NCTU 奈米微粒採樣器之開發

第一章前言

1.2 本團隊過去執行環保署計畫之研究成果

1.2.2 NCTU 奈米微粒採樣器之開發

除了大氣相對濕度對微粒彈跳的影響外，MOUDI 因噴嘴係以雷射製程的關係，其第九階噴嘴版還有噴嘴形狀不均勻、易碎且易阻塞之缺點。為解決此問題，

本研究利用 LIGA (Lithography, Electroplating, and Molding)製程，開發出具有比 MSP 原廠 MOUDI 更平滑噴嘴的 NCTU 奈米微粒採樣器(micro-orifice cascade impactor, MCI)。為了驗證裝上本研究此自行研發之多微孔噴嘴的 NCTU MCI 也具有和MSP 原廠 MOUDI 有相同的微粒分徑能力，本研究也對其進行現場比對與實驗室校正。圖1. 2 及表 1. 1 分別為校正的效率曲線圖及校正結果的整理表。結果顯示，經適當調整各階衝擊器之S/W 值之後，NCTU MCI 及 MSP MOUDI 第 7 至第10 階衝擊器的 dpa50均和Marple et al. (1991)文獻中的設計值相當接近。另外，

實驗結果也顯示當上游各個階層的衝擊器均裝上後，相較於單一階層校正時，第9 及10 階效率曲線會向左邊偏移進而造成 dpa50分別有9 及 15 %下降情形。

9

10 100

aerodynamic diameter, nm 0

20 40 60 80 100

collection efficiency, %

filled symbol: MSP MOUDI open symbol: NCTU MCI

圖1. 2 NCTU MCI 及 MSP MOUDI 第 7 至 10 階衝擊器的微粒收集效率曲線。

表1. 1 NCTU MCI 及 MSP MOUDI 第 7 至 9 階衝擊器的校正結果。

階層

Marple et al.

(1991) MSP MOUDI NCTU MCI

d

pa50設計值 (nm)*

d

pa50

(nm)

噴嘴dia.

(µm)

aS/W ^bP/P0

d

pa50

(nm)

噴嘴dia.

(µm)

aS/W ^bP/P0

7 320 314.4 135 5.56 0.95 323 138.7 2.52 0.95 8 180 180.8 102 11.18 0.87 178.5 109.5 3.01 0.89 9 100 97 57 9.3 0.72 102 54.3 13.44 0.72 10 56 56.5 52.3 10.9 0.47 55.7 50.9 24.75 0.34

aS: 噴嘴至衝擊板之距離；W: 噴嘴直徑。

bP: 當上游階層均存在時，當階衝擊器下游之絕對壓力值；P0: 大氣絕對壓力。

為了驗證本研究所開發之新型噴嘴可改善噴嘴阻塞的問題，本研究也進行噴嘴阻塞測試。實驗方法為將兩者同時進行高濃度的燻煙採樣，由觀察兩者內部壓損於採樣過程中的變化來評估噴嘴是否阻塞。此外，於採樣結束後，本研究也將以光學顯微鏡觀察兩者噴嘴阻塞之情形。研究結果顯示在 45 分鐘的高濃度採樣下，MSP MOUDI 內壓損上升的情況較 NCTU MCI 多，顯示其內部噴嘴阻塞的情況較為嚴重。圖1. 3 則為 NCTU MCI 及 MSP MOUDI 在經過高濃度微粒採樣後，

各階噴嘴的顯微鏡攝影圖。MSP MODUI 第 7 至 10 皆的噴嘴皆可明顯看出有阻塞的情形，然而NCTU MCI 中除了第 7 階噴嘴有阻塞的情況，第 8 至 10 階噴嘴阻塞的情形均不明顯。

10

圖1. 3 經過高濃度微粒採樣後 NCTU MCI (A)第 7、(C)第 8、(E)第 9 和(G)第 10 階噴嘴及MSP MOUDI (B)第 7、(D)第 8、(F)第 9 和(H)第 10 階噴嘴的顯微鏡攝影圖。

圖1. 4 為 NCTU MCI 和 MSP MOUDI 在環保署空氣品質監測站進行採樣比對的結果，由圖可看出兩者所量測到的質量粒徑分布相當接近，0 到 9 階的誤差均在 10 %以內，惟第 10 階及終端濾紙的誤差較大，推測原因為採樣濃度過低，受秤重誤差影響所致。