檢量線製備與確認

第三章實驗方法

3.5 品質保證與品質管制 (QA/QC)

3.5.1 檢量線製備與確認

本研究取適量 DEHP 原液溶解於正己烷 (hexane) 中，並以連續稀釋的方式分別配製 5, 10, 25, 50, 75 及 100 mg/L 等六種不同濃度之 DEHP 標準液，取固定 DEHP 標準液體積 (1 µL) 注入氣相層析儀中進行分析，不同濃度的樣品均需分析 7 次，同時並利用 20 mg/L 之 DEHP 標準品做為檢量線之確認濃度，此確認標準品必須於每 10 次樣品注射分析後進行確認，本研究於每 10 次分析後獲得之誤差百分比皆小於 5%。

3.5.2 方法偵測極限 (Method Detection Limit, MDL)

本研究含 DEHP 物質其樣品濃度分析程序為，將土壤樣品以索氏萃取法進行萃取完畢後，再以氣相層析儀-火焰離子檢測器 (GC-FID) 分析 DEHP 濃度。

因此本研究分別針對氣相層析儀 (GC-FID) 與索式萃取法進行方法偵測極限值之建立；在氣相層析儀部份，本研究配製之 DEHP 標準濃度樣品為 1 mg/L，將此濃度之樣品分別進行 7 次分析，分析所得之標準偏差值 (standard deviation, SD) 之 3 倍即為 GC-FID 之方法偵測極限，目的為探討 DEHP 溶液相之偵測極限；另外在索氏萃取方法部分，方法為配置 10 mg/kg 之石英砂樣品，於相同之萃取條件下分別萃取 7 次，分析後所得標準偏差值之 3 倍即為本實驗室索氏萃取法，對於 DEHP 樣品之方法偵測極限，目的為了解污泥摻合土中 DEHP 可被萃取之最低濃度。

3.5.3 重覆樣品分析與再現性 (Reproducibility)

本研究於實驗進行過程中，在每 4 個分析樣品中任選 1 個樣品，分別進行 3 次之萃取工作，並將此 3 次獲得之結果，計算其相對標準偏差值 (relative standard deviation, RSD)，以此偏差值之大小間接表示於每批次全體樣品在萃取過程中之再現性高低。

3.5.4 添加樣品萃取分析

本研究於每批次樣品經索氏萃取並以 GC-FID 分析得 DEHP 濃度後，於原先未萃取之土壤樣品中，在每 10 個樣品中，選擇 1 個樣品進行 DEHP 標準濃度樣品添加於土壤樣品中之工作，而每次添加於土壤樣品的 DEHP 濃度，為此樣品在先前分析得之 DEHP 濃度，以等同此 DEHP 之濃度值進行添加，以避免其後添加 DEHP 濃度值與原先樣品 DEHP 濃度值相差過大，因而造成添加樣品萃取及定量分析上之誤差產生。最後計算出每次添加樣品後之樣品回收率 (recovery)，來間接表示全體土壤樣品於萃取過程中之準確性。

3.6 樣品萃取方法及分析方法

3.6.1 樣品萃取方法

本研究中土壤樣品之萃取方法為我國環保署公告之標準方法-索氏萃取法 (NIEA M165.00C)。

3.6.2 分析方法

污泥掺合土壤樣品經索氏萃取後之樣品萃取液，利用氣相層析儀-火焰離子檢測器 (GC-FID, HP 5890) 配合毛細管柱 (DB-5 capillary column) 進行分離，完成 DEHP 物質定量與定性分析之工作。 GC-FID 定性方面: 1. 在一定 GC 分離管柱及 GC 操作條件下，以固定濃度之 DEHP 標準品施打於 GC 中，確認 DEHP 物質在 GC-FID 圖譜中所出現的波峰 (peak) 停留時間 (retention time)，利用每種物質均有確定的停留時間，作為定性指標。 2. 在 DEHP 溶液中加入不同劑量之純 DEHP 溶液，利用其物質峰高增加定性；在定量方面: 選擇 GC 圖譜中物質波峰面積為定量之依據。而樣品注射方式則以手動方式注入 1 µL 之萃取液進行分析。本研究使用之 GC-FID 操作條件及管柱升溫程式分別如表 3-6 及圖 3-6 所示:

表 3-6 氣相層析儀之操作條件

Item Description / Value Analysis instrument Hewlett-Packard 5890

Detector Flame Ionization Detector (FID) Column type DB-5 capillary column

(0.53 mm × 1.5 µm × 30 m) Injection Temperature 270°C

Detector Temperature 300°C Carrier Gas (Helium) Flow 6.6 mL/min Spilt Vent Flow 18.2 mL/min Carrier Gas + Make Up Gas Flow 33.3 mL/min Septum Purge Flow 1.2 mL/min

圖 3-6 氣相層析儀管柱升溫程式 (Roslev et al., 1998)

3.7 樣品基本項目分析方法

本研究中除針對污泥掺合土中 DEHP 濃度進行分析外，亦對污泥掺合土其他基本特性進行分析，分析項目分別為有機質 (organic matter)、土壤中總氮 (total nitrogen)、土壤中總磷 (total phosphorus)、土壤 pH 值、陽離子交換能力 (cation-exchange capacity) 及土壤總菌數目 (total bacterial number)，檢測項目方法依據皆如表 3-7 所示。

表 3-7 土壤樣品基本項目分析之方法依據

分析項目分析方法依據

有機質 Methods of soil analysis part 3, 1996 (SSSA) 總氮 Methods of soil analysis part 3, 1996 (SSSA) 總磷 Methods of soil analysis part 3, 1996 (SSSA) 土壤 pH 值 NIEA S410.60T

陽離子交換能力 NIEA S202.60A

總菌數目土壤分析手冊 (中華土壤肥料學會，1995)

第四章結果與討論

4.1 品質保證與品質管制 (QA/QC)

4.1.1 DEHP 檢量線 (calibration curve)

本研究配製 6 個不同濃度之 DEHP 標準溶液，依序為 5, 10, 25, 50, 75 及100 mg/L，針對每單一濃度分別進行 7 次之分析，將不同 DEHP 濃度下所獲得的波峰面積 (peak area) 與 DEHP 濃度作圖，並利用最小平方定線法進行迴歸後可得到一線性直線，此直線即為本研究之 DEHP 檢量線 (如圖 4-1)；此線性方程式為 Y = 847.12 X + 104.66，其中 X 為 DEHP 之濃度 (mg/L)，Y 為波峰面積，同時此直線之回歸相關係數 R² 值為 0.9997 。

0 20 40 60 80 100

0 20000 40000 60000 80000 100000

R

=0.9997

y = 847.12x + 104.66

Peak ar ea

Concentrations of DEHP (mg/L)

圖 4-1 DEHP 標準溶液檢量線

4.1.2 DEHP 分析

本研究配製之 DEHP 標準溶液 (50 mg DEHP in hexane of 1 litter) 直接經 GC-FID 分析後，得到 GC 分析圖譜，如圖 4-2 所示，確認圖中當停留時間為 15.395 min 時所出現之波峰為 DEHP 物質。利用索氏萃取法進行數次台北民生污水處理廠污泥餅之萃取工作，發現民生廠之污泥餅中均含有 DEHP 物質，

其濃度平均值約為 110 mg/kg，鄭 (1999) 也指出 DEHP 為民生廠污泥餅中最主要之危害性有機物。

4.1.3 方法偵測極限

本研究針對 GC-FID 與索氏萃取法的部份進行方法偵測極限之建立，研究方法與步驟如 3.5.2 節中所述，研究結果如表 4-1 所示；GC-FID 之方法偵測極限值為 0.36 mg/L，索氏萃取方法之偵測極限值為 1.55 mg/kg。

表 4-1 GC-FID 與索氏萃取之方法之偵測極限

MDL n^a

GC-FID^b 0.36 mg/L 7

Soxhelt extraction method^c 1.55 mg/kg 7

a frequency of analysis.

b 1.0 mg/L of DEHP standard dissolved in hexane.

c 10 mg DEHP/kg sand was extracted by Soxhelt extraction method.

圖 4-2 50 mg/L DEHP 標準溶液之 GC 圖譜

4.1.4 空白樣品分析

空白樣品分析實驗之目的為探討實驗過程中，可能發生之人為或非人為誤差來源，因此本研究針對整個實驗過程中所需使用之器材，包括壓克力材質反應槽、索氏萃取器材與濃縮用之玻璃器具，分別進行空白試驗，結果在每一部份的空白試驗分析中均無發現 DEHP 物質，因此實驗過程中可能引起之人為誤差與非人為誤差皆可忽略。

4.1.5 樣品回收率與再現性

為確認試驗過程中樣本萃取分析技術之可靠性，本研究以索氏萃取方式，針對標準品添加後相同濃度之石英砂、試驗土壤及民生廠污泥餅樣品進行萃取，樣品中 DEHP 之濃度均為 150 mg/kg，其結果示於表 4-2。本研究進行添加試

驗時，均將土壤、污泥餅和石英砂樣品與 DEHP 混合震盪 6 h 後，將其置於室溫下抽氣櫃中風乾後再進行萃取試驗，避免若於添加試驗過程中未能予以充分且均勻之攪拌或混合，將導致有機物濃度分佈不均勻，而造成萃取時之取樣誤差。

由表 4-2 得知此三種樣品在索氏萃取中之平均回收率約略為 94-101% 範圍內，而其再現性誤差範圍則介於 1.4-2.4% 之間，顯示本研究於添加樣品所獲得之回收率與再現性符合品管之要求，而樣品經索氏萃取後所得之濃度數據應具有其相當之可信度。

表 4-2 不同樣品於索氏萃取^a中之回收率與再現性

Samples Average recovery (%) Reproducibility^b (%)

Soil 95.7 1.6

Sludge cake 93.8 2.4

Quartz sand 101.1 1.4

a Extraction conditions: sample weight: 10 g, the amount of hexane usages is 300 mL, continually extracted for 24 hours (about 6-8 cycles/hr).

b Reproducibility is represented by relatively standard deviation (n=3).

4.2 土壤與污泥餅之基本特性

本研究供試土壤與污泥，其基本性質如表 4-3 所示。試驗土壤粒徑分析結果，分別為黏粒 36%、坋粒 46% 及砂粒 18%，依據美國農業部土壤質地三角圖得知此土壤質地屬於坋黏壤土。土壤與污泥餅所測得的 pH 值分別為 5.24 和 7.05；土壤性質屬於強酸性，下水污泥餅則為中性之質材。表 4-3 中有機質部分，土壤與污泥餅分別為 2.70% 與 43.8%；總氮含量部分，土壤與污泥餅分別為 0.10% 與 4.59%；總磷含量部分，土壤與污泥餅分別為 0.06% 與 0.70%；陽離子交換能力，土壤與污泥餅分別為 16.5 meq/100 g 與 92.8 meq/100 g。下水污泥餅顯然地比試驗土壤更具肥沃性，其有機質、總氮含量、

總磷含量及陽離子交換能力均明顯高於試驗土壤許多，因此利用下水污泥餅與土壤進行掺合應可使貧瘠性質的土壤，提升土壤之肥力。

表 4-3 土壤與污泥之基本特性

Parameters Soil Sludge cake

pH (soil:water = 1:1, w/v) 5.24 (0.03)^b 7.05 (0.06) Organic matter (%) 2.70 (0.08) 43.76 (0.63)

Total N (%) 0.10 (0.005) 4.59 (0.06) Total P (%) 0.06 (0.01) 0.70 (0.15)

CEC (meq/100 g) 16.45 (0.75) 92.84 (3.02)

Clay (%) 36 -

Silt (%) 46 -

Sand (%) 18 -

DEHP concentration (mg/kg) ND^a 110 (1.18)

a Not Detected.

b Values in parentheses are the standard deviations of three different samples.

4.3 中央合成反應曲面之分析合比例；實驗反應值 (response) 為污泥掺合土中 DEHP 之降解率 (reduction rate)。茲以下分別針對本研究中數據用於 MINTAB 軟體分析後之情形，予以 DEHP in system

(mg/kg)

Final concentration of DEHP in system

(mg/kg)

4.3.2 殘差分析

使用 MINITAB 軟體分析表 4-4 中的數據，經迴歸後可得到一理論曲面反應模式，利用迴歸模式可預測任一編碼變數之試驗組的反應值，此理論上的反應值為預測值或擬合值 (fitted value)，經實際試驗後所得觀察值與擬合值之差距則為殘差值 (residual value)。欲評估模式擬合的好壞程度，最常使用的方法為畫出殘差圖 (residual plot)，殘差圖即為殘差值對預測變數的散佈圖。圖 4-3 為 11 組試驗殘差值與 DEHP 降解率擬合值之殘差圖，觀察圖中殘差值分佈並無所謂的規則圖形產生或呈現某種趨勢的現象，例如殘差項為二次型、殘差的變異數隨擬合值有增大或變小的現象發生；亦即圖 4-3 中殘差值散佈相當散亂並無規則之形狀，表示此模式有良好的擬合效果。

20 30 40 50

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Fitted Value

R e si dual

Residuals Versus the Fitted Values (Response is reduction rate)

圖 4-3 殘差對 DEHP 降解率擬合值之散佈圖

4.3.3 迴歸分析

表 4-4 中試驗數據經由 MINITAB 軟體模擬後，其模式為二階模型 (second order model)，於表 4-5 裡有關反應曲面迴歸分析部份，兩因子其單獨項、平方項、相互作用項之係數，則用來描述中央合成反應曲面之模式，此編碼變數所配適的二階模型如式 4-1 所示:

y = 52.33 + 7.89 X₁ + 1.42 X₂ – 8.74 X₁² – 10.87 X₂² + 1.03 X₁ X₂ (4.1)

其中 X1 為污泥餅中 DEHP 濃度之編碼變數；X2 為污泥掺合土壤比率之編碼變數；y 為污泥掺合土中 DEHP 降解百分率 (%)。此反應曲面模式有一滿意的檢定係數為 R² = 0.949，顯示數據對於所建構之模型方程式有良好的迴歸性。另在變異數分析 (ANOVA) 部份，結果顯示模式的 P 值為一極小值 (P = 0.003 <

0.05)，加上前述迴歸係數為 0.949，顯示預測變數整體而言對反應值有貢獻與影響性，亦即此二次多項式模式具有顯著的重要性，並可適當地呈現反應 (污泥掺合土壤中 DEHP 降解率) 與重要變數間 (因子) 之實際關係。反應值的變異數

在文檔中鄰苯二甲酸-2-乙基己基酯 (DEHP) 於污泥掺合土壤中降解之研究 (頁 76-0)

第三章 實驗方法