微型氣相層析儀應用於揮發性有機氣體之現場即時分析研究
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(2) 摘要. 本研究將已經開發完成的微型氣相層析儀應用於半導體無塵室 以及工業區鄰近鄉鎮地區 8 個採樣點，同時與國立臺灣大學職業工 業安全與職業衛生系合作將儀器架設於車上成為可移動式監測站。 利用微型氣相層析儀進行現場有機氣體之即時連續分析並於半導體 無塵室時利用不鏽鋼採樣筒採樣 8 個小時，於鄉鎮地區 8 個採樣點 使用不鏽鋼採樣筒以及吸附管並且採樣 1 天後送至工業技術研究院 以氣相層析質譜儀分析進行定性及定量，並提供比對。. 本研究結果顯示，微型氣相層析儀分析出的有機化合物可呈現 濃度隨時間變化之趨勢，在無塵室的部份，我們分離出六種有機氣 體，濃度 0.8 ppb 到 343.9 ppb，在鄉鎮地區監測部分，我們選擇了 五種重要氣體做分析，濃度 0.05 ppb 到 8.2 ppb，透過微型氣相層析 儀於短時間可以分析大量的數據並提供人員作統計分析，協助追溯 其氣體原因。. 關鍵字：微型氣相層析儀，揮發性有機物，即時分析. i.
(3) Abstract. This research used a ready-to-use and highly reliable instrument , micro gas chromatograph,(μGC),for rapid and complex environmental volatile organic compounds (VOCs) analysis in a semiconductor fabrication cleanroom and 8 sampling site of 2 township near the complex plants. In this site, canisters and stainless adsorption tube were collected and analyzed by GC-MS to provide the side by side comparisons. Field study results indicated the trend of concentrations for all chemical species. For first site, semiconductor fabrication clean room, we separated. 6 compounds and the concentration. ranges of chemical species from 0.8 ppb to 343.9 ppb. For second site, 8 sampling sites near the complex plants, we separated 5 compounds and the ranges from 0.05 ppb to 8.2 ppb. This study demonstrates that micro gas chromatograph can provide fast and continuous analysis for complex VOCs in field study. This. research also can identified and traced back to their. emission reasons.. Keywords: volatile organic compounds , real-time analysis ,micro gas chromatograph. ii.
(4) 目錄 摘要........................................................................................................... i Abstract .................................................................................................... ii 表目錄..................................................................................................... vi 圖目錄.................................................................................................... vii 第一章 緒論 ........................................................................................... 1 1-1 研究背景、目的 ........................................................................... 1 1-2 揮發性有機氣體 ........................................................................... 4 1-2-1 揮發性有機氣體定義 ............................................................. 4 1-2-2 揮發性有機氣體排放來源 .................................................... 6 1-3 揮發性有機氣體檢測方式 ........................................................... 9 1-4 微小化氣相層析系統裝置介紹 ................................................. 11 第二章 實驗部分 ................................................................................. 15 2-1-2 儀器設備 ............................................................................... 16 2-2 採樣地點 ..................................................................................... 17 2-2-1 無塵室微型氣相層析儀系統架設 ...................................... 17 2-2-2 工業區鄰近周遭鄉鎮微型氣相層析儀系統架設 .............. 19. iii.
(5) 2-3 不銹鋼採樣筒-氣相層析質譜儀 ............................................... 21 2-4 不鏽鋼採樣管 ............................................................................. 23 2-5 數據統計 ..................................................................................... 25 第三章 結果與討論 ............................................................................. 26 3-1. 無塵室採樣分析 ..................................................................... 26. 3-1-1 採樣筒-氣相層析質譜儀分析結果 ..................................... 26 3-1-2 無塵室有機氣體校正結果 .................................................. 29 3-1-3 無塵室微型氣相層析儀採樣分析結果 .............................. 31 3-1-4 無塵室有機氣體濃度隨時間變化之結果 .......................... 33 3-1-5 實驗結果探討 ...................................................................... 41 3-1-6 小結 ...................................................................................... 44 3-2 鄰近工業區周遭鄉鎮採樣分析 ................................................. 45 3-2-1 鄰近工業區周遭鄉鎮微型氣相層析儀採樣 ...................... 45 3-2-2 採樣筒-氣相層析質譜儀分析結果 ..................................... 46 3-2-3 吸附管-氣相層析質譜儀分析結果 ..................................... 48 3-2-4 微型氣相層析儀有機氣體校正結果 .................................. 52 3-2-5 微型氣相層析儀濃度隨時間變化之結果 .......................... 54 iv.
(6) 3-2-6 實驗結果與風向探討 .......................................................... 71 3-2-7 小結 ...................................................................................... 81 第四章 結論 ......................................................................................... 82 文獻........................................................................................................ 85. v.
(7) 表目錄 表 1-1 大氣中常見之揮發性有機化合物 ............................................ 4 表 1-2 揮發性有機物產生來源 ............................................................ 5 表 3-1 GC-MS 於無塵室內分析結果 ................................................ 27 表 3-2 無塵室內微型氣相層析儀有機化合物濃度 .......................... 42 表 3-3 無塵室內量測所得之有機化合物相關分析 .......................... 43 表 3-4 GC-MS 於麥寮高中校門口分析結果 .................................... 47 表 3-5 GC-MS 於豐安國校小門口分析結果 .................................... 47 表 3-6 吸附管-氣相層析質譜儀分析結果......................................... 49 表 3-7 吸附管四種化合物比結果 ..................................................... 51 表 3- 8 方法偵測下限 ......................................................................... 53 表 3-9 興華國小物種相關係數 .......................................................... 56 表 3- 10 麥寮高中物種相關係數 ....................................................... 58 表 3-11 豐安國小物種相關係數 ........................................................ 60 表 3-12 新興國小物種相關係數 ........................................................ 62 表 3-13 五條港物種相關係數 ............................................................ 64 表 3-14 台西國小物種相關係數 ........................................................ 66 表 3-15 明禮國小物種相關係數 ........................................................ 68 表 3-16 海豐堡物種相關係數 ............................................................ 70 vi.
(8) 圖目錄 圖 1-1 本研究使用之微型氣相層析儀實驗方法 ............................... 3 圖 1- 2 自組裝攜帶式氣相層析儀 ..................................................... 11 圖 1- 3 微型氣相層析儀應用於 trichloroethylene 之分析 ............... 12 圖 1- 4 可攜帶式的微型氣相層析儀 ................................................. 13 圖 1- 5 模組化整合之微小化氣相層析儀 ......................................... 14 圖 2-1 無塵室微型氣相層析儀器架設圖 .......................................... 17 圖 2-2 無塵室不鏽鋼採樣筒儀器架設圖 ......................................... 18 圖 2-3 工業區鄰近周遭鄉鎮採樣地圖 ............................................. 20 圖 2-4 現場儀器架設 ......................................................................... 22 圖 2- 5 程式面板 ................................................................................ 25 圖 3- 1 無塵室採樣筒分析結果 ......................................................... 27 圖 3-2 不同管柱揮發性氣體分析結果 .............................................. 28 圖 3-3 無塵室六種化合物校正曲線圖 .............................................. 30 圖 3-4 無塵室之即時分析圖譜 .......................................................... 31 圖 3-5 時間濃度趨勢圖 ...................................................................... 34 圖 3-6 濃度分布圖及高斯曲線圖 ...................................................... 38 圖 3-7 六種化合物盒鬚圖 .................................................................. 42 圖 3-8 微型氣相層析儀分析圖譜定性 .............................................. 50 vii.
(9) 圖 3-9 工業區五種化合物校正曲線圖 .............................................. 53 圖 3-10 興華國小濃度趨勢圖 ............................................................ 55 圖 3-11 麥寮高中濃度趨勢圖 ............................................................ 57 圖 3-12 豐安國小濃度趨勢圖 ............................................................ 59 圖 3-13 新興國小濃度趨勢圖 ............................................................ 61 圖 3-14 五條港濃度趨勢圖 ................................................................ 63 圖 3-15 台西國小濃度趨勢圖 ............................................................ 65 圖 3-16 明禮國小濃度趨勢圖 ............................................................ 67 圖 3-17 海豐堡濃度趨勢圖 ................................................................ 69 圖 3-18 為興華國小濃度與風向風速對照圖 .................................... 72 圖 3-19 麥寮高中濃度與風向風速對照圖 ........................................ 74 圖 3-20 豐安國小濃度與風向風速對照圖 ........................................ 75 圖 3-21 新興國小濃度與風向風速對照圖 ........................................ 76 圖 3-22 五條港濃度與風向風速對照圖 ............................................ 77 圖 3-23 台西國小與風向風速對照圖 ................................................ 78 圖 3-24 明禮國小的濃度與風向風速對照圖 .................................... 79 圖 3-25 海豐堡濃度與風向風速對照圖 ............................................ 80. viii.
(10) 第一章 緒論 1-1 研究背景、目的 而在過去半個世紀以來，石化產業為我國經濟發展之重要產業， 根據臺灣經濟部的統計在 2015 年產值已達新台幣 2.02 兆元，約占 我國產業總產值 15%，廠商計 1,041 家，從業人員達 50,133 人[1]， 為我國重要的支柱型產業，而在這半個世紀以來台灣建設許多科技 園區及石化工業區，目前台灣石化產業主要提供石化、化學製品、 橡膠塑膠、高科技電子廠為主，在石化產品的製造過程中，有機溶 劑的使用是不可缺少的，可能導致揮發性有機氣體 ( Volatile Organic Compounds ;VOCs )的產生，其主要來源包含產品製作過程， 儲存槽與其它管線管路或者是工安意外的排放或逸散，排放物質包 含了苯、甲苯、乙烯、丁烷、異戊烷等有機氣體[2-6]。早期經濟發 展時，工廠與住家之間是沒有界線的，因此有機氣體逸散造成的危 害與新聞事件是層出不窮，而在 2014 年 7 月 31 日高雄氣爆事件， 造成 32 人死亡 321 人受傷，在事發前幾小時，民眾聞到異味隨即報 案[7]，在其它地區高雄潮寮國小更曾發生學生在上課時，不明惡臭 飄入校園，造成學生緊急送醫，其它地區也有類似的事件發生。 仔細分析這些事件的本質，可以了解到兩個原因:第一個是氣體 逸散時發生時間的短暫及不確定性，第二個則是事件責任歸屬難以 1.
(11) 釐清。就第一點而言，可以利用連續偵測方式加以監控，但現有的 連續偵測方法除了利用氣體偵測器(單一氣體或特定物質總量)，這 種類型的直讀式氣體偵測器無法同時定性及定量多個物種。而在第 二點責任歸屬方面，需要先知道逸散的氣體為那些，並且搭配該地 區附近工廠的使用原料及環保歷史紀錄交叉比對，鎖定嫌疑工廠後 開罰並要求改善。 因此本篇論文希望能透過已開發的微型氣相層析儀[8]，具有高 靈敏度的與低偵測下限可攜帶式的微型化氣相即時分析系統，降低 了分析時間與成本，運用於工廠無塵室內及適合室外環境中有機氣 體之連續監測與分析。 本次研究的方法建立流程圖如下，於實驗室內先行調查監測地區 可能的污染物，之後於實驗室內利用採樣袋快速進行微型氣相層析儀 的定性，觀察現有參數及設備是否得到良好的分離效果，如果沒有則 進行儀器或參數的改進，而本次實驗為了針對不同的化合物進行分離 則在兩個採樣地區配置了不同的管柱，以達良好的分離效果，最後確 認儀器及校正曲線是否正常能達到連續採樣所要求的穩定性，最後才 能將本儀器應用於室內及室外的環境分析。. 2.
(12) 圖 1-1 本研究使用之微型氣相層析儀實驗方法. 3.
(13) 1-2 揮發性有機氣體 1-2-1 揮發性有機氣體定義 揮發性有機物(VOCs)指在一大氣壓下，測量所得初始沸點在攝 氏二百五十度以下有機化合物之空氣污染物總稱，但不含甲烷、一 氧化碳、二氧化碳、二硫化碳、碳酸、碳酸鹽、碳酸銨、氰化物或 硫氰化物等化合物[9]。 而大氣環境中的揮發性有機物如表 1-1[10] 所示其來源可分為自然與人為兩種污染源，而人為製造的汙染源又 能分為移動式污染源及固定性污染源兩類如表 1-2 所示， 一般而言 固定式常見來源為工廠製程、油品儲存、甚至是生物作用，移動式 汙染源則是指汽、機車、飛機、船等交通工具所排廢的尾氣[11~14]。 表 1-1 大氣中常見之揮發性有機化合物[10] 分 類. 碳 氫 化 合 物. Compounds. 直鏈揮發性有機物. methane、ethane、propane、butane、pentane、hexane、 heptane、octane、nonane、decane、 ethylene、2-butene. 苯環揮發性有機物. benzene、toluene、ethylbenzene、m /p /o -xylene. 含氫氧鍵揮發性有機物. methanol、acetone、formaldehyde、cyclohexanone、2-propanol、 isopentyl alcohol. 含氮有機化合物. peroxyacetyl nitrate (PAN)、acrylonitrile. 鹵烷類. methyl chloride、chloroform、 carbon tetrachloride、 1,2dichloroethane、 1,2-dichloropropane,、trichloroethylene、 tetrachloroethylene、 allyl chloride、chlorobenzene. 氟氯碳化物. chlorofluorocarbon-11、 chlorofluorocarbon-12. 4.
(14) 表 1-2 揮發性有機物產生來源[11] 分類 燃 燒 排 放. 汙染源 工業製程 露天燃燒 建物火災 商業/消費 油品/有機 化學品 逸散性 排放. 逸 散 性 排 放 源. 人 為 來 源. 自 然 來 源 移 動 汙 染 源. 公路運輸. 非公路運輸. 有 機 溶 劑 揮 發. 自然界 排放. 製程設備元件 廢水 冷卻水塔 油品/有機化學品儲槽/運輸與油品銷售 塗裝業 工業製品表面塗裝 原料藥製造業 工業 有機溶劑使用 塑膠製品製造業 橡膠製品製造業 建築物表面塗裝 營造業 道路瀝青鋪設 汽車保養 非工業 乾洗業 商業/消費 印刷業 一般消費用品 針葉林 水田 闊葉林 旱田 針闊葉混合林 沼澤 竹林 草地 汽油車 柴油車 機車 施工機具 鐵路機關車 航空器 船舶. 5.
(15) 1-2-2 揮發性有機氣體排放來源 一般而言將排放源分為固定性與移動性排放源兩種，以固定性 排放源的文獻，過去多以石化工業區、半導體廠、表面塗裝業、鋼 鐵業做研究，以下將列出上述產業相關之研究結果。 張翼書[15]等人於華亞科技園區 Tenax-TA 吸附劑搭配熱脫附氣 相層析質譜儀分析，得到五種化合物分別是甲苯、二甲苯、乙苯、乙 酸丁酯及三甲基苯，其所測結果與該園區產業有正相關性。 劉巧蓮[16]於大社工業區的結果顯示，甲測點位於工業區上風， 其測點的 BTEX 濃度高於乙測點，且兩地點比值與交通源排放的 BTEX 類似，乙測點位於工業區東方，測得物種以氨、丙烯腈、1,3丁二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯為主要汙染源。 陳清涼[17]以 TO-14 分析方法，研究嘉義某石化廠內部空氣中 的揮發性有機化合物，利用不鏽鋼採樣筒搭配氣相層析質譜儀進行 分析，在工廠內部的 20 個檢測點當中，位於場內的填充部門以烷烴 類較多，其次是芳香烴類，兩者一共占了空氣中揮發性有機化合物 的的 98%。. 6.
(16) 謝瑞豪[18]以逆軌跡模式於六輕工業區發生事故時，透過廠區內 設置採樣筒以氣相層析質譜儀分析物種及濃度，並將地面監測車、開 徑式傅立葉轉換紅外光譜儀架設於工廠下風處、最後結合台西光化測 站，以逆軌跡追蹤模式成功驗證當意外發生時，廠區內有機汙染物會 隨著大氣逸散到 10 公里遠外的鄉鎮。 羅卓卿[19]於台灣某油品儲存站進行鄰近空氣中揮發性有機物 濃度分布情況，於儲存站內六點即站外周遭一點進行監測，結果顯示 除部份輕質揮發性有機物外，主要污染物種為正己烷、苯、正辛烷、 甲苯、間,對-二甲苯、異丙苯、苯乙烯、1,3,5-三甲苯、1,2,4-三甲苯、 1,2,3-三甲苯、 及其他碳氫化合物等，與油品之油氣特徵污染物相近， 主要污染物為甲苯及苯，就風向而言上風採樣的物種數量及濃度確實 較下風處少。 移動汙染源一般飽含了道路用汽車、 機車(二行程及四行程)， 與非道路用交通工具例如:火車、飛機、船隻等，目前已經有研究人 員指出都市地區空氣中常見的有機氣體其主要排放源為汽機車交通 所產生的[14][20~27]，以下將列出相關研究。 翁閎政[20]及劉育穎[21]以採樣袋及吸附管採樣機車引擎所排放 之尾氣做研究，結果顯示二行程排放量較四行程機車排放量多，且舊. 7.
(17) 車排放量大於新車排放量；其排氣的主要成分則為丙烯 、3-甲基戊 烷、甲苯，而醛酮類化合物則是以甲醛、乙醛、丙酮為主。 范姜威鎧[22]以活性碳吸附管對台北市主要路口、傳統路邊公車 站、公車專用道及加油站周遭空氣中揮發性有機氣體作探討，結果 顯示，甲基第三丁基醚、正己烷、苯、甲苯、乙苯、二甲苯及確實 於上述地點被測得。 Harkov[23] 針對美國紐澤西州的三個地區進行監測，結果顯示 苯、甲苯、乙苯、二甲苯在此三個地區有較高濃度，並且與車流量有 明顯的相關，並將過往文獻[24~26]中的苯、甲苯、二甲苯、乙苯之 比值作為比較，發現隧道中的比為 3：5：3：1，汽車排放管為 3：4： 3：1，汽油揮發為 4：13：3：1。. Smith[27]對波士頓及芝加哥當地的毒性空氣汙染監測系統及其 數據統整，並針對汽機車所排放之揮發性有機氣體進行分析，其研究 找出線性關係較佳的苯、甲苯、乙苯、二甲苯，並將該篇結果與文獻 內的汽機車所排放的 BTEX 比（3：7：1：5）做比較，發現兩者研 究結果相似，因此作者推論該地區所含的苯環類有機物質大部分出自 於汽機車污染物的排放。. 8.
(18) 1-3 揮發性有機氣體檢測方式 目前對於 VOCs 的檢測方法種類相當多，包含台灣環保署、環檢 所、美國國家職業安全衛生研究所(National Institute for Occupational Safety and Health；NIOSH)、美國環保署(Environmental Protection Agency；EPA, USA)與美國勞工安全衛生署(The Occupational Safety and Health Administration；OHSA)等公告的分析方法，並以美國環保 署公告的 TO-14A[28]、TO-15[29]、TO-16[30]為主要有機氣體檢測的 方法。 一般有機氣體的分析過程有 3 個步驟，共有採樣/濃縮、分離與 偵測，以進行定性及定量之分析。TO-14A 為美國環保於 1999 年 1 月公告分析有機氣體之方法，主要以不鏽鋼採樣筒採樣後再利用氣相 層析儀連接不同的偵測器，而 TO-15 方法則是針對 1990 年美國 CAAA 所公布的(Cleam Air Act Amendments)所公布的 189 種 HAPs(hazardous air pollutants)中的 97 種有機氣體為目標，於現場使用 不鏽鋼採樣筒採樣，在將採樣筒送至實驗室，以氣相層析質譜儀進行 分析。TO-16 分析方法與上述兩者不同的則是使用長距離開放式傅立 葉轉換紅外光譜儀(Open-Path Fourier Transform Infrared)直接進行開 放式的空氣分析，結合光學與遙測技術，然而使用不鏽鋼採樣筒分析. 9.
(19) 方法，取完樣品後送到實驗室內以氣相層析質譜儀分析，此方法無法 立刻得到數據，且耗時昂貴，無法作為長時間連續取樣分析的方法， 而在現有技術上只有紅外光遙測技術可以達成連續分析、多物種偵測、 低濃度的功能，但由於此儀器硬體體積龐大、硬體昂貴、若要作為全 面性布點監測而言並不適當，為了克服以上限制本實驗室則是透過自 行開發的一台微型氣相層析系統，作為本次實驗的監測裝置。. 10.
(20) 1-4 微小化氣相層析系統裝置介紹 一部氣相層析儀，包含三大部分： （一）注入系統或前濃縮系統; (二)分離管柱;與（三）偵測系統。在 1990 年至 2000 年間，由於微 機電製程的技術的進步，以微機電製程技術所製作氣相層析的關鍵 元件以及相關研究與文獻包括晶片型採樣/前濃縮裝置、晶片型層析 管柱裝置、晶片型偵測器與化學感測器陣列裝置等，不停的被發表 之後更將其組合成一部微小化氣相層析儀。. 2003 年，E. T. Zellers[31]團隊將微型氣相層析儀的各個元件整 合，包含了前濃裝置、串連兩種不同靜相材料的毛細管柱以及塗布 兩種不同高分子薄膜之微型表面聲波感測器可在 10 分鐘內達到有 效分離 11 種化合物，該儀器的偵測下限可低於 10 ppbv。如圖 1-2 所示。. 圖 1-2 自組裝攜帶式氣相層析儀[13]. 11.
(21) 2012 年 E. T. Zellers 與其團隊[32]發表該團隊所開發之微小化 氣相層析儀搭配三段式前濃縮器與奈米金-阻抗式感測器陣列，增加 採樣時間以大量採集氣體樣品成功應用於室內環境 trichloroethylene 之分析偵測，並與 TO-15 標準分析方法進行比對，如圖 1-5 所示， 此研究證明微型氣相層析儀可應用於現場有機氣體分析。. 圖 1-3 微型氣相層析儀應用於 trichloroethylene 之分析[16]. 2013 年 R. J. Jian and C. J. Lu[33]發表了一部結合可攜帶式的微 型氣相層析儀，利用光游離能偵測器作為偵測元件並且使用空氣作 為載流氣體，其偵測下限可達 ppb 等級，具備了連續採樣、快速分 析的優點如圖 1-6 所示。並於 2014 年[34]發表了將此儀器實際應用 於工業區的研究成果，成功將六種物質分離並且得知周遭物種之濃 度。. 12.
(22) 圖 1-4 可攜帶式的微型氣相層析儀[17]. 其它國際研究團隊也陸續開發，例如 2006 年 Sandia 實驗室[35] 使用微機電前濃縮裝置、晶片型層析管柱及表面聲波偵測器，開發 出接近商品化之微小化氣相層析儀。2008 年義大利 S.Zampollic 的 研究團隊[36]，結合微機電半導體金屬氧化物偵測器，將其各關鍵 元件模組化，開發出一台 15 cmx15 cm 大小的儀器，應用於苯、甲 苯、乙苯與二甲苯的分析偵測，如圖 1-7 所示。. 13.
(23) 圖 1- 5 模組化整合之微小化氣相層析儀[20]. 目前微機電技術的趨勢只限於關鍵元件的開發，大部分還是以 非微機電的方式進行整合，原因在於微型氣體閥與微型氣體幫浦上 微開發完全，雖然近幾年有研究發表出微型氣體閥與微型氣體幫浦 的相關裝置與文獻技術，但其能力仍不足以應用，未來如有進一步 研究，將把目前已開發之儀器的體積更為精簡，達到真正微型化的 目的。. 14.
(24) 第二章 實驗部分 2-1 實驗藥品材料與儀器設備 去離子水 (deionized water, 18.2MΩ). Millipore millipore. acetone. J.T.Baker. ethyl acetate. J.T.Baker. heptane. J.T.Baker. hexane. ACROS. 2-propanol. ACROS. benzene. ACROS. toluene. Sigma-Aldrich. ethyl benzene. TEDIA. m-xylene. TEDIA 豐名氣體. nitrogen (N2, 99.99%) Hamiliton 1 mL＆100 mL 氣體注射針. 宏濬儀器代理. Hamiliton 1 µL 液體注射針. 宏濬儀器代理. SKC 1&3 L Tedlar 採樣袋. 宸昶企業代理. 內徑 0.25 mm DB-1 GC 分離管柱. 吉偉儀器代理. 內徑 0.53 mm DB-WAX GC 分離管柱. 吉偉儀器代理. 1/16”及 1/8” 鐵氟龍管 Eppendorf. 思必可代理. micropipette 20 µL &1000 µL. 2&4 mL 棕色樣品瓶. 尚上代理 宏濬儀器代理. 15.
(25) 封口臘膜 Parafilm M®. 宏濬儀器代理. 2-1-2 儀器設備 1.微型氣相層析儀:本實驗室自行組裝之微小化的氣相層析儀， 用以連續自動採樣及分析氣體。 2.不鏽鋼採樣筒（ENTECH-Canisters 6L）：經過抽真空清洗乾淨之 不銹鋼採樣筒瞬間吸入或固定流量採集方式收集氣體樣品，之後再 以冷凍捕方式濃縮一定量的樣品至前濃縮管，最後加熱使氣體高溫 脫附至氣相層析質譜儀進行定性跟定量。 4.氣相層析質譜儀(GC-6890/5973)：將採樣完畢的不鏽鋼筒及不鏽鋼 吸附管，送至工研院，使用氣相層析質譜儀進行定性及定量。 5.行動監測車：此次由國立臺灣大學所租借的小型貨車，本次實驗 將其作為地面式固定測站，儀器固定於車內以利在不同地點移動。 6.乾式流量計 (Model DC-2)：架設於吸附管後方，用以抽取外界空 氣。 7. 風向風速計 Met One 014A/24A:架設於地面監測車旁用以紀錄地 表風向以及風速，每 10 分鐘記錄一次。. .. 16.
(26) 2-2 採樣地點 2-2-1 無塵室微型氣相層析儀系統架設 本次實驗選擇兩個地點做揮發性有機氣體污染分析並探討氣體 濃度與時間、地點的相關性。第一個地點是位於國立臺灣大學電機 工程學系電機二館 431 室半導體晶片製程實驗室（無塵室）其實驗 室分為蝕刻室與黃光室，計有光罩對準機、感應耦合電漿活性反應 離子蝕刻機、表面分析測厚儀器、快速退火機、真空金屬濺鍍機以 及其他黃光製程設備。. 此次分析日期為 2013 年 12 月 11 日，採樣地點為國立臺灣大學 電機二館 431 無塵室，將微型氣相層析儀與放置在蝕刻室內，實際 情形如圖 2-1 所示，平面圖如 2-2 所示。. 圖 2-1 無塵室微型氣相層析儀器架設圖. 17.
(27) 圖 2-2 無塵室不鏽鋼採樣筒儀器架設圖. 18.
(28) 2-2-2 工業區鄰近周遭鄉鎮微型氣相層析儀系統架設 本次實驗選擇了雲林麥寮及台西鄉周邊 8 個地點做揮發性有機 氣體污染分析並探討氣體濃度與時間、地點的相關性。在本研究中 我們與國立臺灣大學職業醫學與工業衛生研究所合作，將儀器設備 放置在監測車上，於單一地點進行連續 24 小時採樣分析。在選定監 測地點，考慮到以下幾種因素:(1)是否能連續供電;（2）不影響周遭 居民作息（3）地點受到交通污染多寡;基於上述原則我們選擇了 8 個採樣地點，並分成鄰近道路與遠離道路兩種因素，其 8 個地點採 樣地點及分析時間如表 2-1 所示，地點如圖 2-2 所示，考量實驗完 整性及移動時間，本次實驗分為早上 8 點及晚上 8 點 2 個時段開始 進行。. 表 2-1 工業區鄰近周遭鄉鎮採樣點資料 時間. 迄日 時間. Type. 地點. 地址. 6/30 08:00. 7/1 08:00. Alley. 興華國小. 雲林縣麥寮鄉興化路 1 號. 7/1 20:00. 7/2 20:00. Road. 麥寮高中. 雲林縣麥寮鄉中興路 310 號. 7/3 08:00. 7/4 08:00. Alley. 豐安國小. 雲林縣麥寮鄉後安村 227 號. 7/4 20:00. 7/5 20:00. Alley. 新興國小. 雲林縣台西鄉復興路 53 號. 7/5 08:00. 7/6 08:00. Road. 五條港安檢所 雲林縣台西鄉中央路 1000 號. 7/7 20:00. 7/8 20:00. Road. 台西國小. 雲林縣台西鄉民權路 9 號. 7/9 08:00. 7/10 08:00. Alley. 明禮國小. 雲林縣麥寮鄉崙後村 92 號. 7/10 20:00. 7/11 20:00. Road. 海豐堡旅館. 雲林縣麥寮鄉西濱路二段 151 號. 19.
(29) 六輕工業區. 臺灣. 圖 2-3 工業區鄰近周遭鄉鎮採樣地圖. 20.
(30) 2-3 不銹鋼採樣筒-氣相層析質譜儀 不銹鋼採樣筒-氣相層析質譜儀分析方法為美國環保署公告之 TO-15 分析方法，而國內環保署環檢所也參考美國環保署所公布方 法，目前臺灣環保署所公告方法為(NIEA A715.15B)，其目的皆是偵 測空氣中揮發性有機化合物。分析方法是將清洗乾淨不銹鋼採樣筒 帶到監測地點，以瞬間吸入或利用限流器固定吸入流量的方式收集 空氣，並透過氣相層析質譜儀得知該周遭地區空氣內的物種及濃 度。. 本研究於兩個監測地點皆放置不銹鋼採樣筒，在臺大無塵室部 分使用不鏽鋼採樣筒進行背景調查，而在雲林麥寮地區進行監測時， 分別於 2014 年 7 月 2 日於麥寮高中及 2014 年 7 月 3 日豐安國小與 微型氣相層析儀進行同步採樣,不鏽鋼筒容量為 6 L，採樣時間皆為 8 個小時，採樣完畢後送至工業技術研究院進行分析，使用此分析 方法可以得知監測地點周遭空氣中的有機化合物種類及濃度，並與 微型氣相層析儀的分析結果進行比對。. 21.
(31) 圖 2-4 現場儀器架設. 22.
(32) 2-4 不鏽鋼採樣管 在一般室外環境中的有機氣體濃度大約是 ppb 或 ppt 等級，因 此在分析環境中的有機氣體時，需要採樣大量體積的空氣以長時間 的吸附，因此微型氣相層析儀就使用了不銹鋼濃縮裝置，以達到吸 附及脫附環境中的有機揮發性氣體，之後進入管柱分離並由偵測器 偵測。本實驗則是透過不鏽鋼吸附管採集環境中的氣體，並使用氣 相層析質譜儀來進行確認。. 本裝置則是選用 8 公分長的 1/8 英吋不鏽鋼吸附管，於管內塞 入一小片不鏽鋼網確保吸附劑的穩固性後，在放入少量玻璃棉使吸 附劑不易飛散，在運用抽氣方式將想填充的吸附劑(Carbopack B、 Carbopack X、Carboxen1000) 填充到管內，填入完畢後，將不鏽鋼 管的另一端也塞入少量玻璃棉和不鏽鋼網後即完成不鏽鋼前濃縮裝 置，於使用前將一端接上氮氣鋼瓶並調整氣體流量後，將吸附管放 置於本實驗室的氣體生成系統中的加熱帶上，將溫度加熱至 250℃ 並等待 1 個小時後取出，待溫度下降時，封口臘膜包覆兩端即完成 本裝置。. 23.
(33) 實驗部分則是在雲林麥寮鄉及台西鄉共計 8 個採樣點的利用不 鏽鋼管及吸附劑所製作的前濃縮裝置，於 8 個監測地點採集空氣樣 本並且搭配採樣幫浦，之後以 GC-MS 進行分析，吸附時間為 24 小 時，採樣完成後使用封口臘膜密封後送至工業技術研究院進行分 析。. 24.
(34) 2-5 數據統計 本實驗使用微型氣相層析儀得到的層析圖譜，使用 LabVIEW 軟體對圖譜內的波鋒面積進行積分，並將其數值代入檢量線，計算 出空氣中揮發性有機化合物在的濃度值，本次研究中所統整的數據 利用 IBM SPSS 22.0 套裝軟體，針對在無塵室及鄰近工業區周遭之 採樣地點所分析得到之有機化合物做相關係數之統計，探討其濃度 趨勢是否有關連，濃度趨勢圖及盒鬚圖則是使用 Microsoft excel 2010 版本作圖。. 圖 2-5 程式面板:(a)LabVIEW (b)SPSS 22. 25.
(35) 第三章 結果與討論 3-1. 無塵室採樣分析. 3-1-1 採樣筒-氣相層析質譜儀分析結果 在本次實驗我們先將不銹鋼採樣筒放置在國立臺灣大學電機系 431 無塵室內，以長時間的採樣方式，採樣時間達 8 小時與微型氣 相層析儀的採樣時段相同，同時得到在無塵室內的有機氣體的定性 及定量結果。. 使用氣相層析質譜儀分析方法一共分析到 12 種有機物質其濃 度及物種顯示於表 3-1，共有 acetaldehyde、2-methyl butane、pentane、 acetone、ethanol、2-propanol、hexane、2-methyl pentane、2-methoxy 2-methyl propane、toluene、m/p-xylene、anisole，結果顯示，在無 塵室內的指標性常用溶劑 acetone、2-propanol 其濃度分別為約 295.1 ppb、95.0 ppb，證明在無塵室內的製程人員進行實驗的過程中，確 實有機溶液揮發後並未全部被抽風櫃抽走，部分氣體會溢散至整個 環境中，分析結果顯示其濃度範圍約為 ppb 等級，而微型氣相層 析儀即時分析定性的比對結果如圖 3-2 所示，透過對比定性結果， 我們驗證微型氣相層析儀的分析樣品確實與採樣筒所採集分析的 物種是一致。. 26.
(36) 表 3-1 GC-MS 於無塵室內分析結果 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12. Compound acetaldehyde 2-methylbutane pentane ethanol acetone 2-propanol hexane 2-methyl pentane 2-methoxy 2-methyl propane toluene m -xylene anisole. 中文名稱 甲醛 異戊烷 正戊烷 乙醇 丙酮 異丙醇 正己烷 異己烷 甲基第三丁基醚 甲苯 間-二甲苯 苯甲醚. 圖 3-1 無塵室採樣筒分析結果. 27. Concentration (ppb) 0.5 0.6 0.4 10.1 295.1 95.0 34.2 0.4 0.4 3.8 5.4 0.4.
(37) 在觀察分析結果後，我們將六種化合物注入到採樣袋，使用搭 載 DB-1 及 DB-WAX 管柱的微型氣相層析儀，觀察物種的分離效果， 結果顯示，當使用 6 公尺的 DB-1 管柱進行樣品分離，微型氣相層析 儀無法將 acetone 跟 2-propanol 有效分離，而當使用 9 公尺的 DB-WAX 管柱，可以有效分離兩者，因此本次實驗則是使用 9 公尺的 DB-WAX 管柱作為微型氣相層析儀的層析管柱。. 圖 3-2 不同管柱揮發性氣體分析結果(a)DB-1; (b)DB-WAX. 28.
(38) 3-1-2 無塵室有機氣體校正結果 本節之研究工作，根據 3-1-1 以 TO-15 標準分析方法之氣相層 析質譜儀所定性的結果，於實驗室內將有機溶液注入 Tedlar 採樣袋 配置成不同濃度的氣體後，進樣至微型氣相層析儀器進行分析用以 確認各物種的滯留時間，並透過檢量線回推現場濃度。樣品採樣時 間 3 分鐘，分析時間 8 分鐘，採樣流量為 100 mL/min，樣品熱脫附 溫度為 320 °C，管柱為 9 公尺的 0.53mm i.d. DB-WAX（Polyethylene glycol） ，管柱升溫參數為 25 °C 停留 80 秒並以 0.5 °C/sec 升至 100 °C 停留 120 sec。. 由於微型氣相層析儀的層析管柱長度為 9 公尺，會有部分小分 子有機氣體在同一滯留時間內沖堤出來，使圖譜難以判別無法作為 定性及定量，因此本次實驗不分析，未來如可透過改變參數及更換 管柱長度解決此項問題，最終我們將十二種有機氣體改為六種注入 至微型氣相層析儀，透過上述方法我們得到六種化合物 acetone、 hexane、2-propanol、toluene、m-xylene、anisole，其校正曲線如圖 3-3 所示，回歸值皆大於 0.99，得到各別有機物質的滯留時間及校正曲 線的公式後，我們可以將現場層析圖的訊號積分，並代回公式得到 濃度之後進行數據處理。. 29.
(39) 圖 3-3 無塵室六種化合物校正曲線圖（◆: 2-propanol、■:hexane ▲: acetone、◇:toluene、□:m-xylene、△:anisole）. 30.
(40) 3-1-3 無塵室微型氣相層析儀採樣分析結果 在國立臺灣大學電機系電機二館 431 無塵室內架設微型氣相層 析儀進行連續全自動化分析，載流氣體為空氣、流量為 1.0 mL/min， 量測時間為 2013 年 12 月 11 日 09:52 至 19:05，設定儀器參數為採樣 時間 3 分鐘，分析時間 8 分鐘，氣體採樣流量為 100 mL/min，樣品 熱脫附溫度為 320 °C，管柱長度為 9 m 的 0.25 mm i.d. DB-WAX （Polyethylene glycol），管柱升溫參數為 25 °C 停留 80 秒並以 0.5 °C/sec 升溫至 100 °C 停留 120 sec，每小時內可得 5 至 6 張層析圖譜，. 本次共得到 50 筆數據。. 圖 3-4 無塵室之即時分析圖譜. 31.
(41) 圖 3-1 為無塵室之即時分析圖譜，當時間分別為 11:00、12:08、 13:04、14:00、15:08、16:04、17:01、18:08、19:05，由微型氣相層 析儀的 50 筆分析圖譜可以看出，分析出的主要物種有六種，氣體濃 度隨著時間有高低起伏，例如 peak 1 在 14:57 有較高的訊號，在 16:04 訊號下降，peak 3 於 11:23 訊號開始上升並於 12:08 後開始下降，並 在 13:04 時開始上升，並且觀察到 peak 1 與 peak 3 在 15:00 前後達 到高峰值，在現場觀察時，注意到早上及下午分別為實驗人員正在 進行製程，因此可以得知微型氣相層析儀能透過連續採樣分析進而 得知不同時間有機氣體的濃度變化。. 32.
(42) 3-1-4 無塵室有機氣體濃度隨時間變化之結果 根據不鏽鋼採樣筒之分析結果，我們可以推測無塵室的污染物 逸散原因是由於微機電或半導體相關的製造過程中所產生的。雖然 透過 TO-15 分析方法得知無塵室內的物種及濃度，然而是在一定時 間所得的平均濃度，缺少了對時間的解析度，因此本節將微型氣相 層析儀所得之圖譜，經過校正曲線換算後得知長時間分析下氣體濃 度隨時間的變化。. 在圖 3-4 中的所呈現的是六種有機氣體 acetone、hexane、 2-propanol、toluene、m-xylene、anisole 的濃度隨時間變化，圖 3-5 則是以上六種有機氣體的濃度分布直方圖，圖內的曲線為高斯模擬 曲線，將以上有機氣體的圖當中的將濃度維持時間、濃度上升及下 降趨勢、濃度高低值作為判讀圖表的因素。. 33.
(43) 圖 3-5 時間濃度趨勢圖：(a) acetone；(b) hexane ; (c)2-propanol; (d) toluene ; (e) m-xylene ; (f) anisole. 34.
(44) 圖 3-5 時間濃度趨勢圖：(a) acetone；(b) hexane ; (c)2-propanol; (d) toluene ; (e) m-xylene ; (f) anisole. 35.
(45) 圖 3-5 為六個物種之微型氣相層析儀濃度隨時間變化趨勢圖，結 果顯示，(a) acetone 濃度介於 4.9 ppb 到 142.2 ppb 之間，8 小時儀器 平均值為 31.3 ppb，由趨勢圖可以看出在 10:38 到 12:08 以及 12:08 到 14:23 之間有兩次濃度起伏其濃度約 30 ppb，在下午 14:23 之前開 始濃度逐漸上升並在 14:57 達到了最大值 142.2 ppb，在 14:57 後開始 穩定下降維持在 30 ppb 直到實驗結束，可以從圖上明顯看出有兩段 不同氣體散布，可以推測第一段時間為無塵室的背景濃度，而第二 段較高的濃度則為使用 acetone 清洗 wafer 上的光阻劑時所逸散的。. 圖 3-5 (b)為 hexane 濃度趨勢圖，其濃度介於 4.0 ppb~11.3 ppb 之間，8 小時儀器平均值為 8.0 ppb，濃度最大值出現在 11:38，由趨 勢圖可以看出早上 10:26 開始濃度逐漸上升並穩定維持濃度在 10 ppb 左右直到 15:01 以後濃度開始下降。. 圖 3-5 (c)為 2-propanol 濃度趨勢圖，觀察到濃度介於 2.3 ppb ~ 343.9 ppb 之間，8 小時儀器平均值為 110.8 ppb，於 11:23 以前濃度 小於 15.0 ppb 並在 11:23 以後濃度開始上升到 293.0 ppb 之後下降並 維持 100 ppb 以上，於 13:27 及 15:29 有相對高值，整體趨勢可以看 出早上 11 點前濃度是較低的，這部份是屬於背景濃度，而 11:00 到 16:00 氣體持續維持高濃度後開始逐漸下降，其濃度上升原因推測是 36.
(46) 製程人員利用 2-propanol 當溶劑清洗 wafer 上的水份及油汙時所造成 的。. 圖 3-5 (d)為 toluene 之微型氣相層析儀分析濃度隨時間變化趨勢 圖，結果顯示，濃度介於 0.8 ppb 到 2.9 ppb 之間，8 小時儀器平均值 為 1.8 ppb，再由趨勢圖可以看出 09:00 維持 2 ppb 上下直到 12:00 開 始下降到 1 ppb，13:30 又開始上升並維持濃度 2 ppb 並於 17:12 有最 大值 2.92 ppb 後開始下降。. 圖 3-5 (e)為 m-xylene 分析結果， 8 小時儀器平均值為 2.1 ppb， 由趨勢圖可以觀察出濃度約在 2 ppb 上下浮動，整體濃度介於 1.4 ppb~2.9 ppb 之，其濃度上升下降起伏趨勢與 toluene 類似。. 圖 3-5 (f)為 anisole 之結果可以觀察到其濃度介於 14.8 ppb~25.7 ppb 之間，8 小時儀器平均值為 19.9 ppb，由趨勢圖可看出 9:00 到 12:00 及下午 1 點以後維持 20 ppb 直到實驗結束;藉由微型氣相層析儀的分 析結果知道各物種濃度對時間的變化，然而單從濃度趨勢圖無法知 道各物種的逸散分布，因此我們整理濃度資料後如下圖 3-6 所示。. 37.
(47) 圖 3-6 濃度分布圖及高斯曲線： （a）acetone；（b）hexane ; (c) 2-propanol ; (d) toluene ; (e) m-xylene ; (f) anisole. 38.
(48) 圖 3-6 濃度分布圖及高斯曲線： （a）acetone；（b）hexane ; (c) 2-propanol ; (d) toluene ; (e) m-xylene ; (f) anisole. 39.
(49) 圖 3-6 為六種氣體的濃度分布組距離圖及高斯曲線，從上述六個 圖表來看，觀察圖表分布可以發現，(a)圖內的 acetone 有低濃度及高 濃度兩種常態分布，而其它五種有機氣體的濃度與組距圖分布為單 峰常態分布，可以判斷當使用 acetone 與未使用時兩種情況下使用液 體體積的差距並且導致其氣體逸散於無塵室的分布狀況。. 觀察圖 3-6 (c)2-propanol 濃度與組距圖與圖 3-4 (c)可以發現，由 於製程人員使用的時間較長，造成其濃度與組距圖為單一峰情況， 其濃度範圍也較其他物種大。. 觀察圖 3-6 (b) (d) (e) (f)後，可以發現其濃度與組距圖也是相同 的單一型態，然而觀察圖 3-4 (b) (d) (e) (f)，發現濃度變化不明顯， 因此才只有單一波峰的濃度形態，而對於其濃度逸散分布狀況及其 原因於小結中描述。. 40.
(50) 3-1-5 實驗結果探討 定量結果顯示於表 3-2 所示，在以最大濃度、第三中位濃度 (75%)、平均濃度、第一中位值(25%) 、最小值、以上 5 點做出盒鬚 圖，以物種的第三中位濃度（75％）及第一中位值(25%)作為盒體來 探討各化合物濃度相對高低及分布狀態，作表 3-2 及圖 3-7。. 根據表 3-2 及圖 3-7 的結果顯示，acetone 及 2-propanol 於量測 時間內有較廣的濃度分布，而最大值相對於盒體所在的濃度範圍相 差 194.5 ppb 與 95.45 ppb，可以合理推測有外來因素干擾其物種的 濃度分布，而在相對較低的 hexane、toluene、m-xylene、anisole 四種 化合物之中則可以看出 hexane 及 anisole 有明顯的濃度範圍（3 及 5 ppb），但是最大濃度與最小濃度距離盒體相當接近，在觀察圖 3-6 後，證明其濃度較低且起伏趨勢相對於 acetone、及 2-propanol 是不 明顯，而 toluene、m-xylene 兩者皆有較小的濃度分布範圍(0.5 ppb 及 0.7 ppb)。. 41.
(51) 表 3-2 無塵室內微型氣相層析儀有機化合物濃度 Compound 2-propanol acetone (high) acetone (low) hexane toluene m -xylene anisole *濃度（ppb). 最大濃度 343.92 142.25 23.21 11.38 2.93 2.98 25.71. 微型氣相層析儀分析結果 第三中位濃度 平均值 第一中位濃度 149.38 106.93 51.50 57.37 47.10 35.47 14.80 10.21 7.91 9.54 8.45 6.55 2.17 1.86 1.64 2.50 2.13 1.86 22.48 19.76 17.44. 最小濃度 2.37 27.17 4.90 4.02 0.87 1.49 14.80. 偵測下限 0.14 0.09 0.09 0.34 0.02 0.03 0.08. 圖 3-7 六種化合物盒鬚圖. 針對無塵室內各個化合物在 8 小時內的 50 筆數據，做相關係數 探討個物種濃度，藉此檢定在不同的物種彼此之間的濃度趨勢是否 有顯著的差異存在，其結果於表 3-3 所示，acetone 對於 hexane、 2-propanol、toluene 有顯著相關，而 hexane 對於 2-propanol 有顯著 相關，toluene 對於 m-xylene 有顯著相關，anisole 對於 m-xylene 有 顯著相關 ，可以推論這些有機氣體的濃度趨勢是具有相關性並非獨 立。 42.
(52) 表 3-3 無塵室內量測所得之有機化合物相關分析 Compound (n=50) acetone 相關性 顯著性 hexane 相關性 2-propanol. 顯著性 相關性. toluene. 顯著性 相關性. m -xylene. 顯著性 相關性. anisole. 顯著性 相關性 顯著性. acetone. hexane. 2-propanol. toluene. m -xylene. anisole. 1 **. 0.433 0.002. *. 0.368 0.009. *. 1 **. 0.809 <0.01. 1. 0.352 0.01. -0.148 0.305. -0.155 0.281. -0.251 0.078. -0.235 0.1. -0.053 0.715. 0.279 0.051. 0.075 0.606. -0.126 0.382. **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. *. 顯著性<0.05，其統計具相關顯著. 43. 1 **. 1. 0.467 0.001 0.228 0.112. *. -0.283 0.046. 1.
(53) 3-1-6 小結 本小節以微型氣相層析儀連續採樣分析技術，作為半導體無塵 室內的化學有機氣體逸散之應用。本小節研究結果顯示，無塵室內 以微型氣相層析儀檢驗方法在 8 小時內得到 50 張圖譜，汙染物分析 結果包含了 acetone、2-propanol、hexane、toluene、m-xylene 以及 anisole 總共六種化合物。. 從當日連續分析結果得知 acetone 及 2-propanol 在特定時間點有 較高的濃度逸散，可追溯至實驗室人員在無塵室內使用藥劑於晶片 及清洗晶片時所逸散至空氣中，由現場觀察製程中溶劑使用情形推 估，由於 acetone、及 2-propanol 多屬於半導體製程上清洗晶片上殘 留的光阻及顯影劑所會用到的溶劑 因此其濃度在實驗室人員進行 製造過程中或未進行時會有明顯變化，但對於 hexane、toluene、 m-xylene、anisole 四種化合物而言，多屬於半導體製程上常用之光 阻劑及顯影劑內所含的微量溶劑，其用量相對之下較清洗之溶劑少， 因此只在實驗室人員進行塗布晶片中其濃度會上升，但是並未如同 acetone 及 2-propanol 等溶劑，會在製程上使用大量體積清洗晶片時 有明顯的濃度變化，結果也顯示 hexane、toluene、m-xylene、 anisole 是屬於長時間的低濃度逸散。. 44.
(54) 3-2 鄰近工業區周遭鄉鎮採樣分析 3-2-1 鄰近工業區周遭鄉鎮微型氣相層析儀採樣 本研究探討雲林麥寮鄉及台西鄉的氣體分布狀況，透過將微型氣 相層析儀架設於監測車內進行連續全自動化分析，量測時間為 2014 年 06 月 30 日 08:00 至 2014 年 07 月 11 日 20:00，每一監測地點監測時間 為 24 小時，設定儀器參數為採樣時間 48 分，分析時間 12 分鐘，氣體 採樣流量為 100 mL/min，樣品熱脫附溫度為 320 °C，管柱長度為 15 公尺的 0.53 mm i.d. DB-1（100% dimethylpolysiloxane） ，管柱升溫參數 為 40 °C 停留 150 秒並以 0.2 °C/sec 升溫至 120 °C 停留 80 sec，每小時 可得 1 張層析圖譜，總計本次 8 個地點一共得到 192 張層析圖譜。. 由於本研究之微型氣相層析儀搭載的偵測器非質譜儀，除非於無 法即時判別該定性有機氣體，除了在實驗前進行校正，實驗後以人工 方式確認圖譜，同時監測地區的環境不同，因此有機氣體種類及濃度 上升下降趨勢會不同，可能與外在環境，周遭風向，交通污染程度有 關連，因此在本章節後面將進行討論。. 45.
(55) 3-2-2 採樣筒-氣相層析質譜儀分析結果 本研究中使用 2 個不銹鋼採樣筒分別於 2014 年 7 月 2 日於麥 寮高中及 2014 年 7 月 3 日豐安國小與微型氣相層析儀進行同步採 樣不鏽鋼筒容量為 6 L 採樣時間皆為 8 個小時，使用此分析方法可 以得知監測地點周遭空氣中的有機化合物種類及濃度，並與微型氣 相層析儀的分析結果進行比對。. 採樣筒-氣相層析質譜儀分析結果,化合物種類及濃度如表 3-4 到 3-5 所示，在表 3-4 中麥寮高中校門口一共 8 個小時的採樣時間 內共分析出以下七種化合物，分別是 dichlorodifluoromethane( Freon 12)、acetone、chloromethane、toluene、tert-butyl methyl ether(MTBE)、 m/p-xylene、hexane。結果顯示，dichlorodifluoromethane 有最高平均 的濃度為 4.8 ppb，hexane 最低有 0.3 ppb，toluene、m/p-xylene 則 分別為 0.9 ppb 及 0.3 ppb;在表 3-5 中豐安國小校園內，在 8 個小時 的採樣時間分析出以下四種化合物,分別為 acetone、1,3-pentadiene、 toluene、dichlorodifluoromethane。結果顯示，acetone 有最高平均濃 度約 1.8 ppb 而 toluene 最低則為 0.3 ppb 。. 46.
(56) 表 3-4 GC-MS 於麥寮高中校門口分析結果 No. 1 2 3 4 5 6 7. Compound dichlorodifluoromethane acetone chloromethane toluene propane, 2-methoxy-2-methylm/p -xylene hexane. 中文名稱 二氯二氟甲烷(Freon 12) 丙酮 氯甲烷 甲苯 甲基第三丁基醚(MTBE) 間/對-二甲苯 正己烷. Concentration(ppb) 4.8 3.6 2.4 0.9 0.5 0.3 0.3. 表 3-5 GC-MS 於豐安國校小門口分析結果 No. 1 2 3 4. Compound acetone 1,3-Pentadiene dichlorodifluoromethane toluene. 中文名稱 丙酮 1,3-戊二烯 二氯二氟甲烷(Freon 12) 甲苯. 47. Concentration(ppb) 1.8 0.5 0.4 0.3.
(57) 3-2-3 吸附管-氣相層析質譜儀分析結果 本實驗部分則是利用不鏽鋼管所製作的前濃縮裝置，於 8 個 監測地點採集空氣樣本並且搭配幫浦(200 mL/min)進行樣品吸附， 其採樣口與微型氣相層析儀相同，一樣放置於監測車車頂，確保其 採集樣品是相同的，其吸附時間為 24 小時，採集完畢後送至工研 院以氣相層析質譜儀進行分析。. 而考量到每一地點的分析結果過於複雜及氣體種類繁多，將部 分化合物節錄如表 3-6 所示，與 3-2-2 節不鏽鋼採樣筒實驗相比，分 析結果顯示有直鏈烴、支鏈烴、芳香烴、環烷烴、氯碳化物、以及 少許酮醇酯類，吸附管所採集到的化合物種類確實多於不鏽鋼採樣 筒，由於吸附管所吸附的體積（144 L）較採樣筒（6 L）多，吸附時 間達到 24 小時，而不鏽鋼採樣筒只有 8 小時，我們也同時將吸附管 內的四種化合物 benzene : toluene : ethylbenzene : m-xylene 做表 3-7 以簡單討論。. 48.
(58) 表 3-6 吸附管-氣相層析質譜儀分析結果 分類 芳香 芳香 芳香 芳香 芳香 芳香 烯 烯 烷 烷 烷 烷 烷 烷 烷 烷 烷 烷 烷 烷 氯氟昂 氯氟昂 氯烷 氯烷 酮 酮 酮 酯 醇 醚. Compounds benzene toluene m /p -xylene ethylbenzene styrene 1,2,4-trichlorobenzene propylene 2-methyl-1,3-butadiene 2-methyl-butane pentane hexane cyclopentane 2-methylpentane 3-methylpentane 4-methyloctane methylcyclopentane 6-methyltridecane dodecane 3,7-dimethyldecane 2,6,6-trimethyloctane Freon 12 Freon 113 chloromethane chloroethane acetone 2-butanone cyclohexanone ethyl acetate 2-propanol methyl tert-butyl ether. 興華國小 5.12 9.36 0.69 0.31 0.16 0.13 14.78 1.03 43.79 25.91 9.66 8.55 19.64 14.16 2.55 2.36 0.46 0.96 1.48 0.96 0.35 16.44 0.26 N.D. 15.08 0.72 0.53 20.89 3.76 5.22. 麥寮高中 0.4 2.24 0.21 N.D. N.D. 0.19 5.65 0.13 6.53 0.36 0.72 0.56 N.D. 0.44 3.92 N.D. 0.71 1.52 2.33 1.48 N.D. 0.1 1.46 N.D. 26.98 N.D. 0.81 0.22 2.26 0.86. 豐安國小 20.11 4.05 0.56 0.28 0.21 0.15 48.79 1.4 30.89 27.1 8.5 7.75 10.14 6.87 2.81 0.87 0.44 0.91 1.42 0.91 0.19 1.35 1.93 3.91 18.65 0.14 N.D. 1.57 2.65 2.52. 新興國小 3.95 2.4 0.21 N.D. N.D. 0.24 7.27 N.D. 6.57 0.5 0.67 2.01 0.93 0.3 2.63 N.D. 0.41 0.9 1.37 0.88 0.16 N.D. 1.53 0.77 14.9 N.D. 0.54 0.24 2.36 0.15. 49. 五條港 0.44 2.33 0.18 N.D. N.D. 0.14 2.3 N.D. 8.43 0.57 0.48 0.39 0.81 0.12 2.45 N.D. 0.46 1.05 1.57 1.03 N.D. 1.14 N.D. N.D. 11.13 N.D. 0.52 0.17 2.04 0.47. 台西國小 1.04 2.52 N.D. 0.1 N.D. 0.24 10.61 0.61 16.41 7.72 3.91 3.41 5.38 3.77 2.47 0.52 0.36 0.79 1.25 0.81 N.D. 1.73 0.36 N.D. 22.13 N.D. 0.51 0.83 4.72 4.7. 明禮國小 0.94 3.81 0.27 0.11 N.D. 0.12 28.28 0.45 6.88 1.69 1.38 2.17 1.59 0.98 1.93 0.15 0.34 0.74 1.11 0.7 N.D. 0.76 11.81 5.46 17.63 N.D. 0.39 0.98 1.52 0.56. 海豐堡 0.56 0.92 0.16 N.D. N.D. N.D. 0.16 0.24 2.01 2.58 1.15 0.6 1.79 1.02 0.93 0.13 N.D. 0.15 0.15 N.D. N.D. 0.32 N.D. N.D. 11.09 2.48 0.2 N.D. 0.18 1.3.
(59) 根據表 3-6 結果及考量微型氣相層析儀的分離能力有限，對於游 離能超過光游離偵測器所生成 10.6 eV 的化合物以及分子量較小或太 大的化合物無法於較短的管柱中來讓所有空氣中的有機揮發性氣體 於儀器上全部分離及偵測，因此對於後續實驗的定性及定量，選擇的 化合物需要容易分離且對偵測器有較高反應性，觀察現場層析圖譜後 將可能的有機氣體注入微型氣相層析儀對比層析圖的滯留時間，其分 析結果如圖 3-7 所示，(b)圖為確認的化合物而(c)圖內的 acetone，ethyl acetate 會與較輕的碳類重疊，而 heptane 則是濃度起伏不明顯，故本 次不分析。. 圖 3-8 微型氣相層析儀分析圖譜定性(a)現場; (b)(c)實驗室. 50.
(60) 表 3-7 吸附管四種化合物比結果 地點. B：T：E：X. 興華國小 17：30：2：1 麥寮高中 2：10：x：1 豐安國小 72：14：1：2 新興國小 19：12：x：1 五條港 2：13：x：1 台西國小 10：25：1：x 明禮國小 9：35：1：2 4：6：x：1 海豐堡. 根據文獻指出，苯：甲苯：乙苯：二甲苯的比有不同的計算結果， 然而多數以交通污染物做研究的報導指出苯與甲苯的比例大多是 1:2 到 1:4 之間，而根據表 3-7 結果可以發現豐安國小及新興國小的結果與 其他地點計算結果有差距（72：14 與 19：12），若只就本節的分析結 果與文獻相比代表這兩個地點可能有非交通因素以外的排放源干擾， 但對其它地點並無法直接確認只受到交通排放源干擾，因此對於所有 地點仍須更進一步的討論。. 51.
(61) 3-2-4 微型氣相層析儀有機氣體校正結果 在此節所要探討的是將氣相層析質譜儀分析之有機化合物之定性 結果於實驗室內配置標準樣品，進樣至微型氣相層析儀，以確認滯留 時間。層析溫控參數設定 40℃停留 150 秒以每秒 0.2℃的斜率上升至 120℃後停留 70 秒,分析時間為 12 分鐘,以進行儀器定性及定量校正。. 將氣相層析質譜儀所定性之複雜結果降至五種注入，由於微型氣 相層析儀內所配置之管柱只有 15 公尺，小分子有機化合物會在同一 時間內沖堤出來，造成積分面積及定量結果的不準確，在此不定性， 而觀察現場即時層析圖譜後發現有幾個化合物的峰值大過其他化合 物，因此我們透過單一氣體進樣微型氣相層析儀對比滯留時間，我們 能夠得到五種有機化合物的定性結果，分別是 hexane、 benzene、 toluene、ethylbenzene、m-xylene ，其線性值達 0.99，校正曲線如圖 3-8、方法偵測下限如表 3-8 所示；此分析結果在空氣中的染物上，出 現 hexane、 benzene、 toluene、ethylbenzene、 m-xylene 這五種有機 化合物，之後將使用此五種氣體做濃度探討。. 52.
(62) (a). (b). 圖 3-9 工業區五種化合物校正曲線圖 (a) ◆: toluene、■: hexane (b) ▲: benzene、◆: ethylbenzene、■: m-xylene. 表 3- 8 方法偵測下限 MDL (ppb). hexane 0.27. benzene 0.06. toluene 0.74. 53. ethylbenzene 0.62. m -xylene 0.32.
(63) 3-2-5 微型氣相層析儀濃度隨時間變化之結果 本小節應用微型氣相層析儀，以自動化方式進行採樣及連續分析， 每一小時一個點，以達到長時間監測戶外環境中的氣體濃度變化。. 在下列各圖中所整理的是每個監測地點的有機氣體濃度隨時間變 化結果，探討該地的 hexane、benzene、toluene、ethylbenzene、m-xylene， 本節同時也把地理因素（距離工業區遠近） ，時間因素（早上、中午、 晚上） ，周遭環境（街道、非街道）做討論，圖片結果顯示於 3-10～3-17； 我們也將各物種做相關性檢驗，將結果列於表 3-9 到 3-16。. 觀察表 3-10 到 3-17 發現，由於每個地點只有 24 筆數據，加上部 分地點的物種濃度是低於定量下限，使用 0 值代入相關係數容易造成 計算結果失真，依照此統計方式我們只能推斷對於部分物種是具有足 夠統計數據推論其濃度趨勢並非獨立，而對於非顯著且非相關的物種 實際上仍須增加採樣天數或者改進實驗方式才能證明部分物種其來源 是獨立的。. 54.
(64) 圖 3-10 興華國小濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene (c) toluene (d) ethylbenzene (e)m-xylene 55.
(65) 圖 3-10 微型氣相層析儀於興華國小的分析結果，該地區位於工業 區東南方 8.5 公里，結果顯示，hexane、benzene、 toluene 於 6 月 30 日 09:00 到 12:00 以及 18:00 至 20:00 後濃度是上升的趨勢，而在 09:00 到 18:00 之間各物種濃度則是相對呈現較低，18:00 至隔日 08:00 之間 則是在 24:00 有較高的濃度，之後濃度隨之下降直到 06:00 以後才又上 升; ethylbenzene、及 m-xylene 的濃度低於偵測下限因此有許多時間未 測得，數據顯示直到 19:00 以後才有數據被測得。. 表 3-9 興華國小物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 23 0.713 <0.01 20 ** 0.743 <0.01 23 -0.5 0.253 7 -0.17 0.578 13 **. **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. *. 顯著性<0.05，其統計具相關顯著. 1. **. 20 0.665 0.001 20 0 1 7 0.313 0.297 13. 56. 1 23 -0.321 0.482 7 * 0.571 0.041 13. 1 7 0.179 0.702 7. 1 13.
(66) 圖 3-11 麥寮高中濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene (c) toluene (d) ethylbenzene (e)m-xylene 57.
(67) 圖 3-11 是微型氣相層析儀於麥寮高中分析結果，該地點位於麥寮 鄉鎮內，監測地點附近為主要交通道路，位於工業區東南方 5.3 公里 處，分析結果顯示 hexane、benzene、 toluene、ethylbenzene、m-xylene 五個物種在 7 月 1 日 21:00 後濃度下降，隨後在 7 月 2 日 05:00 以後濃 度開始上升直到 08:00，之後濃度呈現下降趨勢直到 17：00 濃度又些 微上升，其最高與最低濃度的變化於個位數 ppb 以內。. 表 3- 10 麥寮高中物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 24 0.757 <0.01 24 ** 0.926 <0.01 24 * 0.510 0.015 22 ** 0.608 0.002 24 **. **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. *. 顯著性<0.05，其統計具相關顯著. 1 24 0.810 <0.01 24 ** 0.767 <0.01 22 ** 0.687 <0.01 24 **. 58. 1 24 0.709 <0.01 22 ** 0.712 <0.01 22 **. 1 22 0.719 <0.01 22. **. 1 24.
(68) 圖 3-12 豐安國小濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene(c) toluene(d) ethylbenzene (e) m-xylene 59.
(69) 圖 3-12 為微型氣相層析儀於豐安國小的分析結果，該地點位於工 業區東方 2 公里處，為最鄰近工業區的監測地點，觀察 hexane 及 toluene 兩者於 7 月 3 日 13:00 到 17:00 及 7 月 4 日 02:00 到 07:00 濃度有上升 的趨勢，而 toluene 的濃度在 06:00 到 07:00 有最大濃度 4.76 ppb;另外 benzene、ethylbenzene 以及 m-xylene 只有在 7 月 3 日 13:00 到 17:00 及 7 月 4 日 01:00 到 08:00 這兩段時間才有被測得，其餘的時間大多是低 濃度以至於未被測得。. 表 3-11 豐安國小物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 24 0.978 <0.01 13 ** 0.871 <0.01 24 * 0.886 0.019 6 ** 0.843 <0.01 17 **. **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. *. 顯著性<0.05，其統計具相關顯著. 1 13 0.401 0.174 13 * 0.886 0.019 6 ** 0.709 0.007 13. 60. 1 24 -0.771 0.072 6 ** 0.841 <0.01 17. 1. *. 6 0.886 0.019 6. 1 17.
(70) 圖 3-13 新興國小濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene (c) toluene (d) ethylbenzene (e) m-xylene 61.
(71) 圖 3-13 為微型氣相層析儀於新興國小的分析結果，該地位於工業 區南南東方 6.1 公里處，該地方四周環境相當空曠且非鄰近道路，分 析結果顯示 hexane、benzene、 toluene、ethylbenzene、m-xylene 5 個物 種在這時間上升下降的趨勢是一致的，7 月 4 日 22:00 點到 7 月 5 日 07:00 濃度有較高的趨勢，07:00 到 20:00 其濃度逐漸下降，同時觀察 到 ethylbenzene 於該時段有未測得的情形發生。. 表 3-12 新興國小物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. **. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 24 0.832 <0.01 21 ** 0.923 <0.01 24 ** 0.802 <0.01 18 ** 0.843 <0.01 23 **. 1 21 0.851 <0.01 21 ** 0.825 <0.01 18 ** 0.844 <0.01 20 **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. 62. 1 24 0.841 <0.01 18 ** 0.899 <0.01 23 **. 1 18 0.820 <0.01 18. **. 1 23.
(72) 圖 3-14 五條港濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene (c) toluene (d) ethylbenzene (e) m-xylene 63.
(73) 圖 3-14 為微型氣相層析儀五條港分析結果，位於工業區南南西 9.3 公里處，此處雖於交通要道旁，但於監測當日人車稀少，結果顯示， 於 7 月 6 日 08：00 到 7 月 7 日 08：00 的時間內， benzene、ethylbenzene、 m-xylene 此三種物質在此監測地的有效數據少，可歸因於濃度於定量 下限，而觀察 toluene 的濃度，其濃度值也只略高於 MDL 0.74 ppb，總 結來看由於外在干擾因素少導致所測得的濃度低，其監測濃度等同於 該地點空氣中無干擾時的大氣背景值。. 表 3-13 五條港物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 23 0.588 0.074 10 -0.264 0.224 23 -1 2 0.452 0.26 8. **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. *. 顯著性<0.05，其統計具相關顯著. 1. *. 10 -0.636 0.048 10 1. 23 -1. 2 0.429 0.397 6. 2 -0.5 0.207 8. 64. 1. 1 2 1. 1. 2. 8.
(74) 圖 3-15 台西國小濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene (c) toluene (d) ethylbenzene (e) m-xylene 65.
(75) 圖 3-15 為微型氣相層析儀分析於台西國小的分析結果，位於工業 區南方 10.8 公里處，此處於台西鄉內的主要交通道路旁，人車眾多且 四周有建築物，結果顯示，在 7 月 7 日 20:00 到 7 月 8 日 05:00 這段時 間內的氣體的濃度較低，benzene、ethylbenzene 有部分未測得;到了 7 月 8 日 05:00 到 11:00 及 16:00 到 20:00，五種氣體濃度為上升的趨勢， 此兩段時間與該地人民生活作息接近，推測是交通因素導致，而 14:00 到 15:00 的甲苯上升因素由現場觀察則為一汽車停放於監測車周遭並 且持續發動所導致。. 表 3-14 台西國小物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 24 0.659 0.003 18 ** 0.558 0.005 24 0.306 0.249 16 0.427 0.053 21 **. **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. *. 顯著性<0.05，其統計具相關顯著. 1 18 0.375 0.126 18 0.418 0.121 15 * 0.511 0.03 18. 66. 1 24 0.774 <0.01 16 ** 0.895 <0.01 21 **. 1 16 0.871 <0.01 16. **. 1 21.
(76) 圖 3-16 明禮國小濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene (c) toluene (d) ethylbenzene (e) m-xylene 67.
(77) 圖 3-16 為微型氣相層析儀分析濃度隨時間變化趨勢圖於明禮國小 ，地點位於工業區東方 5.5 公里處，此處於麥寮鄉鎮外，人車稀少且 四周有建築物，結果顯示，hexane、benzene、toluene、m-xylene 四種 有機氣體在 7 月 9 日 08:00 到 7 月 9 日 19:00 點之間濃度是下降趨勢， 而從 19:00 到 7 月 10 日 00:00 濃度則是呈現上升趨勢直到 00:00 後開 始下降而 ethylbenzene 則是因濃度未達偵測下限造成資料點過少而無 法判斷濃度趨勢。. 表 3-15 明禮國小物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. **. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 24 0.497 0.67 16 ** 0.890 <0.01 24 -0.4 0.6 4 ** 0.688 0.003 16. 1 16 0.459 0.074 16 0 1 4 0.125 0.67 14. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. 68. 1 24 -0.4 0.6 4 ** 0.895 <0.01 16. 1 4 0.871 <0.01 4. **. 1 16.
(78) 圖 3-17 海豐堡濃度趨勢圖(a) hexane(b) benzene (c) toluene (d) ethylbenzene (e) m-xylene. 69.
(79) 圖 3-17 為微型氣相層析儀分析濃度隨時間變化趨勢圖於海豐堡旅 館旁，位於工業區東南方 7.12 公里處，此處於麥寮鄉鎮外，鄰近台 17 線但四周空曠，結果顯示，hexane、toluene、m-xylene 在 7 月 10 日 20:00 濃度維持平穩直到 00:00 後開始上升，直到 7 月 11 日後 02:00 後 才開始下降，而在 08:00 後又開始上升，而 benzene、ethylbenzene 兩 者數據過少，雖然濃度上升及下降的時間與其他三者相似但對於中間 空白濃度則因低於 MDL 無法得知真實濃度。. 表 3-16 海豐堡物種相關係數 Compound hexane. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. hexane 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n 相關性 顯著性 n. benzene. toluene. ethylbenzene. m -xylene. 1 24 0.497 0.007 12 ** 0.890 0.069 24 0.350 0.356 9 0.005 0.983 19. **. 顯著性<0.01，其統計具相關顯著. *. 顯著性<0.05，其統計具相關顯著. 1 12 0.797 0.002 12 0.6 0.285 5 * 0.721 0.019 10. **. 70. 1 24 0.417 0.265 9 0.388 0.101 19. 1. *. 9 0.810 0.015 8. 1 16.
(80) 3-2-6 實驗結果與風向探討 當汙染源位於監測點上風處時，下風處所測量到的各項汙染物濃 度與風向息息相關，然而由於受到監測環境中的地表環境、建築物高 度、風速等因素影響，不一定與風向有直接關聯因此造成難以判定汙 染物可能的來源，而地表風速的快慢則可能影響污染物自排放處經過 大氣傳遞的時間快慢，因此我們將地表監測車的風向風速與微型氣相 層析儀的濃度趨勢作圖，觀察此次 8 個地點的監測風向是否與濃度有 相關 ，將結果做圖於 3-18 到 3-25。. 根據本節的結果顯示，我們由實驗當時的監測環境及風向風速推 論當時微型氣相層析儀所偵測到的氣體濃度，多來自於監測車周遭環 境的氣體，加上監測地點以風向來看部分並非位於工廠下風處，就本 次實驗而言無法僅就風向來斷定汙染源從何而來，需再做進一步研究 才能得知。. 71.
(81) 圖 3-18 為興華國小濃度與風向風速對照圖. 圖 3-18 為興華國小的濃度與風向對照圖，地點位於工業區東南方 8.5 公里外在地面監測車的風速風向圖上可以觀察到 6 月 30 日 08：00 到 18:00 的地表風向是由西南風，此段期間除了 08:00～10:00 是濃度 上升的趨勢外，其它時間為濃度下降的趨勢，地表風速上升，當時間 為 18：00 到 7 月 1 日 08:00 到風向由西南轉東風時可以觀察到地表風 速下降；從圖 3-18 來看當日濃度與風向並沒有直接關係，然而是否引 起氣象學中的逆溫現象[37~38]造成白天地表的溫度高於上空的溫度使 上、下氣體對流頻繁造成污染物容易擴散，而到了夜晚因輻射冷卻造 72.
(82) 成地表溫度與風速下降並高於上空的溫度，使得大氣層缺乏上、下層 的混合過程污染物不易擴散，在近地表所發生的此種現象在日出後， 地表溫度逐漸上升就會消失，對於本研究結果是否與逆溫現象有關， 我們需要在做更進一步的研究才能得知。. 73.
(83) 圖 3-19 麥寮高中濃度與風向風速對照圖. 圖 3-19 為麥寮高中的濃度與風向對照圖，地點位於工業區東南方 5.3 公里外，可以觀察到 7 月 1 日 20:00 到 7 月 2 日 08:00 的地表風向 是南風，此段期間除了 7 月 2 日 06:00～08:00 是濃度上升的趨勢，在 7 月 1 日半夜的時間濃度則是相對較低; 7 月 2 日 08:00 到 20:00 之間 的風向由南轉西北風，可以觀察只有下午 16:00 以後濃度有上升現象； 從圖 3-21 來看濃度上升下降的起伏時間集中在該地人們上下班的時間 與風向較無直接關連。. 74.
(84) 圖 3-20 豐安國小濃度與風向風速對照圖. 圖 3-20 為豐安國小的濃度與風向對照圖，該地點位於工業區東方 2 公里處， 7 月 3 日 08:00 到 23:00 之間的風向為北風，7 月 3 日 23:00 到 7 月 4 日 08:00 之間則是不穩定的吹東風及南風，濃度上升趨勢則 是集中在 7 月 3 日下午 12:00 到 18：00 及 7 月 4 日 06：00 到 08:00， 推論此兩段時間的高峰時由於家長以汽機車接送小孩測得交通工具的 排放廢氣，而 7 月 4 日 02:00 以後逐漸上升的趨勢是否與鄰近工業區 夜間石化原料車或因該地方夜間氣體不易散開，則需進一步調查。. 75.
(85) 圖 3-21 新興國小濃度與風向風速對照圖. 圖 3-21 為新興國小的濃度與風向對照圖，監測地點位於工業區南 南東方 6.1 公里處，觀察濃度趨勢圖與風向圖可以發現，氣體濃度上 升趨勢集中在夜間 7 月 4 日 20:00 到 7 月 5 日 06:00，其餘的時間氣體 濃度整體趨勢則是較低的，觀察風向圖可以發現較多時間是吹北風;而 夜間的氣體濃度高於白天的濃度，而風速則是夜晚低白天高，而對於 此地點於夜晚時段濃度上升原因是否與風速及風向有關造成氣體擴散 快慢，需要做長時間監測才能得知。. 76.
(86) 圖 3-22 五條港濃度與風向風速對照圖. 圖 3-22 為五條港的濃度與風向對照圖，位於工業區南方 9.3 公里 處，觀察監測地點的風向自 7 月 6 日 08:00 到 22:00 間為吹西北風到北 北西風，而風速則是逐漸下降，7 月 6 日 22:00 到 7 月 7 日 08:00 則是 吹北北東到北風，而風速則是逐漸上升，可以看見在該地區不論風向 及風速與氣體濃度較無直接關聯。. 77.
(87) 圖 3-23 台西國小與風向風速對照圖. 圖 3-23 為台西國小的濃度與風向對照圖於，位於工業區南方 10.8 公里處，周遭有台西鄉內的主要交通聯外道路，結果顯示，在監測當 日的地表風向為北風，而風速則是自 7 月 7 日 20:00 到 7 月 8 日 16:00 約 3 m/s 之後到 19:00 下降為 0 m/s，；氣體濃度只有在 7 月 8 日 05:00 到 09:00 及 16:00 到 20:00 兩段時間上升，推測為交通因素，沒有明確 證據與風向有直接關聯性。. 78.
(88) 圖 3-24 明禮國小的濃度與風向風速對照圖. 圖 3-24 為明禮國小的濃度與風向對照圖，地點位於工業區東方 5.5 公里處，監測地點在校內，附近有台 17 線的主要交通聯外道路，由數 據得到結果的風向為西南風，在風速的部分則是 7 月 9 日 08:00 到 17:00 風速逐漸上升到 4 m/s，之後到 7 月 10 日 20:00 風速維持穩定;觀察地 表風向與濃度，並沒有明顯關聯，夜間的濃度上升因素是否能推測為 由夜間的風速較低導致高濃度氣體沉積於台 17 線周遭道路，則需要進 一步研究。. 79.
(89) 圖 3-25 海豐堡濃度與風向風速對照圖 圖 3-25 為海豐堡的濃度與風向對照圖，地點工業區東南方 7.12 公 里處，鄰近為台 17 線主要道路且四周有建築物，從圖中可以觀察到風 向維持平穩南南西風，風速則是於 7 月 11 日半夜下降並於白天上升， 探究其風向穩定的原因認為監測車兩側有建築物導致地表風向受到限 制，其濃度高低與風向的關聯性下降，只能推測其濃度上升可能是受 到周圍環境影響。. 80.
(90) 3-2-7 小結 由上節的研究成果，以微型氣相層析儀方法在工業區鄰近周遭監 測地點，以每 1 地點監測 24 小時並且取得 24 張層析圖譜，搭配不鏽 鋼採樣筒及吸附管協助微型氣相層析儀做定性，結果顯示包含五種有 機氣體，共有 hexane、benzene、toluene、ethylbenzene、m-xylene 於微 型氣相層析儀中被定性出來。. 根據分析圖譜及定量結果，我們確認該地區環境確實有低濃度及 多物種化合物，8 個地點的五個物種伴隨著時間有著不同濃度的變化， 而其濃度皆小於 10 ppb，麥寮高中、台西國小及豐安國小下午時段受 到交通因素干擾較多，五條港口則是未受到交通因素干擾，其他地點 則是於夜間有較高的氣體濃度，是否因為夜晚大氣沉降[37]造成氣體 不易擴散或者是夜間的鄰近交通污染的則要在進一步探討。. 81.
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