建築室內逸散物質檢測分析研究(一)－建築室內環境揮發性有機物檢測實驗室建置

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(1)內政部建築研究所. 研究計劃期末報告. 建築室內逸散物質檢測分析研究(一) －建築室內環境揮發性有機物檢測實驗室建置. 執行期間：87 年 8 月 1 日至 88 年 6 月 30 日. 計劃主持人：張志成. 委託單位：內政部建築研究所執行單位：工業技術研究院. 能源與資源研究所.

(2) 目. 錄. 英文摘要 ............................................ 7 摘要. ............................................ 8. 第一章. 緒論 ......................................... 9. 1.1 研究動機與目的 ................................ 9 1.2 研究範圍與內容 ............................... 11 1.3 研究方法與流程 ............................... 12 1.4 小型環境模擬室測定範圍 ....................... 15 1.5 重要性和使用方法 ............................. 15 第二章. 辦公建築室內空氣品質與室內裝修建材概述 ...... 20. 2.1 辦公建築室內揮發性有機物(VOCs) ............... 20 2.2 室內常用建材與 VOCs 的關係 .................... 21 2.3 VOCs 對人體健康的影響 ........................ 33 2.4 國內外室內空氣品質標準及建議值 ............... 37 第三章. 實驗室裝置 .................................. 43. 3.1 環境試驗室 ................................... 43 3.2 乾淨空氣產生系統 ............................. 47 3.3 環境測量與控制系統 ........................... 48. 1.

(3) 第四章. 樣品收集和分析 .............................. 50. 4.1 氣態污染物採樣與分析方法之探討 ............... 50 4.2 樣品收集和分析之裝置與設備 ................... 67 第五章. 實驗方法 .................................... 88. 5.1 實驗設計 ..................................... 88 5.2 實驗步驟 ..................................... 91 5.3 數據分析方法 ................................. 99 第六章. 實驗結果與數據分析 ......................... 105. 6.1 環控室可靠性測試 ............................ 105 6.2 Headspace 分析結果 .......................... 115 第七章. 結論 ....................................... 121. 第八章. 參考文獻 ................................... 123. 2.

(4) 圖目錄. 圖 2-1. 自 1,800 年對通風換氣哲學思考模式的轉變 .......... 42. 圖 3-1. 小型建材有機物質逸散檢測模擬室 .................. 45. 圖 4-1. 固相微量萃取採樣法裝置圖 ........................ 65. 圖 4-2. 膜萃取與固體吸附劑濃縮法，再經由熱脫附後注入氣相層析儀分析圖示 ................................... 66. 圖 4-3. 自動化分析系統 .................................. 70. 圖 4-4. 閥門之運作及其執行之工作 ........................ 73. 圖 4-5. 有機逸散物捕捉濃縮器 ............................ 76. 圖 4-6. 改良之前濃縮採樣管 .............................. 78. 圖 4-7. 注入 400 ml 的氣態碳氫化合物（Ｃ5-Ｃ12），（a）未經冷凝濃縮直接注入，（b）經冷凝濃縮後注入 ............. 83. 圖 4-8. 氣相層析系統 .................................... 84. 圖 4-9. 典型的色層譜；脂肪酸脂 .......................... 86. 圖 6-1. N＝0.51 之溫、濕度變化 .......................... 106. 圖 6-2. N＝1.68 之溫、濕度變化 .......................... 107. 圖 6-3. N＝2.59 之溫、濕度變化 .......................... 108. 圖 6-4. N＝3.42 之溫、濕度變化 .......................... 109. 3.

(5) 圖 6-5. N＝4.18 之溫、濕度變化 .......................... 110. 圖 6-6. N＝5.62 之溫、濕度變化 .......................... 111. 圖 6-7. N＝6.89 之溫、濕度變化 .......................... 112. 圖 6-8. 不同換氣率下，室內氣流混合程度之理想曲線 ....... 114. 圖 6-9. N＝1.92 h-1 之理想與實際曲線比較圖 .............. 114. 圖 6-10. 噴漆之 Headspace 分析結果 ...................... 116. 圖 6-11. 塑膠漆之 Headspace 分析結果 .................... 117. 圖 6-12. 調和漆之 Headspace 分析結果 .................... 117. 圖 6-13. 油性水泥漆之 Headspace 分析結果 ................ 118. 圖 6-14. 底漆之 Headspace 分析結果 ...................... 118. 圖 6-15. 凡立水之 Headspace 分析結果 .................... 119. 4.

(6) 表目錄. 表 2-1. WHO 對室內有機污染物之分類 ....................... 20. 表 2-2. 國內主要 VOCs 排放行業之排放狀況 ................. 22. 表 2-3. 國內塗料製造業空氣污染物排放量估算 .............. 23. 表 2-4. 建材塗料的種類及特性 ............................ 24. 表 2-5. 建材塗料常用的樹脂種類 .......................... 24. 表 2-6. 建築黏著劑和填縫劑 .............................. 26. 表 2-7. 木材和傢俱的黏著劑 .............................. 27. 表 2-8. 室內建材相關產業所使用之主要有機溶劑 ............ 28. 表 2-9. Mo1have 研究報告的 42 種建材 ...................... 29. 表 2-10. (A)42 種建材周圍空氣中最常用的 10 種化合物 ....... 30 (B)42 種建材周圍空氣中濃度最高的 10 種化合物 ..... 30. 表 2-11. 裝修建築物的 VOC 濃度 ........................... 31. 表 2-12. 一般室內建材之分類 ............................. 32. 表 2-13. 有機溶劑的容許濃度以及其對人體健康之危害 ....... 34. 表 2-14. 甲醛濃度與暴露時間對人體健康之影響 ............. 35. 表 2-15. 塗料製造、使用及儲存所排放空氣污染物之危害特性 36. 表 2-16. 各國室內空氣品質標準值或建議值 ................. 38. 5.

(7) 表 2-17. 1984 年已知標準之室內空氣污染物世界衛生組織工作組之一致認定 .................................... 39. 表 2-18. 常發生於辦公建築室內污染物之 ACGIH 建議值 ....... 40. 表 2-19. 各國對辦公室通風換氣量需求標準(L/S•m ) ......... 42. 表 4-1. 水氣吸附對採樣與分析結果的影響 .................. 51. 表 4-2. 分析氣態有機化合物全樣品採樣方式一覽表 .......... 53. 表 4-3. 各種含碳吸附劑特性一覽表 ........................ 56. 表 4-4. 各種多孔聚合物吸附劑特性一覽表 .................. 57. 表 4-5. 充填三種不同的吸附劑 ............................ 77. 表 4-6. 以 Visual Basic 程式語言所撰寫之程式 ............. 81. 表 6-1. 目前購買之市售塗料 ............................. 116. 表 6-1. 目前購買之市售塗料 ............................. 116. 表 6-2. 六種市售塗料所含之 VOCs ......................... 120. 2. 6.

(8) Abstract The volatile organic compounds (VOCs) from indoor materials and products are the major sources of indoor air pollution, and the emissions will result in health or comfort problems. Those indoor materials and products include furniture, decoration, wall paper, tapestry, carpet, ceiling, coating materials, binder, solvent and addivities. In this research, the small environmental test system composed of the small environmental test chamber and analysis systems was used to develop the emissions characteristics of the indoor materials and products. The former includes chamber, clean air generation, monitoring and controlling, standard generation and calibration systems, while the later includes sampling, concentration-trapping, gas chromatograph and detector equipments. Modifications and variations in equipment, test procedures and data analysis will be used to establish the standard guide for small-scale environmental chamber determinations of organic emissions from indoor materials and products. After the small environmental test system was constructed and. the. system stability tests were finished, the organic emissions of six kinds of organic coating materials which popularly used in the building were experimentally investigated by the GC/MS analysis. According to our experimental results, the organic coating materials will seriously cause health problems and drop the indoor air quality（IAQ）.. 7.

(9) 摘. 要. 室內建材是室內揮發性有機物(VOC)污染源的主因之一。由於建築材料在本體製造或室內裝修施工過程中所採用的揮發性有機物，在建築物裝修後在室內慢慢逸散出來成為污染源，影響人體健康甚鉅。因此，本研究研究標的物，包括常用建材、傢俱、裝飾物、壁紙、地板、天花板等，甚至如表面塗裝材料、黏著劑、填縫劑及溶濟等皆在研究範圍。本研究已完成小型建材有機物逸散環境模擬室採樣分析系統設計。其中小型模擬室包含了下列裝置：試驗室、潔淨空氣產生系統、監控系統、標準產生和校正系統；而採樣分析系統包含：取樣裝置、濃縮捕捉裝置、氣相層析系統、偵測器等。而設備的模擬方式和變數、測試過程及數據分析將被建立成小型環境模擬試驗箱之測試標準指標，這可用來測試室內建材所逸散出來的有機污染物。在模擬室和儀器裝置完成，且經過穩定度測試後，我們首先利用 GC/MS（氣相層析儀/質譜儀）分析法進行了六種常用於建材之塗料的有機物逸散特性研究。此六種有機塗料是會對人體引起舒適及健康問題，且會降低室內空氣品質的物質。. 8.

(10) 第一章緒論. 1.1 研究動機與目的近年來建築物外部環境的空氣品質日形惡化，辦公及商業建築大樓之建築及運作趨向密閉不通風，引起病態大樓症候，不但侵犯員工身心健康，而且影響工作效率甚鉅，因此引起歐、美、日、加等先進國家重視室內空氣品質(IAQ)。在近五年內，結合醫學、生化、化工、空調等領域之專家學者，對此一問題詳加探討，使得室內空氣品質是目前建築物經營管理者、設計者和使用者所迫切關心的一項議題。根據世界健康組織(WHO)估計，約有 30%以上的新建或改建物有 SBS(大樓病症候群)問題。其中室內裝修建材所釋放出的氣體污染源即是造成室內人員不適的主因之一。(Sterling, 1985) 由 Wanner. H.U., 1986. (2). (1). 的研究中指出，甚至在裝修後的一年. 仍能檢測出超出 0.2 ppm 含量的甲醛濃度。而本所在台北某大樓針對六個不同的辦公室進行室內空氣品質的監測. (3,4). ，就甲醛而言，每間. 辦公室的濃度平均值都在 1PPM 以上，而美國聯邦標準所提出的甲醛含量建議值是在 0.4 PPM 以下。甲醛普遍存在於一般的建材和傢俱中，它是一種具致癌特性的揮發性物質。另在國外研究報告中得知，自建材中釋放出的污染物多達. 9.

(11) 52 種化合物，包括脂肪族及芳香族碳氫化合物，對人體健康都有不同程度的危害性。台灣地區地狹人稠，建築物內人員密度及建材密度都較國外為大，所以釋放之有害 VOCs 值應較國外室內面積的釋放值為大，建材污染物釋放情形對室內環境造成污染危害程度是相當值得重視及研究的。本所在 86 年度內政部建研所委託計畫「辦公建築室內裝修建材逸散物質對室內空氣品質影響之調查研究」中，針對國內 2-3 間辦公室及會議室，連續監測室內裝修建材逸散之甲醛及 VOCs 發現，國內即使使用多年之裝修建材，仍會釋出超過國際健康要求之濃度值。歐美國家對於建築物室內建材、傢俱和油漆等所釋放的有害甲醛及 VOCs 研究已行之多年，利用小型環境模擬室來模擬相關研究，是經常被採用的辦法，ASTM 標準. (5,6). ：D5116-90 也有關於小型環境模室相關設置、. 控制和採樣檢測的相關標準指標。國內相關之研究則相對較少，因此建立一套適合國內建築物室內建材有機物質逸散研究的小型環境模擬室則相對重要，以供建材廠商和建築廠商，相關建材製造和建築物建造之參考。. 10.

(12) 1.2 研究範圍與內容由於室內空氣污染問題之特性係隨著氣候、建築型態、建築材料、通風方式、室內空氣品質與室內活動型態等影響因素之不同而有所差異。在室內空氣污染相關的研究國外已有十年以上的歷史，研究領域包含了室內空氣污染之污染物種類、主要來源、人體曝露量、健康影響、採樣分析技術、控制技術與管理方法等方面。就污染物的種類而言包括了 CO2、CO、NOx、SOx、粉塵、甲醛、氡、有機微生物及 VOCs 等，其中美國冷凍空調協會(AHSRAE)之標準 62-1989 以 CO2 濃度指標來訂定通風換氣量濃度，CO2 的主要來源為人員的活動；然而室內主要的硬體架構即室內裝修建築材料，由於在製造與施工中使用許多的化學物質，這些化學物質會經由逸散造成人員感官上的不適（如視、嗅覺），甚至直接危及健康，造成慢性疾病。故以建材逸散污染源之 VOCs 污染物做為通風換氣設計之指標亦是近年極受重視的研究課題。本年度的的研究內容為全程規劃的第一年，協助內政部建研所建造一座小型的建築物建材有機物質逸散環境模擬室，包括測試室、潔淨空氣產生系統、監測控制系統、採樣收集分析裝置和標準物產生校正系統，並進行建築物油漆塗料之揮發性有機溶劑氣體之釋放模式測試分析。本計畫將建造一座小型建築物室內建材和產品有機物質逸散速. 11.

(13) 率的環境模擬測試室，此模擬測試室將包括下列系統：測試室、潔淨氣體產生系統、監測控制、樣品採樣分析系統、和標準物產生校正系統。 1. 環境模擬測試室：可供各種型式建材和商品樣品測試之小型環境模擬室。 2. 潔淨空氣產生系統：製造潔淨空氣並送進模擬室。 3. 環境測量和控制系統：測量並控制氣流、溫度和濕度。 4. 採樣和分析裝置：發展針對揮發性、半揮發性、極性、非極性化合物的採樣分析系統。另於檢測實驗室建置及完成可靠度測試後，本研究將利用此一模擬實驗室來檢測與分析建築用油漆塗料之逸散物質。. 1.3 研究方法與流程為建立一套適合國內建築物室內建材有機物質逸散研究的小型環境模擬室，其流程簡圖如下圖所示：. 12.

(14) 空壓機. 乾燥器. 潔淨器. 預冷盤管模擬氣體. 流量控制器加濕器. 加熱器. 調溫盤管. 混合風扇混合. 氣相層析儀. 測試室. FID 偵測器. 收集器. 幫浦. 首先利用空壓機引進空氣經過乾燥器和潔淨器處理為潔淨空氣，並由控制器控制流量，另有加濕器和控溫盤管控制溫濕度，測試室內另有混合風扇促進空氣流之均勻混合；在排氣端另裝有混合器供注入內標準物使用，其後接有採樣口及收集器或分析儀器。使用此裝置我們可以模擬建材有機釋放的情形，包括(1)環境變數（例如溫度、濕度、換氣）對釋放速率的影響(2)分類各種建材產品的釋放型態(3) 提供特定有機物來源數據(4)預測室內有機物濃度模型。此一研究之困難點在於模擬室設計建造費時，且有機物種類繁多，所需之收集器和氣體分析技術種類不盡相同。. 13.

(15) 研究流程：建築室內環境揮發性有機物檢測實驗室建置. 研究目標 . 相關文獻及測試標準資料收集. 小型環境模擬室設計 . 小箱型體環製境作模擬. 潔系淨統空製氣作. 溫系濕統度製控作制. 模擬室系統測試 . 油漆塗料測試分析報告. 14. 採系樣統收製集作分連析線.

(16) 1.4 小型環境模擬室測定範圍 (1)使用小規模的環境試驗室去進行室內材料和產品的逸散性監測，其中：設備的變數和修正，測試的步驟和數據的分析都是研究的工作重點。 (2)小試驗室有明顯的限制。正常來說，只有較大材料的樣品（例如：毛毯）才能被測試。而完全的裝置（如：家具）或燃燒的儀器（如：煤油加熱器）或動作（使用氣溶膠噴射產物）等都不適合在小試驗室中做測試。對一些產品而言，小試驗室的測試僅可能提供感興趣的逸散物外型的一部份而已。例如：含高揮發性溶劑的材料（如：油漆和臘）經由刷、噴、滾等之過程中所測的逸散速率，一般而言，較自然乾燥過程的高。而小試驗室的測試也不能用來評估塗料過程中所用的狀態。 (3)不能對由木製物中測得的甲醛之逸散提供明確的判斷。. 1.5 重要性和使用方法 1.目的－使用小試驗室去評估室內材料的有機物逸散物有下列幾個目的： 1.1 發展由有機物逸散物去篩選產品的技巧。 1.2 測定環境變數（如：溫度、濕度、換氣率）對逸散率的影響。. 15.

(17) 1.3 根據逸散物外觀（如逸散因子、特定有機化合物逸散）對不同產品和產品種類進行分類。 1.4 提供各種不同有機物來源之特定化合物數據，去引導研究範圍和幫助評估建築物中室內的空氣品質。 1.5 提供逸散物數據，去發展和證明用來預測室內有機化合物濃度之模式。 1.6 發展數據，對製造者和建築者在評估產品逸散物和發展控制條件或改善產品上很有用處。 2.質傳的考慮－小試驗室對室內材料的逸散物之評估需考慮有關的質傳程序有三種基本程序，可以控制室內材料的有機物蒸汽之逸散率：(1)從材料表面到空氣的汽化質量傳遞(2)脫附被吸附的化合物(3)在材料內部的擴散作用。 2.1 在給予的有機化合物進行從材料表面到橫越空氣的汽化質量傳送可表示成： E＝km(VPs－VPa) ............................ (1) 其中： E ：逸散速率 km：質傳係數 VPs：在物料表面的蒸汽壓. 16.

(18) VPa：橫越物料上的空氣之蒸汽壓因此，逸散速率正比於在物料表面的蒸汽壓與橫越物料上的空氣之蒸汽壓的差值。因為蒸汽壓直接與濃度有關，所以逸散速率與物料表面和空氣中的濃度差成正比，因此質傳係數是下列三者的函數：特定化合物在空氣中的擴散係數、在物料上的邊界層之擾亂程度和邊界層的厚度。 2.2 吸附在物料上的化合物之脫附速率，可藉由一個吸附分子的滯留時間（或平均停留時間）來測出： τ = τ o e − Q / RT ................................ (2). 其中： τ：滯留時間，s -12. -15. τo：常數 10 ∼10 s Q ：吸附之莫耳焓變化 R ：理想氣體常數，8.314 J/mole-K T ：溫度，K 當滯留時間越大，則脫附時間越長。 2.3 在材料內進行的擴散質傳是特定化合物的擴散係數之函數，而所給予的材料中所含之化合物的擴散係數是下列的函數：化合物的物理性質（例如：分子量、分子大小），溫度，物料內部的. 17.

(19) 結構。在一混合物中，個別化合物的擴散係數也會受到混合物組成的影響。 2.4 影響質傳的變數－必須去檢查在小試驗室測試過程中會影響質傳的變數。 2.4.1 溫度會影響蒸汽壓、脫附速率和有機化合物的擴散係數。因此，溫度影響著表面的質傳（無論是汽化或脫附）和物料內部進行的擴散質傳。由於上述的三種質傳程序，所以溫度上升會造成逸散增加。 -1. 2.4.2 換氣率(ACH，h )被定義成在每小時內進入室內環境的室外空氣體積除以室內空間的體積。換氣率顯示出發生在室內環境的稀釋量和沖洗量，換氣率愈高，稀釋量愈大，濃度就愈低。例如，在物料的表面濃度不變，則藉由增加在物料表面和橫越空氣的濃度差，可增加空氣中較低濃度的汽化質傳。 2.4.3 空氣的速度－質傳係數(km)受到表面的邊界層速度和擾亂程度的影響。一般而言，愈高的速度和較喜歡使用足夠高的速度去最小化表面的質傳阻力，例如：0.3∼0.5 m/s 的空氣速度被用來測試木製產品中甲醛的逸散，如此的速度高於 (7). Matthews et al. 所觀測出的一般居住環境之空氣速度，他們觀測出在 6 間房間內，空氣速度的平均值是 0.07m/s，中. 18.

(20) 間值是 0.05m/s。其他的研究者較喜歡將空氣速度保持在室內環境所測得的範圍。在上述兩個方法，瞭解速度對逸散速率的影響是用來解釋小試驗室中所測得的逸散性數據。 3.結果的利用－本文內一再強調小試驗室的評估被用來測試逸散物來源的逸散率，這些速率被用來決定適合的 IAQ models，以用來預期待測物料所逸散出來的化合物之室內濃度。利用 IAQ models，需要去確保小試驗室測試的規律性與 IAQ models 的假設是一樣的。而試驗室中所觀測到的濃度，也不能用來當作完全尺寸的實際室內環境的期望濃度。. 19.

(21) 第二章辦公建築室內空氣品質與室內裝修建材概述 2.1 辦公建築室內揮發性有機物(VOCs) WHO 將室內有機污染物依其沸點範圍歸納分類成四大類，如表 2-1 所示。由此分類表可知揮發性有機物 (Volatile Organic Compounds, VOCs)被定義於沸點落在，下限值為 50℃∼100℃及上限值在 240∼260℃範圍內的有機化物。美國環保署在 1990 年所訂定的「乾淨空氣修正法案」（Ｃlean Air Act Amendment,CAAA）中，共有 189 種有毒污染物列為管制物質，其中 97 種是屬於揮發性有機污染（8）. 物（Volatile Organic Compounds,VOCs）。. 表 2-1 WHO 對室內有機污染物之分類描. 述. 簡稱. 沸點範圍(℃). 極易揮發(氣態)有機物. VVOC. <0 至 50-100. 揮發性有機物. VOC. 50-100 至 240-260. 半揮發性有機物. SVOC. 240-260 至 380-400. 伴隨粒狀的有機物或粒狀有機物. POM. > 380. 而辦公建築室內 VOCs 污染原因不外是：室外污染物的滲入－如汽機車及附近工廠排放廢氣；事務器具及用品－如影印機、立可白、清潔劑、殺蟲劑；人員－衣物、個人用品、化粧品以及室內裝修裝璜建材. 20.

(22) 傢俱。依據若干的研究調. (9、10、11). 指出，室內的 VOCs 濃度高過室外的 VOCs. 濃度值，並且一般有 50 至 300 種的 VOCs 被發現存在於非工業用的室 3. 內空氣中。多數正常的室內總 VOCs 低於 1 mg/m ，但最高的亦有超過 3. 20mg/m 的案例。至於曝露於非工業建築 VOC 的研究中，Berglund 對健康效應的研究。Mo1have. (13). (12). 等提出了 VOCs 3. 則指出在 VOCs 低於 0.2mg/m 的濃度下 3. 對空氣品質而言並無重要影響，但超過 3mg/m 的曝露濃度則會引發一些效應。但像這樣的 VOCs 濃度值卻常發生在一般的室內環境中。因此為減低對人體健康的危害性及室內環境舒適的要求，現在多數研究探討逸散污染物與通風換氣規範之相關性。. 2.2 室內常用建材與 VOCs 的關係室內建材是室內 VOCs 污染源的主因之一。由於建築材料在本體製造或室內裝修施工過程中所採用的揮發性有機物，在建築物裝修後在室內慢慢逸散出來而造成污染。然而這些化學成份的施用無論是在建材本身的製造或裝修施工上其扮演的角色不外是表面塗裝材料（後簡稱塗料）、黏著劑、填縫劑以及溶劑。. 21.

(23) 而由國內主要揮發性有機物排放行業狀況(由表 2-2)可知，塗料 (14). 製造業 VOC 排放量僅約佔總排放量的 1.3% ，但若包含塗料使用時所添加之稀釋溶劑使用及塗膜硬化之溶劑揮發範圍，則將近佔有總排放量之 47%。. 表 2-2. 國內主要 VOCs 排放行業之排放狀況. (14). 行業別. 總排放量(公噸/年). 主要排放物質. 塗料製造. 2,380. 塗料使用. 37,800~45,000. 製鞋業. 12,590. 甲苯、二氯甲烷. 建築物表面塗裝. 44,200. 甲苯、松香水、香蕉水. 加油站. 12,200. 油氣. 石化業. 53,620. 醛類、烯類. 煉油業. 17,740. 苯類、醛類、酚類. 二甲苯、甲苯、乙酸乙酯二甲苯、甲苯、乙酸乙酯. 由表 2-3 對於國內不同塗料排放 VOCs 之統計資料可看出，各類低公害型塗料如水性塗料、高固成分塗料、粉體塗料等產品製造及應用技術，相較於傳統油性塗料之 VOCs 排放減量之效果。. 22.

(24) 表 2-3. 國內塗料製造業空氣污染物排放量估算排放係數. (14). 總排放量. 生產比例. 產量. (%). (公噸/年). 油性塗料. 40.0. 121,074. -. -. -. -. 製罐. 6.0. 18,161. 20. 0. 363.2. 0.0. 其他. 34.0. 102,913. 15. 10. 1,543.7. 10.3. 9.4. 28,452. 7.5. 10. 213.4. 2.8. 水性塗料. 41.8. 126,523. 0.75. 10. 94.4. 12.7. 粉體塗料. 4.5. 13,621. 0. 10. 0.0. 1.4. 0.6. 1,816. 0. 10. 0.0. 0.2. 其他. 3.7. 11,200. 15. 10. 168.0. 1.1. 總量. 100.0. 302,686. -. -. 2,383.2. 28.5. 塗料種類. 高固成份塗料. 紫外線硬化塗料. (公斤/公噸產品). VOCs. VOCs. 粒狀物. 粒狀物 (公噸/年) (公噸/年). 以下就室內建材常用的揮發性化學物質之種類及施用用途分別介紹：. 塗料為求室內器物的美觀及保護作用，舉目所見的各種建材均可發現. 23.

(25) 經由塗裝的加工。施用於建築材料上的塗料種類繁多，表 2-4 為用建材塗料的種類及特性，表 2-5 為建材塗料常用的樹脂種類。表 2-4 建材塗料的種類及特性. (15). 種類用途及適用部份特性調和漆適合門窗、欄杆、鐵架等鐵製品或木油性、不易塗擦、製品不易剝落塑膠漆一般住家之室內水泥、木製壁材便宜、易剝落水性水泥漆適合住宅之室內水泥底材易塗刷、可用水洗油性水泥漆室外壁面、樑柱、浴室不易變色、剝落、可用水洗凡立水適合木製地板或其他木製品專用透明漆塗擦使器物光亮木器漆木製家具、衣櫥、壁櫥、桌椅、床櫃紅丹底漆鐵製品之防鏽底漆防鏽烤漆鐵製品、木製傢俱、桌椅、櫥櫃良好物性、化性、表面性質補土木製傢俱、鐵製品平整. 表 2-5 建材塗料常用的樹脂種類. (15). 混凝土結構壓克力、SBR、氯化橡膠、矽樹脂、氟樹脂、瀝青、乙用漆. 烯樹脂. 木材塗料. PU、NC、聚酯、壓克力、胺基樹脂、shellac. 地板塗料. 環氧樹脂、PU、壓克力. 金屬用漆. 醇酸樹脂、壓克力樹脂、環氧樹脂、聚酯、乙烯樹脂、胺基樹脂、酚樹脂. 塑膠用漆. PU、聚酯、壓克力、環氧樹脂. 黏著劑和填縫劑 24.

(26) 黏著劑和填縫劑被用於建築的許多構造和裝飾方面，例如膠基地板、安裝地毯、壁紙、窗框、門等。以金錢計算，建築工業可能是黏著劑和填縫劑的最大使用者，表 2-6 為建築材料黏著劑和填縫劑的用途及成份. (16). 。. 25.

(27) 表 2-6 使用方面. 成. 建築黏著劑和填縫劑份. 使用方面. (16). 成. 份. 可移動房屋 PVAc 凝固物壓克力膠板和其他木架氯丁二烯 SBR SBR/SBS PVAc 天然和再生橡膠環氧物聚氨甲酸酯聚酯間苯二酚鑲板氯丁二烯水泥和甲醛乳化劑乾酪 PVAc PVAc SBR/SB 石膏板 PVAc 木製門氨基樹脂澱粉 PVAc 乾酪乙烯基薄膜層 PVAc 氯丁二烯壓克力橡膠陶器瓷磚 SB/SBR 玻璃纖維絕緣物酚甲醛 SBR 矽酸鈉纖維素醚類氯丁二烯環氧物柏油夫南樹脂絕緣板和音響磚松脂壁紙糊澱粉柏油羧基甲基纖維素 PVAc 營用黏著劑 ABS 有彈性的地板柏油乳化液 PVC 柏油減量劑填縫劑含油樹脂木質磺酸鹽 (鑲玻璃上釉，外聚丁烯 SBR 壁材，門) 丁烯基苯乙烯－異戊二 Hypalon 烯－壓克力苯乙烯(熱熔) PVAc 壓克力(熱熔) 多硫化物地毯舖裝 SBR 聚氨基甲酸酯氯丁二烯硅酮聚乙烯(熱熔). 26.

(28) 而表 2-7 為木材和傢俱的黏著劑，黏著劑對合板粒狀板等的製造是重要的這些廣泛地被用於室內建材、隔間板、門、傢俱等。表 2-7 應. 用. 種. 木材和傢俱的黏著劑類. 應. 木材. (16). 用. 精美木材薄片. 軟木合板酚. 種. 類. 尿素－甲醛 EVA(熱熔). 血膠. PVAc. 麵粉. 高壓積層. PVAc. 大豆粉. 尿素－甲醛. 木材粉. 氯丁二烯. 硬木合板尿素－甲醛. EVA(熱熔). 麵粉. 傢俱組立. 尿素－甲醛. 胡桃殼粉. 動物膠. 血膠. PVAc. 粒狀板. 尿素－甲醛. 硬板. 酚. 邊緣膠著. 尿素－甲醛動物膠. 木材積層間苯二酚－酚－甲醛胡桃殼粉. PVAc PVAc 薄膜. 酪朊. 聚酯氨基甲酸酯. 傢俱. 環氧物乙烯基碎片. 聚酯（熱熔）. 溶劑上述的塗料、黏著劑、填縫材為求施工的塗膜特性、光澤性等其組成中少不了溶劑。大多數的溶劑多屬沸點較低的有機物以便於施用後快速揮發乾燥，這也就是建材中主要的 VOCs 污染來源，表 2-8 為 27.

(29) 室內建材相關產業所使用之主要有機溶劑。表 2-8. 室內建材相關產業所使用之主要有機溶劑. 業. 界. 主要使用有機溶劑. 樹脂製造. 苯、苯乙烯、丙烯、甲醛. 樹脂加工. 苯乙烯、三氯乙烷、甲醛. 合成皮革. 甲苯、MEK、丙酮、醋酸乙酯. 橡膠加工. 甲苯、橡膠溶劑. PU 發泡. 氟氯化物、氯化甲烷、甲醛. 洗毛、布之加工. 過氯乙烯、氯化甲烷、帖烯. 塗料. 甲苯、醋酸乙酯、IPA、MEK 甲苯、矽利康油. 石棉板. 甲苯、氟氯化物、甲醛. 難燃材、斷熱材. 甲醛、酚、甲苯、二甲苯. 木材、木板. (6). Mo1have 針對 42 種建材做 VOCs 逸散特性的研究，研究中指出每一種建材平均有 22 種化合物逸散出，總濃度為 0.01∼1,410 3. mg/m 。表 2-9 為其研究報告中的 42 種建材，而表 2-10 為其中 42 種之建材中出現頻率最高的 10 種 VOCs (A)及平衡濃度值最高的 10 種 (17). VOCs(B)。而 S.K. Brown 針對裝修後的建築的 TVOCs 濃度與時間的調查，結果如表 2-11 所示。研究中指出裝修後的 VOC 濃度，必須經若干週後始會漸漸衰退至與一般建築、相當的濃度情形；同時 VOC 的污染亦會擴展至建築物內距裝修區域一段距離(20-30m)的環境。. 28.

(30) 表 2-9 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42. Mo1have 研究報告的 42 種建材. Type of Material. Description. Particle board Particle board Plaster board Calcium silicate board Sealing agent Sealing agent Sealing agent Insulation Batch Particle board Plywood lining Woodfiber board Tightening fillet Tightening fillet Felt carpet Felt carpet Wall paper Wall paper Wall paper Floor covering Wall and floor glue Texture glue Filler Filler Wall covering Floor covering Floor covering Wall paper Tightening fillet Fiber board Paint Floor varnish Floor varnish Floor varnish Wall covering Laminated board Floor covering Insulation foam Insulation foam Floor covering Floor and wall covering Floor and wall covering Cement flag. Urea-formaldehyde glued Urea-formaldehyde glued 12 mm, paper-coated 22.8-mm board Plastic, compound Plastic, silicone compound Putty, strips 5×7 mm2 Mineral wool Urea-formaldehyde glued Teak 12-mm board Neoprene/polyethylene Plasticized PVC/polyethylene Synthetic fibers/plastic backing Synthetic fibers Viny1 and paper Viny1 and glass fibers Printed paper Linoleum Water-based EVA Water-based EVA PVA glue/cement Sand, cement, water-based hardener Hessian Synthetic fibers/PVC Rubber PVC foam Heat expanding neoprene Glass fiber reinforced polyester Acryllatex Epoxy, clear 2-component, isocyanate Acid hardener PVC Plastic Soft plastic Polystyrene Polyurethane Homogeneous PVC Textile Textile Concrete 29.

(31) 表 2-10. (A)42 種建材周圍空氣中最常用的 10 種化合物 (B)42 種建材周圍空氣中濃度最高的 10 種化合物成. 份. 平均濃度出現頻率 3 μg/m. A Toluene. 39.7. 22. n-Decane. 1.49. 20. 1,2,4-Trimethy1 benzene. 0.56. 18. n-Undecane. 1.00. 17. 3-Xylene. 23.0. 16. 2-Xylene. 3.81. 14. n-Propy1 benzene. 0.20. 13. Ethy1 benzene. 1.79. 12. n-Nonane. 1.05. 11. 1,3,5-Trimethyl benzene. 0.36. 11. Toluene. 39.7. 22. 3-Xylene. 23.0. 16. C10H16 (Terpene). 20.8. 6. n-Butylacetate. 15.2. 1. n-Butanol. 9.4. 5. n-Hexane. 8.8. 5. 4-Xylene. 7.3. 8. Ethoxyethylacetate. 5.9. 1. n-Heptane 2-Xylene. 5.0. 2. 3.8. 14. B. 30.

(32) 表 2-11. 裝修建築物的 VOC 濃度. (17). 3. 裝修建物裝修後天數. TVOC 濃度(μg/m ) 裝修區域其他區域. 主要化合物. 5. 1190. 920. n-butylacetate,. 9. 590. 410. Xylene,. 18. 300. 170. Texanol. 33. 180. 130. Trimethylbenzens,. 裝修期間. 10,000. 2,300. Toluene 4PC. │ 10,600. Branched. alkanes,. 35. 540. n-alkanes,. 80. 180. Trimethylbenzens, Xylene、Toluene.. 2.3 室內建材之分類 (6). 為了建立室內建材之VOCs逸散特性的資料庫，目前根據Mo1have. 做VOCs逸散特性研究的42種建材所做的分類如表2-12所示，其中 C = used inside the construction ； P = putty or sealing compound ； S = used on surface。 1. Floor Only 2. Floor and Ceiling Building. 3. Walls. Materials. 4. Casting , Frames , Sills 5. Sealing , Putty. 31.

(33) 表 2-12. 一般室內建材之分類. P — Texture glue S —. Floor Covering. Homogeneous PVC Synthetic Fiber/PVC Rubber Linoleum Soft Plastic. Floor Felt Carpet. Synthetic Fibers/ Plastic Backing Synthetic Fibers Epoxy Isocyante Acid Hardener. Floor Varnish. Floor and Ceiling P. Wall and Floor Glue. Filler. S Walls. PVA Glue/Cement Sand,Cement, Water-Based Hardener. Plaster Board Calcium Silicate Board Plywood Lining Woodfiber Board Wall Papers. Wall Covering. 32. Vinyl and Paper Vinyl and Glass Fiber Printed Paper PVC Foam PVC Hessian.

(34) C. Particle Board Insulation Batch Insulation Foam. Polystrene Polyurethane. Cement Flag. Casting,Frames,. C. Fiber Board. Sills. Laminated Board. Sealing,Putty. P. Sealing Agent Tightening Fillet. 2.3 VOCs 對人體健康的影響室內建材的 VOCs 逸散污染物多源自於建材原料及施工中所施用 (18). 的溶劑，表 2-13. 為常用有機溶劑的容許濃度以及其對人體健康之. 危害狀況。. 33.

(35) 表 2-13. 有機溶劑的容許濃度以及其對人體健康之危害. (18). 1.丙酮 2.異丁醇 3.異丙醇 4.溶纖劑 5.溶纖劑醋酸 6.丁基溶纖劑. 勞動環境容許濃度爆炸界限濃度分子健康危害量 ppm mg/m3 vol % 58.1 眼，皮膚的刺激作用，麻醉，頭痛 2.5~12.8 750 1780 74.1 麻醉作用，潮紅斑 152 1.7~10.9 50 60.1 黏膜的刺激，麻醉作用 2.0 ~12.0 400 983 90.1 200 740 132.2 貧血 540 1.71~6.7 100 118.2 眼，呼吸器障害，麻醉作用，內臟. 7.甲基溶纖劑 8.二甲苯. 76.1 貧血，麻醉作用，視覺異常 106.2 貧血，白血球，紅血球的減少，皮. 物. 質. 名. 障害，血液變化. 100. 435. 9.乙酸異丁酯 10.乙酸異丙酯 11.乙酸乙酯 12.乙酸丁酯 13.乙酸丙酯 14.乙酸甲酯. 150 250 400 150 200 200. 713 1040 1440 712 840 606. 15.環已醇 16.環已酮 17.四氯乙烯 18.三氯乙烯 19.甲苯 20.1-丁酮 21.2-丁酮 22.甲醇. 50 25 50 50 100 200 200 200. 206 100 339 269 375 590 705 262. 23.甲基異丁基酮 24.甲基乙基酮 25.甲基丁基酮 26.松節油 27.正己烷 28.礦油精 29.甲醛 30.甲氧基乙醇 1.1.2 三氯乙烷 31.三氯乙烷 32.氯化甲烷 33.1-丁醇 34.2-丁醇 35.環己酮 36.二氯甲烷 37.苯. 50 100 5 100 50. 205 410 20 556 176. 1 25 10 350 50 100 150 25 50 5. 1.2 80 55 1910 105 303 455 100 174 16. 38.乙晴. 40. 67. 1.1~7.0. 1.8~7.8 2.5~9.0 1.2~15.0 2.8~8.0 3.1~16.0. 116.2 102.1 88.1 116.0 102.1 74.0. 2.95~15.5 6.0~36.5. 100.2 98.2 165.9 131.4 92.1 74.1 74.1 32.0. 1.35~7.6 1.8~11.5 1.22~8.0. 100.2 72.1 100.2. 1.2~7.5 1.1~6.0 7.0~73.0 2.5~14.0. 86.2. 1.1~. 1.27~6.75. 10.7~13.4. 1.4~9.4 1.5~8.0 ~4.4 34. 30.0 76.1. 膚黏膜刺激結膜炎，流淚以及黏膜的刺激眼和呼吸器的刺激弱麻醉作用，皮膚黏膜的刺激眼的刺激，麻醉弱麻醉作用，呼吸困難眼發炎症，流淚，呼吸障害，神經過敏刺激作用肝障害，麻醉作用，神經症流淚，中樞神經的刺激，麻醉頭痛，目眩，貧血. 視神經障害，頭痛，嘔吐，痙孿，失明眼發炎症黏膜刺激症狀，麻醉作用黏膜刺激作用呼吸器官障害頭痛，目眩，嘔吐，失神頭痛，目眩，嘔吐，失神呼吸器官障害，強刺激作用頭痛，皮膚炎，眼，鼻，喉刺激. 頭痛，疲倦，中樞神經系統衰弱昏睡，噁心，胃痛，視力障礙眼睛刺激眼睛及皮膚刺激眼睛及皮膚吸入，皮膚接觸中度毒性麻醉性可能之致癌物，可由呼吸及皮膚進入人體 41.1 倦怠，噁心，腹部疼痛. 133.5 50.5 74.0 74.0 98.1 85.0 78.1.

(36) 普遍存在室內建材及傢俱的甲醛，其為無色，在 1 ppm 以下即可明顯地感受到其帶刺激性的氣味，在 0.05 ppm 至 0.5 ppm 的甲醛濃度下、眼睛會有灼熱感，亦會使上呼吸道引起過敏，高濃度（數個 ppm）的甲醛則會導致咳漱、胸部緊縮感與氣喘，另外實驗室之研究 (19). 結果亦顯示甲醛對動物有致癌性。表 2-14 為甲醛濃度與暴露時間對人體健康之影響。. 表 2-14. 甲醛濃度與暴露時間對人體健康之影響. 甲醛濃度 mg/m. 3. ppm. 0.01. 0.0082. 0.06-0.07. 0.049-0.057. 0.08. 0.065. 暴露時間. 對人體健康之影響. 5 分鐘刺激眼睛數分鐘氣味閥值(Oder Threshold) 數分鐘視覺閥值 (Optical Chronary Threshold). 0.1. 0.082. 數分鐘影響大腦板質官能狀態的閥值. 0.24. 0.196. 1 小時刺激眼睛、鼻子、喉嚨. 0.3. 0.245. 5 小時鼻子喉嚨感到乾燥、減少黏液流動. 1.0. 0.82. 1 分鐘改變大腦皮質的官能狀態. 1.0. 0.82. 10 分鐘刺激上呼吸道和眼睛、增加呼吸速度自主神經系統改變. 1.7. 1.39. 1 分鐘眼睛對光的敏感度降低. 5.0. 4.08. 1 分鐘需帶呼吸器保護. 35.

(37) 塗料製造、使用及儲存所排放空氣污染物之危害特性的 VOCs，由於其具有滲透、脂溶及揮發等作用，且於自然環境中經光化學反應，產生臭氧、PAN、PBN 物質，造成人體及生態之傷害，其相關危（14）. 害情形參考表 2-15 之說明。. 表 2-15 成份. 塗料製造、使用及儲存所排放空氣污染物之危害特性屬於危害光化學性空氣污活性 1 染性(HAP). 甲苯. 中低. 是. 二甲苯. 中高. 是. 乙酸乙酯. 高. 是. 甲基乙基酮. 高. 是. 異丙醇. 高. 是. 苯. 低. 是. 丙酮. 高. 是. （14）. 對生物之危害特性人類. 動物. 植物. 具中樞神經系統毒此類物質在日光催化下，與 NO 反性對神經、肝、腎等系應生成臭氧和 PANs 等高氧化性統具有毒性對神經系統具有毒物質，對植物之危性，對眼、鼻、喉等害如下： 1. 減慢生長與降具有刺激性低產能。對神經、肝、腎等系 2. 葉子枯黃而組統具有毒性織細胞壞死。對生殖系統具毒 3.降低光和作用性，對眼、鼻、喉等淨效率，減低固具有刺激性定二氧化碳能具致癌性，對神經、力。肝、造血組織等系統 4. 增加細胞膜之具有毒性穿透力，使離子流失。對眼睛及呼吸道具 5. 使酵素喪失效刺激性，大量吸入會力。造成肺水腫 6. 改變新陳代謝方式。. 說明：HAP，Hazardous Air Pollutants，此處指該成份列入美國 1990 年修訂之清潔空氣法(Clean Air Act)189 種危害性空氣污染物名單中。 36.

(38) 2.4 國內外室內空氣品質標準及建議值現代人大部分時間處於室內環境，室內空氣品質逐漸成為影響人體健康及舒適的重要因素，故室內空氣品質標準的訂定有其必要性。國內外有室內空氣品質訂定的標準值或建議值，可參考下列各表，如 (1)各國室內空氣品質標準比較，見表 2-16 所示。(2)1984 年已知標準之室內空氣污染世界衛生組織工作組之一致認定，如表 2-17 所示。(3)為節錄自美國工業衛生協會(ACGIH)所建議的污染物平均時量容許濃度(TWA)中，較常發生於辦公建築內的污染物，如表 2-1 所示。. 37.

(39) 表 2-16. 各國室內空氣品質標準值或建議值. 中華民國美國溫度. 23~28℃. 20~22. 加拿大－. （20）. 日本瑞典荷蘭德國 18~20 18~20. －. 蘇俄. 18~20 15∼21. (℃) 相對溼度. 40~70. 20~60 夏:30~80 40~70. (℃) 平均風速. －. －. －. 50∼55. 冬:30~55 0.15-0.5. 0.2. －. < 0.5. －. －. －. 0.15~0.25. －. PM10. －. －. (m/sec) 懸浮微粒. PM10. PM2.5. PM. (μg/m3). 150. < 40 #2. 150. 140 #5. < 100 #3 二氧化碳. 1,000. 1,000 < 3500 #3 1000. －. －. －. －. －. 35#3. －. －. (ppm) 一氧化碳. 10#3. 9#3. (ppm) 二氧化氮. 10#3. < 11#5 －. －. (ppb) 臭氧. < 25 #3 < 50 #3. 9#4 －. －. 80#5. －. －. －. －. 80-100#3. －. －. <250 #5 －. 50. < 120. (ppb) 二氧化硫. 50-60#4. －. 25#5. (ppb) 甲醛. －. －. 133#4. －. －. －. 100#9. 100#. 100. －. 400-700#10. 14. 0.027#10. －. －. －. <380 #6 －. (ppb) 氡. < 19 #2. －. 200-50. 100#7. 0. 50#8. －. 0.02#12. (WL)#12 註：#1：摘自毛義方教授所提出之建議值，EPA-78-002-26-095。 #2：表長期暴露可接受建議值。 #3：時平均值。 #4：8 小時平均值。 #5：日平均值。 #6：5 分鐘平均值。 #7：表加拿大室內標準之建議值。. 0.15#13. －. 0.009#9. #8：表加拿大室內標準之目標值。 #9：表瑞典對新建築之甲醛最大值。 #10：表瑞典對續建築之甲醛允許濃度。 #11：1WL=1 working level，約相當於 200 pci/L。 #12：表加拿大對舊房子應採取措施之濃度標準。 #13：表加拿大對新房子應立即採取措施之濃度標準。 #14：0.5 小時。. 38.

(40) 表 2-17. 1984 年已知標準之室內空氣污染物世界衛生組織工作組之 (21). 一致認定污染物報告濃度(ppm). 濃度限或無關. 相關濃度. 抽煙(二手煙) 可被呼吸微粒. 0.05~0.7. <0.1. >0.15. 一氧化碳. 1~1.5. <2. >5. 氯一二甲基胺. (1-50)*10. －. －. NO2. 0.05~1. -3. <0.19. CO 2. 2% COHb. 3% COHb. 0. 70 Bq/m. 2. 氡. 10~3000 Bq/m. 甲醛. 0.05~2. <0.06. >0.12. SO2. 0.02~1. <0.5. <1.35. CO2. 600~9000. <1800. >12000. O3. 0.04~0.4. 0.05. 0.08. 石綿. <10 fibers/m. 2. -0. 10 fib/m. 礦物纖維. <10 fibers/m. 2. －. －. －. 350 TLV. 3. 有機物二氯甲烷. 0.005~1. 260 NIOSH 三氯甲烷. 0.0001~0.002. －. 70TLV 135 NIOSH. 四氯乙烷. 0.002~0.005. －. 335. 二氯苯. 0.05~0.1. －. 450. 苯. 0.01~0.04. 致癌物. 致癌物. 甲苯. 0.015~0.07. －. 375. 二甲苯. 0.01~0.05. －. 435. 正壬烷. 0.001~0.03. －. 1050. 正癸烷. 0.002~0.04. －. －. 莘烯. 0.01~0.1 39.

(41) 表 2-18. 常發生於辦公建築室內污染物之 ACGIH 建議值. 種. 類. (22). ppm (TWA). 苯乙烯. 50. 正庚烷. 400. 甲苯. 100. 辛烷. 300. 對，偏二甲苯. 100. 正二甲苯. 100. 乙苯. 100. 壬烷. 200. 異丙苯. 50. 國內目前並無針對一般影響室內空氣品質之污染物濃度的規範。行政院勞工委員會為掌握勞工作業環境實態及評估勞工暴露狀況，以確保勞工的健康，訂定「勞工作業環境測定及實施辦法」並在勞工安全衛生法訂定作業環境容許濃度。常用的化合物其容許濃度值可見前節已述之表 2-13。在 Bayer 和 Papanicolopoulos. (23). 及 Tucker. (24). 的研究報告中指. 出，華盛頓州要求所有用於新的州辦公建築內的傢俱必須確知其 VOCs 3. 的逸散特性，並嚴格要求符合使總 VOCs 濃度不超過 500 μg/m 的原則。Tucker 指出美國環保署(EPA)亦有相同的作法來限制其建築物內的 VOCs 濃度。. 40.

(42) (25). 而挪威健康理事會(Norwegian Health Directorate). 在 1990. 年 7 月發佈一份報告"Recommendations of Indoor Air quality" 3. (6/90, IK 2322)對室內的 TVOCs 建議值為 400 μg/m 。澳洲國家健康醫藥研究院(National Health and Medical Research Council) 3. 提出的建議值為 500 μg/m 。為了提供氧氣及排除室內污染物，在通風時必需引進室外合格之 3. 新鮮空氣。若使用(μg/m )或 ppm 等濃度計算單位，對於環境保護署與勞工委員會等政府機構的公務員及相關從業人員而言，這是一種界定環境標準的合適驗算單位。但，對於建築空調業者或主管建築的機構而言，為能方便事前設計作業的審核，則以能達到室內空氣品質所 3. 需的可接受換氣量(cfm/人)或換氣量(m /hr)來作標準值或建議值。美國冷凍空調學會訂定之 ASHRAE-STANDARD 62-1989 中辦公場所的最低新鮮外氣換氣需求量為 20 cfm/人，此規範的訂定，是以人為主要污染時，而無其他污染物，以 CO2 濃度來作室內空氣品質的指標。然而近年來，由於生活形態方式的改變，不再是僅以人所釋放的 CO2 做為通風換氣指標，就能滿足人對室內空氣品質的要求，圖 2-1 為自 1800 年來對通風換氣哲學思索模式的轉變污染源(建築物)對空氣品質影響漸鉅。. 41. (27). 。現在人們意識到其他.

(43) 模. 式. 污染源. 2000. 舒適＋(健康) 人＋建築物 1935. 傳染病 1900. 中毒 1800. 圖 2-1. 自 1,800 年對通風換氣哲學思考模式的轉變. Dr. Fanger 指出有一些國家標準，已計劃將建築物視為污染源放入即將修訂的新標準中，如歐洲的 ENV 1752 及新修訂的 ASHRAE 62 草案。表 2-19 為歐洲 PPR ENV 1752 依對空氣品質不滿意度的不同及建築物污染程度辦公建築所需的通風換氣量，與其他標準的通風換氣量值。. 表 2-19. 2. 各國對辦公室通風換氣量需求標準(L/S•m ). prENV 1752 (1). DIN. CIBSE. French. NKB No.. Category Low-poll Building. 1946. Guide. Regul. 61E. uting. min. min. ignored. SCANVAC. ASHRAE. Guidelines 62-1989. (Nordic). min. min. building 15%. 1.7. 0.7. 20%. 1.2. 0.5. 30%. 0.7. 0.3. 3.2 1.6. 1.3. 42. 0.5. 1.1. 1.4. 0.7.

(44) 第三章實驗室裝置. 設備與裝置的設計和操作是為了從室內建材和消耗性產品中測得所發現有機物之逸散速率，包含了下列裝置：試驗室、潔淨空氣產生系統、監控系統、樣品收集和分析的裝置、標準產生和校正系統，如圖 3-1 所示。. 3.1 環境試驗室小環境試驗室被設計用來對建材和消耗產品之各種不同類型的 3. 3. 樣品做檢測，試驗室的範圍可從數升到 5m 。一般而言，超過 5m 的試驗室被認為是"大型的"。大試驗室可以去測試完整的裝置，如：傢俱。也可以用來測試有動作的，如：噴漆。對本研究而言，小試驗室被設計可以去對較大的材料和產品做測試，但卻不能對完全尺寸的實際材料或實際程序作測試。 1. 構造－小環境試驗室應該要具有非吸附性、具化學惰性和拋光的內部表面，如此可以避免與待測物之化合物發生吸附作用或產生不必要的反應。在結構上也必須小心避免使用填隙劑或吸盤，以免逸散或吸附揮發性有機化合物。磨亮的不鏽鋼和玻璃用作內表面。試驗室必須要有一個不透氣且是非吸附性的門，而且空氣的流動要有適當的出入口，出入口上也需要有對溫度、濕度的監. 43.

(45) 測。如果在出口的空氣中仍含有樣品，也需要在出口處設置樣品收集器。 2. 混合－試驗室使用低速混合風扇，能讓試驗室室內的空氣獲得足夠的混和。 2.1 混合程度的測得－評估試驗室內的空氣是否獲得足夠的混合之方法，是在入口空氣中混入一定濃度和流量的追蹤氣體(例如： SF6)，並在試驗室出口處測量不同時間的濃度。將試驗室濃度與時間的圖與完全混合之理想曲線作比較可得： -Nt. C＝Co(1-e ). (3). 其中： C：試驗室的濃度 Co：入口濃度 N：換氣率，N=Q/V，Q＝流經試驗室空氣流率，V＝試驗室的體積 t：時間. 44.

(46) 空壓機. 乾燥器. 潔淨器. 預冷盤管模擬氣體. 流量控制器加濕器. 加熱器. 調溫盤管. 混合風扇混合. 氣相層析儀. 測試室. FID 偵測器. 圖 3-1. 收集器. 幫浦. 小型建材有機物質逸散檢測模擬室. 假若測量值緊循著理想曲線，表示在試驗室中的空氣是混合良好的。若測量值落在理想曲線的上方，則表示空氣流動時，有短路產生且空氣是非混合良好的。短路的發生，可能是空氣的出口、入口或兩者的位置設計不當。若測量值是落在理想曲線的下方，即表示有一些追蹤氣體被吸附在試驗室的表面，則此試驗室是有漏洞的或會發生不完全混合。決定混合是否充足的 45.

(47) 實驗，應該在空無一物的試驗室內進行，而且是使用依據樣品種類不同的惰性受質，以確保在試驗室中樣品的放置不會導致混合的不足。 2.2 定量的的指引是在於如何獲得完全的混合。一種方法是將試驗室的體積當作變數，迫使測量值通過理想曲線，然後根據曲線比較實際試驗室體積和外表看見的試驗室體積。如果兩者差值＞10%是不可接受的。 2.3 表面速度－靠近待測物料表面的空氣速度會影響質傳係數，假如想要讓邊界層的質量傳遞最大，應該使用相當高的速度（例如：＞0.3m/s），此時就需要利用風扇去加以控制沿著材料表面流動的空氣流速。如果測試是在低速進行，那麼要小心在增加混合程度時，不要去引起過量的待測物表面空氣流速（例如：＞0.05m/s）。 3. 溫度的控制－可將試驗室放在定溫的保溫櫃中或其他可控溫的環境中，而入口空氣溫度的控制可以利用控溫電熱線圈。 4. 光線－小試驗室經常是在無光線下操作的，但假如要測定光線對逸散性的影響時，可供應適當的內部照明，但要小心避免增溫。. 46.

(48) 3.2 乾淨空氣產生系統乾淨空氣必須被產生並送入試驗室中。一個典型的空氣乾淨空氣產生系統是用無油壓縮機去抽取已去除濕氣的環境空氣（例如：使用 Membrane Dryer）和追蹤有機物（例如：Catalytic Oxidation Units)。其他可選擇儲氣鋼瓶，或先經活性碳過濾的空氣，或實驗室內的空氣。在供氣系統設定流量之前，就應先計算出欲抽取的空氣量，而空氣純度的要求也必須根據待測樣品的種類來決定。 1. 濕度控制－試驗室空氣濕度的控制，可藉由在空氣流中加入去離子水或 HPLC 等級的蒸餾水。Syringe Pumps 在注入空氣時，可藉由加熱蒸發水分以獲得想要的濕度。但是，Syringe Pumps 在長時間且連續使用時易損壞。另一種幫浦（例如：HPLC）也可提供準確的濕度。而增濕的方法是利用在一控溫的狀態下，使一部份的空氣流經去離子水(例如：水浴法)，再將此飽和空氣與乾空氣混合，以得到想要的濕度。 2. 溫度控制－裝在定溫環境中的電線圈，可在空氣送入試驗室之前，控制入口溫度的均衡。. 47.

(49) 3.3 環境測量與控制系統對空氣流量、溫度、濕度的測量和控制是必要的。空氣流量可藉由電子質量流率控制器去自動監控或手動的流量控制(例如： Needle Valve, Orifice Plate) 和測量 ( 例如： Bubble Meter, Rotameter)。溫度的測量可藉由 Thermocouples 和 Thermistors 自動得到，或用人工測量或溫度計而測得。濕度的控制是使用增濕系統。如果使用液體注入，水量可由幫浦控制。飽和空氣濕度的控制，需要去控制水溫和飽和空氣的流量。濕度的測量可利用數種感應器，包括 Dew-Point 偵測器和 Thin-Film Capacitors。溫度和濕度的感應器要架設在離試驗室至少 5cm 的位置，和靠近空氣出入口兩邊中間點的位置。 1. 自動系統－基於測量和控制的目的之微電腦，可以用來設定實驗進行中空氣流率和顯示溫度、相對濕度和空氣流量。從溫度、相對濕度和流量感應器所得的類比符號，被轉換成數字儲存在微電腦中，然後使用適當的校正因子，轉換成工程用的單位。用這個方法，試驗室環境的各項數據可被連續監控、編輯和變成文件儲存起來，或花最小的努力呈現出來。自動系統也有可能具備某些控制功能，數字訊號可被輸出至控制閥，或轉換成類比符號去當作質量流率控制器的設定值。程式圖表可在微電腦螢幕上顯示目. 48.

(50) 前系統的設定值和測量值。 2. 手動系統－當自動系統提供了更多的資料收集和控制時，相對地也昂貴和複雜。所以在很多情況下，我們寧願使用簡單且低花費的手動系統。. 49.

(51) 第四章樣品收集和分析. 4.1 氣態污染物採樣與分析方法之探討環境中氣態污染物的量逐年增加，對環境與生物體造成相當程度的傷害，已到需加以嚴控並減量的階段:為達到此一目的，首先需正確掌握其在環境中的成分與濃度，唯有透過正確的採樣與分析才能達到環境監控並減量的效果。近地表大氣的主要成分為氮、氧及一些稀有氣體等，相對於主成 -3. (28). 分，其餘大部分氣體僅佔相當低的比例量，低至μgm 以下。大氣中所含氣體成為污染物的定義為:其存在貨量的增加造成環境或生物體的傷害;大多來自於人類過度活動所致。在光化環境中，這些污染物的量常是變動的，一方面受到排放源變動的影響，另一方面一些污染物也會因互相反應生成二次污染物而有所增減，如氮氧化物與碳氫化物反應生成臭氧及 PAN 等。氣態污染物與固態及液態污染物的不同點為:基質複雜、易於擴散及反應、體積大而量少，使其採樣比在液態或固態基質中來的困難。相對於微量污染物的量，大氣中水氣的含量在常溫常壓下佔有相當高的比例，水氣吸附常引起採樣及分析時的 (29). 各種問題(見表 4-1) 。如何有效地去除反應性及水氣干擾等問題，正確的將微量氣態污染物採取下來，進而達到採樣及儲存時的安定. 50.

(52) 性，將為整個分析結果是否正確的關鍵所在。. 表 4-1. 水氣吸附對採樣與分析結果的影響. 水氣所在位置採樣管冷凝微管. 層析管柱. 偵檢器. (29). 影響結果 1.與分析物反應而降低採樣及儲存時的安定性 2.減少吸附劑上可吸附的位置水氣凍結造成栓塞 1.改變管柱中吸附相的吸附特性 2.改變滯留時間 3.分裂波峰 4.與待分析物共流出 5.傷害管柱中固相吸附層(例:氧化鋁管柱) 1.造成 FID 火焰淬熄 2.造成質譜儀壓力過大 3.改變積分面積. 完成一次完整的氣態污染物分析須考慮下列步驟：（1）樣品的採集與濃縮（使之與空氣基質分離）（2）冷凝濃縮注入（減少注入體積，以增加解析度及避免儀器負荷過重）（3）選定適當偵檢器（以期產生可信賴的數據）. 空氣採集方式有很多，如下所述： (一) 全樣品採樣法此法為最常用的採樣方法，利用各種材質的採樣袋或玻璃瓶與不 51.

(53) 鏽鋼罐(Canister)將氣體全樣品用不同方式導入(見表 4-2)。但因為器壁吸附與樣品相互作用的關係，此法不適用於低揮發性與高極性的化合物採樣(如: Alcohol，Carboxylic Acid 與 PAHs 等)，其餘如碳氫化合物及含氯碳氫化合物可達到有效的採樣與安定儲存效果. (29-32). 。. 各種材質採樣袋具有價廉與方便等特性，但其材質所造成的污染問題相當嚴重，較適合高濃度區(ppm 級)的採樣。使用玻璃瓶與不鏽鋼罐污染問題較少，玻璃瓶因其易碎與不方便性目前已被不鏽鋼罐取代。不鏽鋼罐內部可做電子拋光與去活化處理，以減少器壁吸附，再 -3. 經由高純度氦氣或氮氣沖洗與真空系統的抽氣(抽至 10 -10. -5. Pa)，. 再經由加熱烘烤(350-600 K)與濕化處理過程化，即可帶至現場採樣（32）. 。採樣方法是先將罐內抽成真空狀態，再在常壓下吸入樣品，如. 果罐上具有雙閥可先打開與大氣平衡後再用幫浦抽氣，如此可降低罐內的污染與吸附。如要加大採樣體積，可將整個不鏽鋼罐浸入液態氮中，經由降溫而降低蒸氣壓以採入更多氣體，但此舉將使大氣中的一些反應性氣體大量導入(如:O3，NOX 等)，反應的結果使得待分析物量降低與變質. (33). ;另一方面可利用幫浦抽氣並加壓(可加壓至. 10-20atm)，此時氣態樣品流經幫浦將會導入污染物，但由於採樣量 (34). 加大，相對污染問題可降低。對於環境中的低極性及中、低濃度氣態樣品，利用不鏽鋼罐採樣為一可靠且有效的採樣方法。其缺點為不. 52.

(54) 鏽鋼罐製作與清洗抽氣的真空系統價格昂貴，且不鏽鋼罐清洗耗費人力與時間。. 表 4-2 採樣器具與材質. 分析氣態有機化合物全樣品採樣方式一覽表樣品導入方式. (34). 分析物. 濃度範圍 -3 (μgm ). Teflon 採樣袋幫浦抽氣. 碳氫化合物(C2-C6). 0.5-50. Tedlar 採樣袋幫浦抽氣. 碳氫化合物(C2-C6). 0.5-200. 玻璃瓶. 幫浦抽氣. 碳氫化合物(C2-C6). 0.5-50. 不鏽鋼罐. 抽真空吸入碳氫化合物(C2-C6). 0.03-10. 不鏽鋼罐. 幫浦抽氣. 碳氫化合物(C2-C6). 0.05-3. 不鏽鋼罐. 加壓抽氣. 碳氫化合物(C2-C6). 0.03-3. 不鏽鋼罐. 降溫吸入. 碳氫化合物(C2-C6). 0.03-1. 各種材質採樣袋具有價廉與方便等特性，但其材質所造成的污染問題相當嚴重，較適合高濃度區(ppm 級)的採樣。使用玻璃瓶與不鏽鋼罐污染問題較少，玻璃瓶因其易碎與不方便性目前已被不鏽鋼罐取代。不鏽鋼罐內部可做電子拋光與去活化處理，以減少器壁吸附，再 -3. 經由高純度氦氣或氮氣沖洗與真空系統的抽氣(抽至 10 -10. -5. Pa)，. 再經由加熱烘烤(350-600 K)與濕化處理過程化，即可帶至現場採樣 (31). 。採樣方法是先將罐內抽成真空狀態，再在常壓下吸入樣品，如果. 罐上具有雙閥可先打開與大氣平衡後再用幫浦抽氣，如此可降低罐內的污染與吸附。如要加大採樣體積，可將整個不鏽鋼罐浸入液態氮. 53.

(55) 中，經由降溫而降低蒸氣壓以採入更多氣體，但此舉將使大氣中的一些反應性氣體大量導入(如:O3，NOX 等)，反應的結果使得待分析物量降低與變質. (33). ;另一方面可利用幫浦抽氣並加壓(可加壓至. 10-20atm)，此時氣態樣品流經幫浦將會導入污染物，但由於採樣量 (34). 加大，相對污染問題可降低。對於環境中的低極性及中、低濃度氣態樣品，利用不鏽鋼罐採樣為一可靠且有效的採樣方法。其缺點為不鏽鋼罐製作與清洗抽氣的真空系統價格昂貴，且不鏽鋼罐清洗耗費人力與時間。. (二) 溶劑採樣法以溶劑為吸收劑的採樣法是利用幫浦將氣態樣品以氣泡方式通過溶劑，此時溶質溶在溶劑中，為達到高的轉移率，產生的氣泡要愈小愈好。為保護幫浦不受到溶劑蒸氣的影響，可利用內裝甲醇-乾冰的吸附劑將之吸附. (35-36). 。此法非常簡單，可採取大量氣體樣品，為避. 免溶劑揮發漏失，要使用高沸點溶劑。採樣所得的分析物可取部分，直接注入液相層析儀或離子層析儀甚至氣相層析儀中分析。. (三) 凍集採樣法. 54.

(56) 使用凍集採樣法時，大多數在冷凝管中不需填充吸附劑，只需填充一些阻擋物以增觸面積，再沒入液態氮中採樣。採集完樣品只需用 0. 中到低溫（40-70 C）的脫附溫度熱脫附即可，以避免加熱過高遇熱產生分解，適用採集一些低沸點或對熱不安定的化合物. (37-40). 。. 利用 U 形管內填一些石英棉增加接觸面積再沒液態氮中，使用幫浦抽取 1 到 10 升體積樣品，採樣流速在 150-300mL 間，可採取低沸 0. 點的硫化物，再以 60-70 C 溫度熱脫附後，經冷凝熱脫附進入氣相層 (37). 析儀分析；另一種的冷方式為內填塞 60-80 網目的玻璃珠，可分析 C2-C10 的碳氫化合物. (39). 。使用此法於環境採樣時將導致大量了氣吸. 附，而產生許多問題，所以大多只用於熱脫附後進入氣相層析儀前的冷凝濃縮用。. (四)固體吸附劑採樣法固體吸附劑的種類可區分為含碳化合物類與多孔聚合物（Porous Polymers）二大類（見表 4-3，4-4）。利用固體吸附劑採樣，採樣的體積可高達數百升，端看各種固體吸附劑對各化合物間的破出體積（Breakthrough Volume）而定. (40-41). 。此法為選擇性採樣法，採樣方. 式可分為主動式採樣（Active）與被動式採樣（Passive）二種。不論那種採樣方式，均可用熱脫附或溶劑萃取方式將待分析物脫附出. 55.

(57) 來，脫附後的物質通常需要經由冷凝濃縮再注入氣相層析儀分析，以使波帶變窄並增加解析度。. 表 4-3. 各種含碳吸附劑特性一覽表. （資料取材自參考文獻 43）表面積（m2g-1）. 溫度上限（℃）. 1070. >400. B C. 100 10. 400 400. B C F. 100 10 5. >400 >400. 910 820. 225 400. 510 400 485 1200 1100. 400 400 400 400 225. 吸. 附. 劑. Activated Carbon Activated coconut charcoal. Graphitized Carbon Blacks Carbotrap Carbotrap Carbotrap Carbopack Carbopack Carbopack Carbopack. Carbon Molecular Sieves Carbosive Carbosive G Carbosive S-Ⅲ Carboxen Carboxen 563 Carboxen 564 Carboxen 569 Carboxen 1000 Carboxen 1004. 56.

(58) 表 4-4. 各種多孔聚合物吸附劑特性一覽表（資料取材自參考文獻 43）. 吸. 附. 劑. 組. 成. 表面積溫度上限（m2g-1）（℃）. Tenax Poly(2,6-diphenyl-p-phenyleneoxide) Poly(2,6-diphenyl-p-phenyleneoxide) Poly(2,6-diphenyl-p-phenyleneoxide) With 23% graphitized carbon. 19-30 35. 375 375 390. Styrene-divinylbenzene copolymer Styrene-divinylbenzene copolymer Cross-linked polystyrene Acrylonitrile-divinylbenzene Copolymer Polyaromatic type Polystyrene Polyacrylic ester Cross-linked acrylic ester. 350 350 350 100-200. 275 250 275 250. 600-700 700-800 400-500 100-200. 250 225 225 225. N P Q R S T. Polyvinylpyrrolidone Styrene-divinylbenzene copolymer Ethylvinylbenzene-divinylbenzene Polyvinylpyrrolidone Polyvinylpyridine Ethylene glycol dimethyl adipate. 225-350 100-200 500-600 450-600 300-450 250-350. 190 250 250 250 250 190. A D N P Q R S. Divinylbenzene-ethylene glycol Divinylbenzene polymer Divinylbenzene-ethylene glycol Styrene-divinylbenzene copolymer Divinylbenzene polymer Divinylbenzene-N-vinyl-pyridine Divinylbenzene-4-vinyl-pyridine. 526 795 405 165 582 344 583. 165 290 165 250 275 250 250. Styrene-divinylbenzene copolymer Styrene-divinylbenzene copolymer Polymethacrylate resin Polymethyl-methacrylate resin. 300 750 450 140. 200 150 150 150. Tenax-GC Tenax-TA Tenax-GR. Chromosorb Chromosorb Chromosorb Chromosorb Chromosorb. 101 102 103 104. Chromosorb Chromosorb Chromosorb Chromosorb. 105 106 107 108. Porapak Porapak Porapak Porapak Porapak Porapak Porapak. HayeSep HayeSep HayeSep HayeSep HayeSep HayeSep HayeSep HayeSep. Amberlite resins XAD-2 XAD-4 XAD-7 XAD-8. 57.

(59) A.含碳化合物含碳化合物可再區分為活性碳、石墨化碳與碳分子篩等。活性碳 2 -1. （Activated Carbon）有極高的吸附表面積（300-200 m g ）與一些 0. 活化官能機，可高達 700 C 的封熱安定性。其缺點為吸附水氣與不可逆的脫附，極強的吸附力使其熱脫附後的回收率差，而使用溶劑脫附取代熱脫附，在環境微量分析時低的回收率與污染導入為其不利點。石墨化碳（Graphitized Carbon Blacks）在石墨化過程去除一些吸附基及氫鍵的形成，使得一些極性物質如水不易吸附上，此類產品有 (42). Carbotrap、Carbopack 等系列。較大的石墨化產生較小的表面積， 2 -1. 表面積的範圍在 6-100 m g 之間。不同的吸附表面可使其有非常廣的吸附範圍，表面積大有較大的吸附力，可吸附小分子的化合物與一些極性化合物（如：Alcohol，Free Acid Amine，Ketones，Phenols and Aliphatic Hydrocarbons），再加上疏水性，可在高濕的環境中採樣。碳分子篩（Carbosieve）類吸附劑可吸附低分子量的碳氫化合物（如： C2，C3）與一些氣體類如 CO2 等，缺點為易吸附水氣。各種特性可見表 4-3 中的分類細述. (43). 。. 58.

(60) B.多孔聚合物此類包含一系列各種不同吸附表面的聚合物（見表 4-4），Tenax 0. 系列因其對熱的穩定性（400 C）與疏水性，非常適合環境大氣採樣及使用熱脫附法脫附，此一系列包括 GC，TA，GR. (44-47). 。GC 在一些含. 高氧化劑的環境中（如：O3，NO2 等）會產生 Benzaldehyde 及其它氧化物，告成分析時誤差. (45). 。TA 在製造時利用高溫以減少聚合物中所. 懸浮的溶劑，故比 GR 有較低的背景空白值，較適合低濃度環境採樣用。GR 為 Tenax 與 23 %石墨化的碳相混，但並非一般方式的混和即可，保有 Tenax 疏水特性與較大的破出體積以及可吸附較低之分子量 (47). 的特性。多孔聚合物類尚有 Chromosorb，Porapak，HayeSep 與 XAD 等系列。因為單一種固態吸附劑所能吸附範圍有限，如要吸附較大範圍的化合物，可串連數種吸劑（通常二至三種），利用不同的吸附表面積有不同吸附力的特點，做成多重床式採樣管. (48-54). 。吸附表面積小. 的吸附劑置於最前端，採樣時一些大分子量的物質流經先被吸附住，而一些不易被吸附的低分子量物質繼續通過被下層具有吸附表面積的吸附劑所吸附，脫附時方向要與採樣的方向相反。利用 Carbotrap B，Carbotrap C，Corbosieve Ⅲ 可有效的吸附採樣環境大氣中所含 C3-C10 碳氫化合物. (55). 。. 59.

(61) C.採樣方式 (1) 被動式採樣被動式採樣（Passive Sampling）也稱為擴散式採樣（Diffusive Sampling），此種採樣方式通常是將內裝吸劑的吸附管垂直放置並暴露於大氣中，由吸附的吸附特性與擴散特性來控制吸附過程，使用的吸附劑有 Tenax、活性碳等。被動式採樣比主動式採樣來得方便與便宜，其最大的缺點為採樣期流速的不穩定. (44,47). 。. 被動式採樣主要用於工廠人員劑量監測、室內或高濃度區監測， (58). 如果用於低濃度區採樣，需加長採樣時間。但因採樣時間長，污染問題與吸附劑所釋放的物質將影響分析結果，解決的方法為縮短採樣時間，如此需要配合使用高靈敏度的偵檢器，例：使用 Mercuric Oxide Reduced Gas 偵檢器，比使用火焰離子偵檢器（FID）可減少八倍採樣時間，偵測濃度從 0.03-1 ppb 之間. (59). 。. (2) 主動式採樣主動式採樣（Active Sampling）為利用可控流速的幫浦抽取一定體積的空氣流經採樣管。理論上，採樣管可看成一隻低板數的層析管，其採樣效率可經由評估吸附劑的滯留能力而得知。最大採樣體積由該分析物的最小的破出體積決定，每種吸附劑可吸附的化合物不同也有不同的破出體積，故慎選適當吸附劑（例：用 Tenax-GR 取代 TA. 60.

(62) 或 GC），可產生較大的破出體積將有助於降低偵測極限. (47). 因幫浦的定. 速抽取可在短時間內得到較大的採樣體積，故主動式採樣適用低濃度環境區採樣。. D.脫附方式 (1) 熱脫附法吸附採樣法結合熱脫附法（Thermal Desorption）再進入氣相層析儀分析，為目前常用的環境中有機污染物的分析方法。通常在常溫 3. -1. 採樣後，利用加熱（500-550 K）與通過氮氣（5-40 cm min ）方式 (60). 將吸附於附劑中的物質脫附而出，脫附時間需要 3-30 分鐘。如此長的脫附時間對高解析度的氣相層析儀而言，注入速度太慢，易使波帶變寬，需先經由冷凝濃縮於一極小空間（可利用毛細管柱，內填充各種吸附劑甚至多種吸附劑）. (61). 0. ，再次快速（800-1000 C/min）加. 熱脫附進入氣相層析儀。熱脫附法對遇熱不穩定或高沸點的物質回收差，需利用溶劑萃取法取代。 (2) 溶劑萃取法可用於熱脫附法的吸附劑均可用於溶劑萃取（ Liquid Extraction），利用低沸點的溶劑（如：二硫化碳、二氯甲烷、苯或戊烷等）配合索氏萃取過程可將待分析物萃出，可收集相當廣的範圍. 61.

(63) 與極性化合物. (62). 。. 此法的優點為：可增加採樣量，且萃取後的量可做多次分析，甚至打入不同的分析儀器中做比對分析。一些吸附力極強的吸附劑（活性碳與 XAD 樹脂等）或高沸點的化合物（PAHs），因為熱脫附有溫度上限的限制，溶劑萃取比熱脫附法有較佳的回收率。缺點為溶劑的波帶遮蓋效應與溶劑揮發的漏失及污染物的導入等，最大的缺點為使用大量溶劑所造成的再次污染，在重視環保的今日，此為不可忽視的問題。 (3) 超臨界流體萃取法超臨界流體萃取法（Supercritical Fluid Extraction，SFE）為利用某些物質（如二氧化碳等）在溫度高於其臨界點上時產生兼具氣體與液體重要性質的超臨界流體（Supercritical Fluids），此流體流經樣品時可將待分析物從樣品基質中分離，再經過低溫固體表面吸附法（Cryogenic Solid Surface Trap）將之吸附於玻璃珠或不鏽鋼珠表面，然後再用極少量（數毫升）的有機溶劑，將目標物從固體表面沖提出. (63-65). 。此法可彌補溶劑萃取與熱脫附之缺點，避免溶劑萃. 取的耗時與溶劑污染，又可避免一些高沸點化合物因熱脫附的溫度限制而降低回收率。根據文獻報導，利用 Tenax 為吸附劑採樣，對於 (63). C20 可達 99%回率，如此優異的萃取與回收效率，用於環境採樣分析. 62.

(64) 上，將成為極具發展潛力的分析工具。. E.除水方式由於環境中相對溼度變化為 40-90%，不論使用吸附劑採樣或是不鏽鋼罐採樣均有可能吸附大量水氣，在前言中以述及水氣吸附所造成的許多問題，所以在採樣中或採樣後進入儀器分析前的除水過程非常重要。常見的除水方式有：使用除水管，內裝乾燥劑 K2CO3 與 Mg （ClO4） (66) 2. 等，將之置於採樣管前，優點為方便、便宜，但易漏失較重的苯. 環類化合物及極性有機化合物如 Alcohols，Ketones 等；也可使用 Perma Pure Drier 除水，對一般較低分子量的直鏈有機化合物回收率佳，但對水溶性有機化合物回收率差且有記憶效應（ Memory (67). Effect）。使用降溫凍集法去除水氣，就是將待分析的氣體通過降溫的 U 型管或直立 Teflon 管，此使水氣將被凝聚下來，此種方法易將一些高沸點的化合物去除，降低其回收率氦氣或氮氣吹過採樣管，將水氣吹出. (51-53). 。也可利用高純度的. (52,55). ；或將採樣溫度訂於 40-65 (68). ℃間並使用較小體積採樣管，以降低水氣破出體積。以上各種除水方法均有其優缺點，使用時必須評估對分析結果的影響。. 63.

(65) F.微量採樣管(Microtraps) 此類採樣管長度約為 5 cm，內徑為 0.32-0.53 mm 的毛細層析管柱大小，可配合氣相層析儀的流速與加速熱脫附，不需經由冷凝再熱脫附過程，也可使用少量體積的溶劑萃取，在將全量打入氣相層析儀中。使用微量採樣管需採用非常強的吸附劑以增加破出體積，例如使用活性碳抽取 20ml 體積的空氣樣品，分析苯和甲苯的偵測極限為 0.05-3 ngL. -1(69). 。也可用含 Carboxen 吸附氟氯碳化合物，對於大範圍. 的分析物可使用微管多重床來吸附，低沸點的如 HFCs、HCFCs 可用低溫冷凍吸附。此種微管採樣法可降低加熱與冷凍循環時間，適合現場即時分析. (70-71). 。. (五)收集於纖維上 1. 固相微量萃取採樣法(Solid-Phase Microextraction，SPME) 此方法唯一新的採樣方法，可同時達到採樣與前濃縮的目的，只需少量樣品，採樣時運送方便，不需溶劑萃取，可適用於任何機型之氣相層析儀。將熔矽纖維(Fused-Silica Fiber)塗上約數百微米膜厚之前述的各類吸附劑(由所需吸附的化合物而定)，將此纖維裝入並固 (72). 定於注射針中，只露出 1 公分暴露於大氣中(見圖 4-1) ，使分析物. 64.

(66) 分布其上，當達到平衡時(約需數十分鐘)，將其由注射針注入氣相層析儀的注入口中熱脫附，脫附後配合冷凝濃縮再注入。此法曾運用於 (73). 苯、多苯環碳氫化合物及含氯化合物採樣分析，暴露時間 35-45 分鐘。. 圖 4-1. 固相微量萃取採樣法裝置圖（資料取材自參考文獻 72）. 2.薄膜萃取採樣法(Membrane Extraction) 此法於近來的 30 年中大量運用於水樣、固樣、氣樣及生物代謝樣品的濃縮採樣。在最近新的採樣方法報導中，利用中空狀的薄膜(數百個微米)，將氣體樣品通過膜的外圍，載送氣體以相反方向流經膜內，此時待分析物以下述三步驟萃取出:先吸附於膜外，經由膜擴散， 65.

(67) 在從膜內揮發出，經由真空的抽吸進入離子阱偵檢器(Ion Trap Detector，ITD)可做現場立即分析，方便又迅速. (74-76). 。也可結合膜萃. 取與固體吸附劑濃縮法 (Membrane Extraction with a Sorbent Interface，MESI)，經由熱脫附後冷凝再次熱脫附注入氣相層析儀中分析(見圖 4-2). 圖 4-2. (77). 。. 膜萃取與固體吸附劑濃縮法，再經由熱脫附後注入氣相層析儀分析圖示. 66. (77).