氣相層析儀分析出該氣體濃度。
2-3-4-2 溶解氣體濃度計算
使用氣相層析儀所量測到的氣體濃度為上部空間氣體的濃度，所以必頇再根
使用氣相層析儀所量測到的氣體濃度為上部空間氣體的濃度，所以必頇再根