本研究將研究大氣環境奈米微粒的粒徑分佈、質量濃度及化學成分，包括 水溶性離子、微量元素及多環芳香族化合物(PAHs)等，所採用之大氣微粒採樣 方法依據Chen et al. (2010a)使用兩台十階MOUDIs (Model 110, MSP Corp., MN, USA)來 採集微 粒的質量分 佈，採樣 的同時也同 步使用 1 台 SMPS (Scanning mobility particle sizer, TSI Incorporated, St. Paul, MN, USA)量測奈米微粒的粒徑 分佈。為了能有更多的實驗數據可用於與MOUDI的PM10及PM2.5數據作比較，
也使用1台PM10虛擬衝擊器(Dichotomous, Model SA-241, Andersen Inc.,Georgia, USA)量測PM10及PM2.5的濃度。
MOUDI 及 Dichot 收集下來的微粒，由本計畫合作單位中央研究院環境變 遷中心許世傑博士實驗室用 LA-ICP-MS 及 ICP-MS 方法分析奈米微粒的金屬成 分。微粒離子成分將由交通大學環境工程研究所蔡春進教授實驗室負責以 IC 進 行分析。PAHs 的採樣及分析是由朝陽科大楊錫賢教授協助。
3.1.1 空氣中奈米微粒採樣方法開發空氣中奈米微粒採樣方法開發空氣中奈米微粒採樣方法開發空氣中奈米微粒採樣方法開發
在前期的研究，我們發現使用塗敷適當矽油的鋁箔(0.3-0.5 mg)作為 MOUDI 的衝擊基質，可大幅降低微粒彈跳的問題，MOUDI 採集到的奈米微粒質量濃度 與 SMPS 數目濃度轉換的質量濃度符合，誤差在 30%以下，但國內外文獻的比 對誤差都達 2 倍以上。為了能夠更進一步以不塗敷適當矽油的鋁箔或其它濾紙 作為微粒收集基質以利樣本後續的化學分析，Chen et al. (2011)也針對相對濕度 對 MOUDI 中微粒彈跳的影響做了進一步的探討，使用濕度調理系統(可控制 RH:
20-99%)控制濕度進行研究，其結果顯示當 MOUDI 使用無塗敷矽油的鐵氟龍及 鋁箔作為衝擊基質時，相對濕度分別為 65-80%及 75-80%時，微粒彈跳不會影 響奈米微粒採集的準確性。Chen et al. (2011)使用相同的濕度控制系統進行濕度 控制，此系統包含加濕-乾燥兩用系統(FC 200-780, Perma Pure LLC, Toms River, NJ, USA)及 PID (proportional-integral-differential)控制器，實驗系統如圖 3.2 所 示。此系統可控制採樣氣體進入 MOUDI 入口端的相對濕度範圍在 10-99%，此 系統可在 10 分鐘內調整到設定的相對濕度範圍並達到穩定，PID 控制器可自動 調整加濕及乾燥空氣進入系統的流量，相對濕度的變動範圍在±2%以內。
M1, reference MOUDI grease coated foil
M2, uncoated foils or M3, uncoated Teflon filters
PID
噴孔從出口朝入口觀測的顯微鏡照片，由圖顯見所有噴孔的入口及出口皆接近 圓形。表 3.1 為 7-10 階噴嘴板孔徑量測的結果，數據顯示孔徑與理論設計值相 近且均勻(相對偏差小)。
圖 3.3 MSP MOUDI(左)及本研究(右)所開發的採樣器第九階噴嘴示意圖及顯微 鏡拍攝圖。
圖 3.4 本研究自行製造第七~十階噴嘴顯微鏡拍攝圖。
表 3.1 本研究自行製造第七至第十階噴嘴板量測結果。
設計值 (µm) 量測值 (µm) 標準偏差 (µm) 厚度 (µm) 第 7 階 140 138.7 0.7 120 第 8 階 110 109.5 0.8 120 第 9 階 55 54.2 0.2 120 第 10 階 52 51.5 0.4 120 註：平均孔徑是量測 10%以上噴孔數所得
為了驗證本研究自行研發之多微孔噴嘴 NCTU 大氣奈米微粒採樣器(MCI, micro-orifice cascade impactor)也具有和市售 MOUDI 的噴嘴板有相同的微粒分 徑能力，且具有不易造成微粒損失及阻塞的特點，本年度計畫預計將針對 NCTU MCI 做近一步的實驗室校正與實場採樣測試，工作項目包括：1. 校正 NCTU 大 氣奈米微粒採樣器裝載新型第 7 至第 10 階多微孔噴嘴片的微粒收集效率曲線。
2. 測試 NCTU MCI 改善微粒損失之情況。3. 評估 NCTU MCI 多微孔噴嘴板微 粒阻塞改善之情況。4. 將 NCTU MCI 和市售 MOUDI 進行現場採樣比對。以下 將詳述各個工作項目的流程及方法。
NCTU 大氣奈米微粒採樣器大氣奈米微粒採樣器大氣奈米微粒採樣器的大氣奈米微粒採樣器的的的微粒微粒微粒微粒收集收集收集收集效率曲線校正效率曲線校正效率曲線校正效率曲線校正
NCTU MCI 微粒收集效率曲線校正系統是參考 Marple et al. (1991)中方法，
如圖 3.5 所示。整個實驗系統包含有多徑氣膠微粒產生器、靜電粒徑篩分器、微 粒靜電中和器(Aerosol Neutralizers, Model 3077, TSI Inc., MN, USA)、氣膠靜電計 (Aerosol electrometer, AE, model 3068, TSI, Inc., St. Paul, Minn.)，而本研究將以油 酸液滴做為校正用微粒。
油酸微粒係由定量霧化器(Constant output atomizer, Model 3076, TSI Inc., MN, USA)產生，經乾燥、稀釋後導入靜電粒徑篩分器(Electrostatic Classifier, Model 3080, TSI Inc., MN, USA)篩選欲測試的單徑微粒。被篩選出的單徑微粒再 通過靜電中和器以去除微粒電荷，之後藉由三向閥的調整，讓微粒導入旁通道 或通過 MCI 或 MOUDI，之後再由 AE 取得旁通道及 MCI 或 MOUDI 下游的電 流量所轉換的微粒數目濃度(Ndownstream)並帶入公式(3.1)，即可計算衝擊器對各粒 徑微粒的收集效率(E)，旁通道所測得的微粒數目濃度即為 MCI 或 MOUDI 入口 的微粒數目濃度(Nupstream)。
% 100 ) 1
(
(%)= − ×
upstream downstream
N
E N (3.1)
此實驗在不同的粒徑下各須進行十次以上的重複以求取平均值。另外本研究在 各校正實驗中皆保持旁通道的管線長度與經過採樣器的管線長度相同，以減低 微粒傳輸損失造成量測的誤差。
圖 3.5 MCI 及 MOUDI 校正實驗之系統配置圖。
NCTU MCI 與與與與 MSP 多微孔噴嘴片微粒損失多微孔噴嘴片微粒損失多微孔噴嘴片微粒損失多微孔噴嘴片微粒損失之比較之比較之比較 之比較
本計畫將研究 NCTU MCI 的 7-10 階噴嘴片與 MSP 原廠噴嘴片微粒損失的 情形，擬使用圖 3.5 的微粒產生及量測系統，讓微粒由四向閥控制交替通過分別 僅裝載一階欲測試的 NCTU 及 MSP 噴孔板的及無裝載任何噴嘴的 MOUDI，此 時 MOUDI 中不放置衝擊板，之後以 AE 量測三台 MOUDIs 下游的微粒濃度，
即可比較出 NCTU 噴嘴是否比 MSP 噴嘴的微粒損失少，及兩種噴嘴的絕對微粒 損失量。產生的單徑微粒之粒徑應介於欲測試階層的上一階及該階的截取粒徑 之間，所以第七、八、九及十階的測試微粒之粒徑應分別為 320-560、180-320、
100-180 及 56-100 nm。單一階噴嘴的測試時間預計持續進行至少 10 分鐘，每 10 秒取一次平均，計算噴嘴的平均微粒損率。
NCTU MCI 多微孔噴嘴片微粒阻塞改善之評估多微孔噴嘴片微粒阻塞改善之評估多微孔噴嘴片微粒阻塞改善之評估多微孔噴嘴片微粒阻塞改善之評估
本研究將產生高濃度多徑固體微粒同時導入原廠的 MOUDI 及新改良之 MCI 中，藉由觀察壓損隨時間的變化及採樣後利用顯微鏡觀測噴嘴，評估噴嘴 是否有微粒阻塞的情形，實驗系統如圖 3.6 所示。實驗中以微小粉末分散器分散 TiO2粉體(粒徑範圍 2-300 nm)，揚起的 TiO2以靜電中和器移除微粒的帶電，之 後導入混合腔體內使微粒濃度均勻，最後同時將微粒導入原廠 MSP MOUDI 及
新的 NCTU MCI 中。於實驗過程中，每 5 分鐘記錄一次兩台儀器的壓損，且為 了不影響採樣器的壓損讀值，實驗過程中還需確認混合腔體內外的壓力平衡。
此外本研究也利用一套 SMPS 系統監測混合腔體內微粒的粒徑分佈。
圖 3.6 微粒阻塞實驗系統圖
NCTU MCI 及及及及 MSP MOUDI 之現場採樣比對之現場採樣比對之現場採樣比對之現場採樣比對
待實驗室內的校正工作完成之後，本研究將藉由與 MSP MOUDI 的現場採 樣比對測試 NCTU 大氣奈米微粒採樣器的現場採樣能力。採樣的時間及地點則 配合本研究另一個於空氣品質測站採集奈米微粒的工作項目。
品質管制品質管制
品質管制品質管制QA/QC之建立之建立之建立之建立
奈米微粒採樣工作的 QA/QC 目前都已撰寫成一份品保品管規劃書，內容包 括採樣器(MOUDI 及 Dichot)的使用、清潔及校正；濾紙調理、切割及運送；濾 紙編號；相關現場採樣記錄表等。
3.1.2 國內環境空氣中國內環境空氣中國內環境空氣中國內環境空氣中 PM 及及及及奈米微粒之採樣分析奈米微粒之採樣分析奈米微粒之採樣分析奈米微粒之採樣分析
大氣懸浮微粒不同於氣體污染物，它具有各種不同粒徑和化學成分，對於 環境和國民健康的危害影響重大。為了提升對國民健康的保障，我國已設有 PM10
標準值，但對於 PM2.5卻受限於監測數據的不足，特別是化學成分數據的缺乏，
以致健康風險界閾值瞭解的不足。目前國內尚無 PM2.5 空氣品質標準，有鑑於
此，學者李崇德教授於今年初承接環保署「細懸浮微粒(PM2.5)質量濃度與成分 人工採樣分析先驅計畫」，於北、中、南部挑選 8 座空氣品質監測站進行 PM2.5
質量濃度及化學成分監測。
為了能夠得到較完整的粒徑分佈以及各粒徑區間之化學成分資訊，本研究 將配合上述計畫於 8 個空氣品質測站中的 2 個測站及另外選定的竹東測站進行 微粒的分徑採樣，包含粗、細微粒及奈米微粒採樣，預計執行 36 站次採樣計畫，
每個測站 12 次以上，分三個季節採樣，原則上每一至兩個禮拜選擇一個測站進 行兩次採樣，每次採樣時間為 24 小時。本研究的三個測站分別為台北的新莊測 站和中山測站以及新竹的竹東測站，此 3 個測站的詳細資料如表 3.2 所示。中山 站位於台北市新興國中四樓頂，其後方為操場，校舍緊鄰民權東路，道路車流 量頗大。新莊測站位於台北縣新莊市輔仁大學校園內西側校舍的三樓樓頂，採 樣口離地面高約 15 米。竹東測站位於新竹縣竹東鎮大同國小校舍四樓樓頂，屬 一般大氣監測站，採樣口離地面約 15 米，測站西北方有一棟六層樓高之建築物。
上述 3 個測站皆座落於都會區內，因此皆具有都會區之空間代表性，所採集到 的數據除了可用來評估都會區內民眾奈米微粒暴露之健康風險之外也可和上述 PM2.5採樣計畫之數據作相互驗證。本採樣計畫執行之組織與職責及採樣流程如 圖 3.7 與圖 3.8 所示。
圖 3.7 環境空氣中奈米微粒採樣計畫執行之組織及職責