就環境條件及原料組成探討芳香蠟燭燃燒時之有害物逸散及控制策略

目錄

目錄 ... I 摘要 ... II

一、 研究背景與目的 ...1

1-1 研究背景 ...1

1-2 研究目的 ...3

二、 研究方法及步驟 ...4

2-1 暴露腔之建立與穩定性及均勻性測試評估 ...4

2-2 芳香蠟燭組成成分對 PAHs 及 VOCs 排放特徵之影響 ...4

2-3 芳香蠟燭組成成分及環境條件對奈米微粒排放特徵之影響 ...5

2-3-1 奈米微粒量測方式與資料分析...6

2-3-2 奈米微粒之排放率和排放係數推估...6

2-3-3 奈米微粒暴露之終生平均每日暴露劑量推估...7

三、 結果與討論 ...7

3-1 暴露腔穩定性與均勻性測試評估 ...7

3-1-1 暴露腔穩定性測試評估...7

3-1-2 暴露腔均勻性測試評估...7

3-2 芳香蠟燭組成成分對 PAHs 排放特徵之影響 ...8

3-2-1 芳香蠟燭之種類對 PAHs 排放特徵之影響 ...8

3-2-2 芳香蠟燭中精油添加種類對 PAHs 排放特徵之影響 ...9

3-2-3 芳香蠟燭中精油添加比例對 PAHs 排放特徵之影響 ...9

3-3 芳香蠟燭組成成分對 VOCs 排放特徵之影響...10

3-3-1 芳香蠟燭之蠟類對 VOCs 之排放特徵之影響 ...10

3-3-2 芳香蠟燭中精油添加種類對 VOCs 排放特徵之影響 ...10

3-3-3 芳香蠟燭中精油添加比例對 VOCs 排放特徵之影響 ... 11

3-4 芳香蠟燭組成成分及環境條件對奈米微粒排放特徵之影響 ... 11

3-4-1 奈米微粒粒徑分布特徵... 11

3-4-2 奈米微粒總個數濃度與總表面積濃度之分佈特徵...12

3-4-3 奈米微粒沉積於呼吸道不同區域之個數濃度與表面積濃度推估 13 3-4-4 奈米微粒之排放率與排放係數...13

3-4-5 奈米微粒暴露之終生平均每日暴露劑量推估...14

四、結論 ...16

參考文獻 ...17

摘要

本研究目的在於探討芳香蠟燭在不同組成及燃燒環境操作條件下，多環芳香烴碳 氫化合物(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)、揮發性有機物質(Volatile Organic Compounds, VOCs)及奈米微粒之排放情形與成分特徵，並進一步推估暴露人員呼吸道 頭區(H)、氣管支氣管區(TB)、及肺泡區(A)奈米微粒之個數與表面積濃度暴露情形，最 後亦推估芳療業者奈米微粒之呼吸道終生每日平均暴露劑量(Life-time Average Daily Dose, LADD)。本研究先建立一暴露腔以進行芳香蠟燭燃燒測試，並於測試前先評估測 試環境及條件之穩定性及均勻性。PAHs及VOCs逸散測試之芳香蠟燭成分組合包括:兩 種蠟燭(石蠟雨果凍蠟)、三種精油(薰衣草精油、迷迭香精油及香茅精油)及其三種精油 添加比例(0%、6%及12%)。米微粒逸散測試之芳香蠟燭則以添加薰衣草精油之石蠟為 主，精油添加比例為(0%、3%及9%)。PAHs及VOCs逸散測試之環境條件為相對濕度75%

及空氣換氣率0.5 ACH；而奈米微粒逸散測試之環境條件為固定相對濕度(RH=70 %)及 三種空氣換氣率(1.5ACH、3.0ACH及5.0ACH)。研究結果顯示: (1) 添加相同薰衣草精油 比例之石蠟與果凍蠟，總PAHs平均濃度及總PAHs排放係數以果凍蠟分別高出石蠟0.5 及2.5倍；(2)不同精油種類(薰衣草、迷迭香及香茅精油)，相同精油比例之石蠟，個別 總PAHs平均濃度以薰衣草為最高(2779ng/m

)，其次依序為迷迭香(2032 ng/m

)及香茅 (1401 ng/m

)，排放係數亦以薰衣草精油為最高；(3)不同精油添加比例（0%、6%及12%） ， 相同精油種類之石蠟，隨著精油添加比例增加，總PAHs平均濃度也增加（12%＞6%＞

0%）。但排放係數卻以相反，推究原因可能是受到芳香蠟燭消耗量影響；(4) 添加相同 薰衣草精油比例之石蠟與果凍蠟，總VOCs排放係數以果凍蠟高於石蠟，推論其可能原 因為石蠟燃燒效率佳，氧氣消耗量與CO

生成量均多於果凍蠟所致；(5)在不同精油種 類、相同蠟種(石蠟)及精油添加6%，其總VOCs排放係數，均以薰衣草為最高；(6)在不 同精油添加比例、相同蠟種及精油種類，其總VOCs排放係數均發現精油添加比例愈 高，其VOCs排放細數愈多，故可推論逸散之VOCs可能主要來自精油本身VOCs之貢 獻；(7) 各種芳香蠟燭在不同ACH下所產生之奈米微粒CMD均為10.7 nm；(8)各種芳香 蠟燭燃燒產生之奈米微粒在不同ACH下，其個數濃度及總表面積濃度與ACH成正比；

(9)不同精油添加比例芳香蠟燭在相同ACH燃燒時，其個數濃度及總表面積濃度與精油 添加比例成反比；(10)芳香蠟燭燃燒生成之奈米微粒沉降在不同呼吸道區域之個數濃度 及表面積濃度，在不同精油添加比例及不同空氣置換率下，皆呈A區>TB區>H區之趨 勢；(11)在不同ACH下，吸入奈米微粒之LADD會隨著ACH增加而增加;(12)芳療業者之 奈米微粒LADD較其他職場之奈米微粒暴露來得高，顯示其暴露風險有其考量之必要 性。

關鍵字: 芳香蠟燭、PAHs、VOCs、奈米微粒、排放特徵、排放係數、暴露腔、終生每

日暴露劑量

Abstract

This study was set out to assess the effects of the composition of fragranced candles on the emissions of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), Volatile Organic Compounds (VOCs) and nanoparticles on the tested environmental conditions, the concentrations of both number and surface area of nanoparticles deposited in different respiratory tract regions during the burning of fragranced candle, and to assess the life-time average daily dose (LADD) of a aromatherapy worker. The whole study was conducted in an exposure chamber with confirmed stability and uniformity. The composition of the selected fragranced candles for PAHs and VOCs emission test included two types of wax (paraffin and jell wax), three types of essential oil (lavender, rosemary, and citronella essential oil), and three adding fractions (0%, 6%, and 12%). For nanoparticles emission test, however, three tested paraffin fragranced candles were tested containing 0 %、3 % and 9 % lavender essence oil, respectively. The test environmental condition for PAHs and VOCs test was specified at RH=

75% and air exchange rate=0.5 ACH. For nanoparticles emission test, the test environmental

condition was specified at RH= 70 % but with three air exchange rates of 1.5, 3.0 and 5.0

ACH. Results show that (1) For fragranced candles added with same fraction of lavender

essential oil, the PAHs emission factors for the gel wax were found 0.5 to 2.5 times in

magnitude higher than that of paraffin wax; (2) For fragranced candles added with same

fraction but different kind of essential oils, the fragranced candles added with lavender,

rosemary, and citronella essential oils were found with total PAH emission concentrations as

2779ng/m

, 2032 ng/m

, and 1401 ng/m

, respectively; (3) For fragranced candles added with

the same essential oil but different adding fractions(including 0%, 6%, and 12%,

respectively), total PAH emission concentrations for the paraffin wax increased as the added

fractions increased. (4) For fragranced candles adding both 0% and 6% lavender essential oil,

the total VOCs emission factor for jell wax were found higher than that of paraffin wax. The

above results can be explained by the combustion efficiency of the paraffin wan was better

than that of jell wax (by examining the corresponding oxygen consumption and the formation

of carbon dioxide); (5) For the paraffin wax with a fixed fraction (6%) and different types of

essential oil, the fragranced candles added with lavender essential oil was found with highest

VOCs emission factor; (6) The fragranced candles added with highest fraction of essential oil

was found with highest VOCs emission factor. The above results can be concluded that most

VOC emissions during the burning of fragranced candles could be contributed mostly from

the VOCs originally contained in the added essential oils; (7) Combustion of all fragranced

candles will result in the generation of nanoparticles with a constant CMD of 10.7 nm; (8)

Both the number and surface area concentrations of the emitted nanoparticle increased as

ACH increased; (9) Both the number and surface area concentrations of the emitted

nanoparticle decreased as the fraction of added essence increased; (10) All emitted number

and surface area concentration deposited in the respiratory tract shared the same trend as:

alveolar region > trachelobronchial region > head region; (11) LADD increased as ACH increased; and (12) the aromatherapy worker was found with higher LADD than those of other occupations. It is suggested that more toxicological studies are needed to investigate nanoparticles emitted from the combustion of fragranced candles.

Keywords：Fragranced candle, PAHs, VOCs, nanoparticle, emission rate, emission factor,

exposure chamber, LADD

一、 研究背景與目的

1-1 研究背景

據美國蠟燭協會（National Candle Association, 簡稱 NCA）估計，1990 至 1999 十年間無香味蠟燭、芳香蠟燭及宗教用蠟燭之整體銷售量共成長 10~15%，

其中芳香蠟燭之年平均成長百分比更高達 22 % (NCA, 1999)。相同趨勢亦可發現 於我國，其中尤以芳香蠟燭最為顯著，其進口量已從 1990 年之 51,138 公斤，

增加至 2003 年之 1,588,717 公斤，成長幅度高達 33 倍 (經濟部, 2004)。直至最 新的調查，芳香蠟燭的年銷售量高達 2 億美元，且有 70 %以家庭使用為最大宗 (NCA, 2011)。根據 Unity Marketing 對蠟燭以及家用香料的市場經銷研究指出，

芳香蠟燭為家用芳香產品的主要選擇，其銷售量達 8.4 十億美元(Home Fragrance

& Candle Market Report, 2005)。因此，從廣大的市場佔有率及銷售量來看，芳香 蠟燭顯然在室內環境中成為不可或缺的生活用品之一。

芳香蠟燭其成分主要由「石蠟」及「精油」所組成，兩者皆含有大量之碳 氫化合物。目前已知碳氫化合物在燃燒不完全的情況下會排放大量的多環芳香烴 碳氫化合物（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，簡稱PAHs），對室內空氣品質 影響甚鉅，並可能造成呼吸道及肺部疾病(Dockery et al., 1993; Pope et al., 1999)。

為防範一般大眾於使用芳香蠟燭過程中PAHs暴露所造成之健康危害，在擬定合 適之控制策略之前，實有賴正確的量測，以瞭解蠟燭燃燒時之PAHs排放量其逸 散特徵。然而過去的研究探討芳香蠟燭之使用與PAHs排放關係尚十分有限。Lau 等探討不同成分之蠟燭於暴露腔內進行燃燒，於固定氧濃度與無紊流之燃燒條件 下，探討16種氣相 PAHs之排放情形 (Lau et al.,1997)。Fine等於暴露腔，固定換 氣率為100 L/min情形下，探討蠟燭在正常燃燒、黑煙燃燒（sooting）與悶燒情 形下，18種固相PAHs之排放特徵 (Fine et al., 1999)。相對的，關於室內環境中使 用芳香蠟燭之研究方面，Wallace等曾利用即時監測的方式，針對居家環境常見 的11種可能產生固相PAHs的來源進行研究，結果發現香茅蠟燭所排放之PAHs濃 度不容忽視(Wallace et al., 2000)。Wayne等針對不同種類之蠟燭探討其固相PAHs 排放情形，利用Photo-charging（PC）operating直讀式監測器量測固相PAHs濃度，

結果發現固相PAHs排放濃度與燃燒方式及芳香蠟燭包裝方式有關。由上述的文 獻回顧，可發現均未有對氣相PAHs做定量。另外，許多文獻指出蠟燭的成分會 影響其排放特徵 (Radian et al., 1978; Zhang et al., 1999; Smith et al., 2000)。關於過 去的研究中僅針對傳統蠟燭進行探討，並不足以代表芳香蠟燭之排放特徵，尤其 是暴露腔評估部分，有關暴露腔穩定性方面尚缺乏資料佐證。

此外，芳香蠟燭所含的精油成分不僅含有揮發性有機物質 (Volatile Organic Compounds, VOC) (Kubatova et al., 2002; Sridhar et al., 2003)，其燃燒後亦會產生 大量VOC，因此評估芳香蠟燭燃燒過程中，VOCs之排放與分布是不容忽視的。

VOC中又以BTEX (Benzene, Toluene, Ethylene, Xylene) 最常被研究。尤其以

BTEX 中「苯」，早已被IARC界定為Group 1為確定致癌物質。歷年來探討芳香

蠟燭之使用與VOCs排放特徵之相關研究並不多，經整理及分析發現蠟的種類成

分對揮發性有機污染物之生成影響甚大(Lau et al., 1997; Fine et al., 1999; Gelosa

et al., 2007)；此外，蠟燭成分亦會影響其排放特徵(Radian et al., 1978; Zhang et al.,

1999; Smith et al., 2000)。綜合上述，探討芳香蠟燭之原料組成與不同環境條件 下，其VOCs逸散實有其必要性。

亦有學者曾探討相對溼度對於燃燒蠟燭所排放之微粒影響，結果發現所產生 之微粒粒徑隨著相對溼度增加而增加(Li and Hopke, 1993)。Fine et al. (1999) 則探 討不同的燃燒狀態下其粒徑分布之變化情形。 Zai et al. (2006) 利用相關之氣膠動 態特性(例如擴散、沉降機制)解釋其實驗結果，結果發現不同燃燒方式會影響奈 米微粒之粒徑分佈特徵。綜觀前述可知，燃燒蠟燭所產生之奈米微粒逸散特徵 (如粒徑分布、濃度變異等)與蠟燭燃燒型態、蠟燭消耗量及暴露腔之混合機制有 關。理論上燃燒所產生之奈米微粒多是低蒸氣壓之氣態物質冷凝後產生，在不同 精油添加比例下之混合物其在溫度、壓力、溼度等特性表現上應與純物質有所不 同(Poling et al., 2001)。Evelyne et al. (2008) 亦發現，燃燒芳香蠟燭所產生之奈米 微粒其粒徑較燃燒石蠟時小，因此，芳香蠟燭精油添加比例多寡是否影響有害物 質其粒徑大小及濃度變化，目前尚無此相關研究。故有關不同原物料組成及環境 因子與有害物質其粒徑分佈特徵之相關性仍有其必要性。

近年來，室內環境污染物的暴露對健康效應的影響已成為公共衛生的所關注 的議題之一。過去研究發現於室內環境燃燒蠟燭會產生超細微粒(UFPs)(Hussein et al., 2006; Matson, 2005; Gehin et al., 2008)。依據國際放射防護委員會 (ICRP，

International commission on Radiological Protection) 建立不同肺部區位之沉積率 的模式來看，粒徑小於 100 nm 之微粒會以擴散機制沉降於肺泡區(Alveolar)比例 為最高(約 50 %)(ICRP, 1994)。UFPs 主要透過吸入方式進入人體，當這些微粒進 入人體後很容易與生物組織起反應，造成呼吸道、心血管、及肺部疾病的發生 (Dockery et al., 1993; Pope et al., 1999; Donaldson et al., 2002; Klot et al., 2002;

Kreyling et al., 2004)。根據相關蠟燭文獻指出，蠟燭在不同燃燒狀況下，穩定燃

燒方式會逸散大量 UFPs (Fine et al., 1999)，由於人的活動時間有 85 %會待在室

內環境(Klepeis et al., 2001)，以芳療業者為例，如果長時間待在室內工作且為換

氣不佳之工作場所，長期吸入蠟燭燃燒產生之 UFPs 恐有健康危害之虞。過去曾

有文獻去探討環境條件(相對溼度)對蠟燭燃燒過程所產生之微粒粒徑增長現象

(Li and Hopke, 1993)，但尚未針對不同空氣置換率下之微粒粒徑與個數濃度變化

情形進行探討。由於芳香蠟燭其成分主要由石蠟及精油所組成，兩者皆含有大量

之碳氫化合物，理論上當碳氫化合物在燃燒不完全情況下，會產生碳黑微粒(soot

particle)，且有文獻指出燃燒芳香蠟燭所排放之碳粒其含量與精油添加量有關

(USEPA, 2001)。因此，添加精油之芳香蠟燭於燃燒下排放之微粒可能因燃燒特

性不同造成粒徑分布及個數濃度的改變。

1-2 研究目的

1. 探討不同組成成分之芳香蠟燭燃燒時，PAHs 排放情形與成分特徵。

2. 探討不同組成成分之芳香蠟燭燃燒時，VOCs 排放情形與成分特徵。

3. 探討不同組成成分及環境條件(換氣率)，芳香蠟燭燃燒產生之奈米微粒之粒 徑分布特性及排放特徵。

4. 探討不同組成成分及環境條件(換氣率)，芳香蠟燭燃燒產生之奈米微粒在呼 吸道內不同區域之個數濃度與表面積濃度。

5. 推估芳療業者使用芳香蠟燭後之呼吸道終生平均每日暴露劑量（Life-time

Average Daily Dose, LADD）。

二、 研究方法及步驟

2-1 暴露腔之建立與穩定性及均勻性測試評估

本研究首先建立一暴露腔，俾提供穩定之環境條件，以探討芳香蠟燭之 PAHs 排放特徵。暴露腔內容與尺寸如圖 1。該暴露腔係以壓克力建構而成，主 要可分為進氣端、芳香蠟燭置放區、燃燒測試區、混合區及採樣區等五部份。第 一部分主要功能爲提供穩定氣流（含進氣之濕度、流量）以送達芳香蠟燭置放區，

使暴露腔內供給空氣不隨時間變化。第二部分為芳香蠟燭置放區，下設有多孔整 流板，使空氣均勻進入測試區。第三部分為測試區，主要提供芳香蠟燭穩定燃燒 之區域。第四部份為混合區主要做為提供排放污染物之混合的區段。第五部份為 採樣區，以提供 PAHs 及空氣成份量測之量孔設置。暴露腔之供氣系統係由外接 之空氣壓縮系統，以提供實驗過程中所需的換氣量。另外在進氣口前段設置過濾 設備（HEPA）、活性碳吸附設備及除濕設備，入口處設有加濕設備，以控制進氣 濕度。

本暴露腔針對測試區中心點之相對濕度（RH）及換氣率（ACH）進行穩定 性測試。其測試方法是設定單一環境狀態，並連續記錄相對濕度及換氣率五個小 時變化情形。相對濕度方面其測試範圍分別為 60%、75%（一般台灣大氣相對濕 度）及 90%三種相對濕度；換氣率則分別測試 0.5 ACH、1.0 ACH 及 2.0 ACH。

本研究所設置暴露腔之測試區除評估其穩定度之外，亦針對均勻性加以評估。量 測時首先對暴露腔之測試區劃分為三個面，每個面 9 個點，縱向高度分別距多孔 板 15cm、25cm 及 35cm；橫向高度分別距暴露腔內壁 15cm、25cm 及 35cm，故 共計 9 點。三面 27 點，取 27 點之中心位置，進行風速測試。

2-2 芳香蠟燭組成成分對 PAHs 及 VOCs 排放特徵之影響

本部分研究主要探討在相同環境條件下，不同組成成分之芳香蠟燭對 PAHs 及 VOCs 排放排放及其排放特徵影響。芳香蠟燭之組成係針對不同蠟種、精油及 精油比例等三種參數組配之。所測試之環境條件設定為相對濕 75%，換氣率為 0.5 ACH。芳香蠟燭組成成分如表 1 所示。本研究採集正常燃燒狀態下之樣本，

即利用直讀式儀器量測採樣區中 CO

、CO、O

濃度及風速，待 CO

與 CO 濃度 達到平衡時，即進行 PAHs 及 VOCs 之樣本採集，採樣時間為 1.5 小時。在採樣 過程中，亦須持續的監測採樣區之 CO

與 CO 濃度及濕度，當 CO

與 CO 參數變 化達 10%時，即停止採樣，以避免無效樣本。且為確保實驗品質，每一實驗條件 各進行三次。此外，為避免低於偵測極限每次燃燒 3 根芳香蠟燭。

本研究量測 CO

、CO、O2 與溫度之儀器為美國 IMR 公司出產之手提式煙 道氣體分析儀，型號為 1100-2，量測 CO 範圍為 0 至 4000 ppm，精密度為±5%。

量測 CO

範圍為 0 至 CO Max，精密度為±0.3%，量測 O

範圍為 0 至 20.9%，精

密度為±0.2%，量測溫度範圍為 0-600℃，精密度為±0.1℃。量測風速之儀器為美

國 TSI 公司所出產之線風速計，型號為 TSI-8386A，量測風速範圍為 0.01m/s 至 50.0m/s，精密度為±0.01%。

PAHs 採樣係利用 PAHs 捕集系統於暴露腔之採樣區進行採樣，所得之結果 則代表各個芳香蠟燭之 PAHs 排放特徵及排放濃度。本研究使用 cassetes 採樣器，

內置 37 mm 的玻璃纖維濾紙，串連兩段式 XAD-2 吸附管（前後端分別為 100 mg 和 50 mg 之 XAD-2），分別進行固相及氣相 PAHs 採樣。為避免濕度的干擾，於 PAHs 捕集系統前端串接乾燥劑，以去除濕度對氣狀污染物之干擾。採樣採樣泵 為 Gilian 公司生產的高流量採樣泵（編號為 Gil Air-5） ，採樣流率設定為 2 L /min。

固 相 PAHs 採 樣 所 用 之 37 mm 玻 璃 纖 維 濾 紙 （ GF-653-37mm, Whatman International Ltd，直徑 3.7 公分，孔徑 0.8 μm），於採樣前需先放置於 450℃之高 溫烘箱中 8 時，藉由高溫去除所含之有機物後，再以 1：1 之正己烷混合二氯甲 烷溶劑清洗 24 小時以上，經真空晾乾後裝入玻璃製培養皿中放置於濕度 40%之 恒濕及恒溫箱平衡 8 小時以上。

VOCs 採樣方法則採美國 EPA 之 TO11 建議之 VOCs 採樣方法進行，VOCs 補集系統於暴露腔尾端採樣口進行採樣，所得之結果則代表各個芳香蠟燭之 VOCs 逸散特徵與逸散濃度。在 VOCs 捕集系統方面，本研究使用兩段式熱脫附 管（前後端分別為 150mg 和 100mg 之 Carbosive），進行 VOCs 採樣。為避免濕 度的干擾，於熱脫附管前端串接乾燥劑，以去除濕度之干擾。採樣採樣泵為 Gilian 公司生產的中低流量採樣泵（編號為 Gil Air-5），採樣流率設定為 200cc/min。採 集 VOCs 之熱脫附管中填物係購自美國 SUPELCO 公司所產之 Carbosive，前後 端分別為 150mg 和 100mg 之 Carbosive，其中間層以玻璃纖維棉分開，後段作 為檢測是否產生破過現象（breakthrough） 。採樣完後之吸附劑樣本使用金屬鋁箔 紙包裏，以避免陽光照射，並且收集置於-20℃的冰箱進行樣本保存直至進行分 析。進行 VOCs 分析時，若發現後段樣本之濃度超過前段濃度 5%時，即有產生 破過現象，則當次之樣本捨棄不用。

2-3 芳香蠟燭組成成分及環境條件對奈米微粒排放特徵之影響

本部分試驗測試之芳香蠟燭原物料組成為純石蠟(即精油添加量 0 %)、石蠟

＋3 %薰衣草精油(即精油添加量 3 %)及石蠟＋9 %薰衣草精油(即精油添加量 9

%)。精油添加量 3 %芳香蠟燭經向業者詢問為市場主要之銷售，0 %和 9 %則為 實驗對照選取之用。選取的芳香蠟燭購自(天空之燭股份有限公司，台中，台灣，

2010)，其直徑為 6.0 cm，長度為 5.0 cm，燭心材質為棉製，每個測試條件下使 用 1 根蠟燭，芳香蠟燭燃燒測試位置距離採樣點為 70 cm，量測時間約為 2.5 hr，

每個測試條件重複五次。芳香蠟燭保存方法為放置在85 ℃冰箱並用鋁箔紙包

裝，避免精油揮發和其化學組成物之衰變(decay)。測試之環境條件 RH 測試範圍

設定為 70 %，經控制後為 70±2 %，環境溫度為 31±2 ℃。由於芳香蠟燭使用時

通常在通風不良之情況下，因此本研究 ACH 值之設定則以模擬室內開窗不啟動

空 調 系 統 (1.5 ACH) 及 美 國 冷 凍 空 調 協 會 (American Society of Heating,

Refrigerating and Air-conditioning Engineers, Inc., ASHRAE)建議之最少室內(3.0 ACH)以及室內正常環境換氣情形(5.0 ACH)等三個空氣置換率為測試條件。

本部分研究使用 Modified Electrical Aerosol Detector (MEAD)(Li et al., 2009a,b)直接進行暴露腔奈米微粒粒徑分布之量測，及其對勞工呼吸道頭區(Head airway)、氣管與支氣管區(Tracheobronchial)及肺泡區(Alveolar)之個數濃度與表面 積 濃 度 進 行 推 估 。 MEAD 是 藉 由 高 壓 電 源 供 應 器 (High voltage power supply)(Stanford Research Systems Inc., Model PS325/2500V-25W, Sunnyvale, CA, USA)控制 EAD(TSI Inc., Model 3070A, St. Paul, MN, USA)離子捕集器(ion trap)之 電壓，範圍設定在 20V 至 2500V 之間作轉換。在採樣期間，於每個測試條件切 換 8 個電壓值(20V、100V、200V、500V、1000V、1500V、2000V 和 2500V)，

每個測點電壓切換需靜待 10 秒左右，才能換下一個測試，不同電壓切換下之電 流訊號讀值，以供後續資料分析。

2-3-1 奈米微粒量測方式與資料分析

根據本研究利用MEAD量測之奈米微粒粒徑分布的結果，使用UK National Radiological Protection Board’s (NRPB’s) LUDEP Software用來預測呼吸道內頭區 (H)、氣管與支氣管區(TB)及肺泡區(A)之沉積率(Jaques et al., 2000)。LUDEP Software是依據ICRP 66肺部沉積率模式而建立。依據上述reference worker之參數 假設，圖2為預測在呼吸道內不同區域之沉積曲線(ICRP 66)。在本研究我們依據 標準勞工(reference worker)呼吸型態為以下之參數假設：

(1)呼吸型態(Breathing type)：nose only

(2)功能肺餘容量(Functional lung residual capacity)：3301 cc (3)呼吸頻率(Breathing rate)：20 breath/min

(4)空氣置換率(Ventilation rate)：1.5 m

/h (5)活動程度(Activity level)：輕運動

2-3-2 奈米微粒之排放率和排放係數推估

本研究係針對不同空氣置換率(1.5 ACH、3.0 ACH及5.0 ACH)，探討在不同 精油添加比例下(0 %、3 %、9 %)對奈米微粒排放之影響。奈米微粒之排放係數 (Emission Factor, EF)推估，數據分析如下：

ER= C

×Q

×10

× 60………..(1) EF = C

×Q

×10

× 60/CCR………(2) ER：奈米微粒排放率（#/h）

EF：奈米微粒排放係數（#/g）

C

：暴露腔採樣區之奈米微粒排放濃度（#/cm

） Q

：暴露腔採樣區之空氣流率（L/min）

CCR：蠟蠋消耗率（Candle Consumption Rate, CCR）（g/hr）

2-3-3 奈米微粒暴露之終生平均每日暴露劑量推估

本研究將奈米微粒個數濃度及表面積濃度進行吸入途徑之終生每日平均暴 露劑量(Life-time Average Daily Dose, LADD)估算，運算之公式如下:

……….(3)

LADD：奈米微粒終生每日暴露劑量(#/kg/day) C

：暴露奈米微粒濃度(#/cm

)

IR：每日呼吸量(Nm

/day)

AF： 吸 入 途 徑 之 危 害 性 化 學 物 質 吸 收 分 率 (%) BW： 人 體 平 均 體 重 (kg)

ED： 人 體 平 均 暴 露 時 間 (工 作 頻 率 ) AT： 人 體 平 均 壽 命 (year)

三、 結果與討論

3-1 暴露腔穩定性與均勻性測試評估

3-1-1 暴露腔穩定性測試評估

圖 3 為暴露腔中相對濕度(RH)控制穩定性之測試結果。可發現本系統對於低 濕環境較為不穩定，因此要降至低濕環境並使其穩定所需時間較長。相反地系統 中環境濕度至升至高濕度，其加濕速率就相對較快，因此本系統若要達高濕環境 時其所需時間相對較短。

圖 4 為暴露腔中風速(Va)控制穩定性之測試結果，自圖中可看出本系統要達 風速穩定約在 10 分鐘後，且其後的風速非常穩定。

3-1-2 暴露腔均勻性測試評估

表 2 為暴露腔之濕度均勻性測試結果。由表 2 可知於每一測試面(第一面，

第二面，第三面)其相對標準偏差(RSD)均在 10%以下；另外每一測試面與目標濕 度差均在±6%以內。表 3 為暴露腔之換氣率均勻性測試結果。由表 3 可知於每一 測試面(第一面，第二面，第三面)其相對標準偏差(RSD)均在 8%以下；每一測試 面與目標換氣率差均在±4%以內。故可知本暴露腔風速之控制相當的均勻。

C

IR AF ED LADD=

BW AT

  

3-2 芳香蠟燭組成成分對 PAHs 排放特徵之影響

3-2-1 芳香蠟燭之種類對 PAHs 排放特徵之影響

針對精油添加比例均為 0%之石蠟及果凍蠟，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 22 種氣、固相 PAHs 排放情形探討。結果顯示總 PAHs 平均濃 度後者(2718 ng/m

)高於前者(1536 ng/m

)。總 PAHs 排放係數亦是後者(229 ng/g) 高於前(82.5 ng/g)及。可推知添加比例為 0%之果凍蠟其總 PAHs 及排放係數分別 高於 0.5 倍及 2.5 倍(圖 5)。一般而言，燃燒效率好壞，可由氧氣消耗量、CO

及 CO 生成量來判斷。當氧氣消耗量多、CO

生成量多且 CO 生成量少時，表示燃 燒效率佳；相反地當氧氣消耗量少、CO

生成量少且 CO 生成量多時，表示燃燒 效率差。本研究中石蠟燃燒效率佳，乃因燃燒過程中氧氣消耗量(0.039 m

/g)大於 果凍蠟(0.016 m

/g)且 CO

生成量大於果凍蠟(分別為 2.55×10

m

/g 及 1.06×10

m

/g)，加上 CO 生成量(分別為 5.67×10

m

/g 及 8.18×10

m

/g)低所致。

圖 6 為精油添加 0%之石蠟及果凍蠟 PAHs 依不同環數及分子量大小做質量 分佈之結果。可知所測得之質量分佈，以二、三環之低分子量 PAHs 為主，兩者 皆有一致的現象，分別佔 92.1%及 76.9%左右，而中分子量分別佔 6.67 及 20.6%，

以高分子量佔較少部分皆低於 2.50%以下。由此可知兩種蠟燭雖種類不同，但主 要還是以二、三環之低分子量 PAHs 為主。對於果凍蠟而言，中分子量的貢獻不 容忽視。

另外，針對添加薰衣草精油比例 6%的石蠟與果凍蠟，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 22 種氣、固相 PAHs 排放情形探討。結果顯示總 PAHs 平 均濃度分別為 2799 ng/m

及 7812 ng/m

。總 PAHs 排放係數分別為 65.0 ng/g 及 375 ng/g。總 PAHs 平均濃度及總 PAHs 排放係數之結果與精油添加比例為 0%相 同，以果凍蠟為多(圖 7)，推論其可能原因為石蠟燃燒效率佳，乃因燃燒過程中 氧氣消耗量多於果凍蠟(分別為 0.020 m

/g 及 0.017 m

/g)且 CO

生成量多於果凍 蠟(分別為 1.29×10

m

/g 及 1.09×10

m

/g)，加上 CO 生成量低所致。

圖 8 為添加 6%薰衣草精油之石蠟及果凍蠟為芳香蠟燭排放之 PAHs 依不同 環數及分子量大小做質量分佈之結果。可知所測得之質量分佈，以二、三環之低 分子量 PAHs 為主，在兩種芳香蠟燭中皆有一致的現象，分別佔 87%以上，而中 分子量分別佔 10%左右，以高分子量佔較少部分皆低於 3%。由此可知雖然芳香 蠟燭種類不同，但主要還是以二、三環之低分子量 PAHs 為主且質量分佈相似。

综合上述添加比例分別為 0%及 6%之石蠟與果凍蠟結果發現，不論精油添 加與否，總 PAHs 平均濃度及總 PAHs 排放係數均以果凍蠟大於石蠟，推究可能 原因為，果凍蠟本身之分子結構比石蠟複雜且分子量大 (Pickus et al.,2001)，當 燃燒環境條件均相同時，PAHs 排放會受到芳香蠟燭本身成份結構影響。

由石蠟與果凍蠟物料分析結果發現，石蠟中總 PAHs 含量(125 ng/g)大於果

凍蠟總 PAHs 含量(11.5 ng/g)10 倍以上，與燃燒產生之總 PAHs 排放係數情形不

一致，可能原因是受到燃燒效率影響，由氧氣消耗、CO

生成量及 CO 生成量可 得知果凍蠟燃燒效率差所致。綜合上述結果得知 PAHs 排放受到芳香蠟燭本身成 份結構及燃燒效率影響。

3-2-2 芳香蠟燭中精油添加種類對 PAHs 排放特徵之影響

針對三種不同精油種類(包括薰衣草、迷迭香及香茅芳香蠟燭)以添加比例為 6%之芳香蠟燭，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 22 種氣、固相 PAHs 排放情形探討。結果顯示這三種芳香蠟燭所排放的總 PAHs 平均濃度分別為：

2779ng/m

、 2032 ng/m

及 1401 ng/m

，以薰衣草芳香蠟燭為最高。個別之總 PAHs 排放係數(分別為 375 ng/g、62.3 ng/g 及 33.7ng/g)也以薰衣草芳香蠟燭為最高(圖 9)。推論可能原因是薰衣草芳香蠟燭燃燒效率差，乃因燃燒過程中 CO

生成量 (1.29×10

m

/g)最少，加上 CO 生成量(3.95×10

m

/g)最高所致。另從表中發現 O

消耗量並不是最多，係因薰衣草精油中所含之氧機化合物於燃燒過程中釋放 出(趙崇仁，2004)所致，所以無法從 O

消耗量來推估燃燒效率，但可從 CO

及 CO 生成量來推估燃燒效率。除燃燒效率因素外，可能與精油本身 PAHs 含量有 關。從精油物料分析發現，薰衣草精油中所含 PAHs 量(3.42 ng/g)最多，推估 PAHs 排放有部份是來自貢獻所致。

本研究香茅芳香蠟燭之固相 PAHs 排放濃度與 Wayne 相比，發現本研究結 果固相 PAHs 濃度(247 ng/m

)比 Wayne 固相 PAHs 排放濃度(4.4 ng/m

)高。推論 其原因可能與芳香蠟燭成份有關及環境條件，再加上以排放濃度來比較，無法了 解芳香蠟燭單位重量中固相 PAHs 排放濃度情形，以排放濃度做比較並不準確。

圖 10 為三種芳香蠟燭所排放之 PAHs 依不同環數及分子量大小做質量分佈之結 果。可知三種芳香所測得之質量分佈，以二、三環之低分子量 PAHs 為主，在三 種芳香蠟燭中皆有一致的現象，分別佔 87.0%、95%及 94.4%，而中分子量分別 佔 10.6%、4.7%及%4.1，以高分子量佔較少部分皆低於 2%。

3-2-3 芳香蠟燭中精油添加比例對 PAHs 排放特徵之影響

針對三種不同薰衣草精油添加比例（0%、6%及 12%）之芳香蠟燭，在環境 條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 22 種氣、固相 PAHs 排放特徵探討。結果顯 示這三種芳香蠟燭所排放的總 PAHs 平均濃度分別為 1536 ng/m

、2779ng/m

及 5086 ng/m

，以添加 12%薰衣草芳香蠟燭為最高。然而對總 PAHs 排放係數(圖 11)而言，卻以添加 12%薰衣草芳香蠟燭(52.8 ng/g)為最低。就 PAHs 排放濃度推 論可能是來部份 PAHs 自精油貢獻。對於排放係數而言，推論可能原因是受單位 時間芳香蠟燭消耗量所致。

圖 12 為三種不同精油添加比例之芳香蠟燭所排放的 PAHs，依不同環數及

分子量大小做質量分佈之結果。可知三種芳香蠟燭所測得之質量分佈，以二、三

環之低分子量 PAHs 為主，在三種芳香蠟燭中皆有一致的現象，分別佔 92.1%、

87.0%及 74.2%，而中分子量分別佔 6.66、10.6 及 22.6%以下，以高分子量佔較 少部分，分別為 1.26%、2.43%及 2.69%。由此知隨著精油添加比例的增加，二、

三環之低分子量 PAHs 所佔比例越少，PAHs 有由低分子量轉變為中、高分子量 的趨勢。

3-3 芳香蠟燭組成成分對 VOCs 排放特徵之影響

3-3-1 芳香蠟燭之蠟類對 VOCs 之排放特徵之影響

針對精油添加比例均為 0%之石蠟及果凍蠟，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 9 種 VOCs 排放情形探討。結果顯示總 VOCs 平均濃度後者(185 μg/m

)高於前者(129μg/m

)。總 VOCs 排放係數亦是後者(10.4 μg/g)高於前者(7.38 μg/g)。可推知添加比例為 0%之果凍蠟其總 VOCs 及排放係數均高於 1.43 倍(表 4 與表 5)。一般而言，燃燒效率好壞，可由氧氣消耗量、CO

及 CO 生成量來判斷。

當氧氣消耗量多、CO

生成量多且 CO 生成量少時，表示燃燒效率佳；相反地當 氧氣消耗量少、CO

生成量少且 CO 生成量多時，表示燃燒效率差。本研究中石 蠟燃燒效率佳，乃因燃燒過程中氧氣消耗量(0.039 m

/g)大於果凍蠟(0.016 m

/g) 且 CO

生成量大於果凍蠟(分別為 2.55×10

m

/g 及 1.06×10

m

/g)，加上 CO 生 成量(分別為 5.67×10

m

/g 及 8.18×10

m

/g)低所致。

針對添加薰衣草精油比例 6%的石蠟與果凍蠟，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 9 種 VOCs 排放情形探討。結果顯示總 VOCs 平均濃度分別為 234μg/m

及 257μg/m

。總 VOCs 排放係數分別為 7.64 μg/g 及 35.1 μg/g。總 VOCs 平均濃度及總 VOCs 排放係數之結果與精油添加比例為 0%雷同，以果凍蠟為多 (表 6 與表 7)，推論其可能原因為石蠟燃燒效率佳，乃因燃燒過程中氧氣消耗量 多於果凍蠟(分別為 0.020 m

/g 及 0.017 m

/g)且 CO

生成量多於果凍蠟(分別為 1.29×10

m

/g 及 1.09×10

m

/g)，加上 CO 生成量低所致。

综合上述添加比例分別為 0%及 6%之石蠟與果凍蠟結果發現，不論精油添 加與否，總 VOCs 平均濃度及總 VOCs 排放係數均以果凍蠟大於石蠟，推究可能 原因為，果凍蠟本身之分子結構比石蠟複雜且分子量大(Pickus et al.,2001)，當燃 燒環境條件均相同時，VOCs 排放會受到芳香蠟燭本身成份結構影響。綜合上述 結果，加上與去年 PAHs 結果得知，VOCs 或 PAHs 排放均受到芳香蠟燭本身成 份結構及燃燒效率影響。

3-3-2 芳香蠟燭中精油添加種類對 VOCs 排放特徵之影響

針對三種不同精油種類(包括薰衣草、迷迭香及香茅芳香蠟燭)以添加比例為

6%之芳香蠟燭，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 9 種 VOCs 排放情形

探討。結果顯示這三種芳香蠟燭所排放的總 VOCs 平均濃度分別為： 234μg/m

、

96μg/m

及 208 μg/m

，以薰衣草芳香蠟燭為最高；個別之總 VOCs 排放係數(分

別為 7.64 μg/g、7.25 μg/g 及 3.58μg/g)也以薰衣草芳香蠟燭為最高(表 6，表 8-9)。

推論可能原因是薰衣草芳香蠟燭燃燒效率差，乃因燃燒過程中 CO

生成量 (1.29×10

m

/g)最少，加上 CO 生成量(3.95×10

m

/g)最高所致。另從表中發現 O

消耗量並不是最多，係因薰衣草精油中所含之氧機化合物於燃燒過程中釋放 出所致，所以無法從 O

消耗量來推估燃燒效率，但可從 CO

及 CO 生成量來推 估燃燒效率。除燃燒效率因素外，可能與精油本身 VOCs 含量有關。從精油物料 分析發現，薰衣草精油中所含 VOCs 量(16.5 μg/g)最多(表 10)，推估 VOCs 排放 有部份是來自精油本身貢獻所致。

3-3-3 芳香蠟燭中精油添加比例對 VOCs 排放特徵之影響

本研究將分別針對三種不同薰衣草精油添加比例(0%、6%及 12%)之芳香蠟 燭，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75%下，進行 9 種 VOCs 排放特徵探討。結果 顯示這三種芳香蠟燭所排放的總 VOCs 平均濃度分別為 129 μg/m

、234 μg/m

及 702 μg/m

，以添加 12%薰衣草芳香蠟燭為最高。總 VOCs 排放係數亦以添加 12%

薰衣草芳香蠟燭(52.1μg/g)為最高(表 11)。就 VOCs 排放濃度與排放係數推論可 能是來自精油本身 VOCs 之貢獻。

3-4 芳香蠟燭組成成分及環境條件對奈米微粒排放特徵之影響

3-4-1 奈米微粒粒徑分布特徵

如圖 13 至圖 15 所示，精油添加比例分別為 0 %、3 %及 9 %之芳香蠟燭在 不同 ACH 下所產生之奈米微粒 CMD 均為 10.7 nm，而相同成份之蠟燭其 σ

隨 著 ACH 上升會有下降之趨勢(從 1.45 降至 1.42 再降至 1.40)。由於蠟燭在燃燒時 會將液態的蠟油氣化，形成蠟蒸氣，當有足夠的溫度(達到燃點)，蠟燭便能穩定 持續燃燒，由於 CMD 均為 10.7 nm，因其產生之奈米微粒主要為核凝結粒徑 (nucleation mode)，亦即經燃燒所產生之初始粒徑(primary particles)，此與 Zai et al., 2006 的研究有一致性的結果，亦即蠟燭在穩定燃燒下所產生的微粒大部分在 100 nm 以下，且呈現對數常態單峰分布。此外，本研究發現 σ

隨著 ACH 上升而下 降，對應與其在高 ACH 下而有較大之個數濃度有關。

另在本研究中，若考慮熱擴散(thermal diffusion)所造成之熱膠結(thermal coagulation)對量測粒徑與濃度所造成的影響，可以下列二式表示之(Hinds, 1999)：

N

=N

/1-N

Kt………(4) d

=d

/(1＋N

Kt)

………(5)

式中，N

及 d

為初始粒徑燃燒所產生之微粒個數濃度與 CMD，N

及 d

則

為經過 t 時間之個數濃度與 CMD，t=1.75×10

sec，K 為 Fuchs 修正後膠結係數

(Fuchs corrected coagulation coefficient) ，K=9.5×10

cm

/s。若以三種不同精油

添加比例之芳香蠟燭，在三種不同空氣置換率下，其初始粒徑燃燒所產生之微粒

個數濃度與 CMD 之結果如表 12 所示。從不同精油添加比例來看，奈米微粒初

始粒徑燃燒之 CMD 隨 ACH 增加而變小，從 0 %精油添加比例來看，1.5 ACH(2.8 nm)>3.0 ACH(2.71 nm)>5.0 ACH(2.57 nm)；相同趨勢可見於 3.0 %精油添加，1.5 ACH(2.91nm)>3.0 ACH(2.73 nm)>5.0 ACH(2.70 nm)及 9.0 %精油添加，1.5 ACH(3.1nm)>3.0 ACH(3.07 nm)>5.0 ACH(2.85 nm)。反之，從不同空氣置換率來 看，奈米微粒初始粒徑燃燒之 CMD 隨精油添加比例增加而變大，從 1.5 ACH 來 看，0 % (2.80nm) >3 % (2.91 nm)>9 % (3.10)；相同趨勢可見於 3.0 ACH，0 % (2.71nm) >3 % (2.73 nm)>9 % (3.07 nm)及 5.0 ACH，0 % (2.57nm) >3 % (2.70 nm)>9 % (2.85 nm)。本測試因產生之奈米微粒受到暴露腔內停留時間的影響，初 始粒徑因受到膠結作用對產生奈米微粒粒徑分布變化有些微影響。

3-4-2 奈米微粒總個數濃度與總表面積濃度之分佈特徵

3-4-2-1 不同空氣置換率、相同薰衣草精油添加比例之推估結果 表 13 為不同精油添加比例芳香蠟燭，在不同 ACH 下燃燒生成之奈米微粒(粒 徑範圍 1-1000 nm)個數與表面積濃度之結果。就個數濃度而言，本研究腔體背景 之個數濃度均控制在 1.1×10

#/cm

內。研究結果顯示，0 %、3 %和 9 %精油比 例添加芳香蠟燭均隨著空氣置換率增加其個數濃度均有增加的趨勢。依 0 %精油 添加來看，個數濃度由高至低為 5.0 ACH(1.68×10

#/cm

)>3.0 ACH(1.45×10

#/cm

)>1.5 ACH(1.29×10

#/cm

)；相同趨勢亦可發現於 3 %精油添加，5.0 ACH(1.46×10

#/cm

)>3.0 ACH(1.41×10

#/cm

)>1.5 ACH(1.10×10

#/cm

)；及 9

% 精 油 添 加 ， 5.0 ACH(1.21×10

#/cm

)>3.0 ACH(0.83×10

#/cm

)>1.5 ACH(0.78×10

#/cm

)。根據上述結果推論，可能是芳香蠟燭在較高的空氣置換率 下燃燒，因燃燒焰心溫度較高(如表 14)而有較好之燃燒效率，與產生較多之初始 微粒有關。

表 13 亦可發現總表面積濃度之結果和總個數濃度有一致性的趨勢。從 0 % 精油添加來看，表面積濃度由高至低為 5.0 ACH(1.90×10

μm

/cm

)>3.0ACH (1.67×10

μm

/cm

)>1.5ACH (1.53×10

μm

/cm

)，相同趨勢亦可發現於 3 %精油添 加 5.0 ACH (1.64×10

μm

/cm

)>3.0ACH (1.44×10

μm

/cm

)>1.5ACH (1.38×10

μm

/cm

) ； 及 9% 精 油 添 加 5.0ACH(1.51×10

μm

/cm

)>3.0ACH (1.04×10

μm

/cm

)>1.5 ACH (1.02×10

μm

/cm

)。

3-4-2-2 相同空氣置換率、不同薰衣草精油添加比例之推估結果 表 13 亦可發現，不同精油添加比例芳香蠟燭在相同 ACH 燃燒時，其個數 濃度會隨精油添加比例增加而下降。從 1.5 ACH 來看，個數濃度由高至低為 0 % (1.29×10

#/cm

)>3 % (1.10×10

#/cm

)>9 % (0.78×10

#/cm

) 相同趨勢亦可發現 於 3 %精油添加 0 % (1.45×10

#/cm

)>3 % (1.41×10

#/cm

)>9 % (0.83×10

#/cm

)；及 5.0 ACH 來看，個數濃度由高至低為 0 % (1.68×10

#/cm

)>3 %

(1.46×10

#/cm

)>9 % (1.21×10

#/cm

)。前述結果亦可由芳香蠟燭的焰心溫度推 論之。從表 14 來看，在相同 ACH 下，焰心溫度會隨著精油添加比例增加而減 少，如 1.5 ACH 而言，焰心溫度由高至低為 0 % (608℃)>3 % (600℃)>9 % (597℃)；從 3.0 ACH 來看，焰心溫度由高至低為 0 % (630℃)>3 % (605℃)>9 % (595℃)；而從 5.0 ACH 來看，焰心溫度由高至低為 0 % (640℃)>3 % (610℃)>9 % (599℃)。由於蠟燭燃燒需要足夠的溫度燃燒蠟蒸氣，然而我們發現精油含量越 高，其焰心溫度較低，以至於蠟燭可能不是呈現完全燃燒，因此我們推論，芳香 蠟燭在不是完全燃燒的狀況下會產生碳黑微粒(soot particle)，而非奈米微粒，此 研究結果與 Anthony et al., 2005 研究有一致性的結果。其發現無添加香料的純石 蠟蠟燭在相同換氣條件燃燒下，其個數濃度比有添加精油的芳香蠟燭濃度高出兩 倍。

表 13 亦可發現總表面積濃度之結果和總個數濃度有一致性的趨勢。從 1.5 ACH 來看，表面積濃度由高至低為 0 % (1.53×10

μm

/cm

)>3 %

(1.38×10

μm

/cm

)>9 % (1.02×10

μm

/cm

)；若從 3.0 ACH 來看，個數濃度由高至 低為 0 % (1.67×10

μm

/cm

)>3 % (1.44×10

μm

/cm

)>9 % (1.04×10

μm

/cm

)；若 從 5.0 ACH 來審視之，其個數濃度由高至低為 0 % (1.90×10

μm

/cm

)>3 % (1.64×10

μm

/cm

)>9 % (1.51×10

μm

/cm

)。

3-4-3 奈米微粒沉積於呼吸道不同區域之個數濃度與表面積濃度推估 本研究進一步推估芳香蠟燭燃燒生成之奈米微粒沉降在不同呼吸道區域之 個數濃度如表 15 所示。可發現不同精油添加比例之芳香蠟燭在不同空氣置換率 下，皆以 A 區(約 53 %)>TB 區(26 %)>H 區(20 %)之趨勢呈現。若從表面積濃度 結果來看(如表 16)，不同精油添加比例之芳香蠟燭在不同空氣置換率下，其表面 積濃度則以 A 區(約 60 %)>TB 區(22 %)>H 區(17 %)之趨勢呈現。根據研究結果 可推論其原因為 CMD 落在 100 nm 以內，依據 ICRP 66 於不同肺部區位之沉積 率來看，粒徑小於 100 nm 之微粒會以擴散機制沉降於 A 區比例為最高(約 50

%)。本研究可以利用 MEAD 之量測結果得到合理肺部沉積比例之推估，因此藉 由 MEAD 量測，即可同時瞭解肺部三個區域微粒之沉積情形，以提供進行暴露 評估時更多之參考。而使用不同暴露濃度量測尺度(exposure metric)亦會造成呼吸 道不同區位會有不同比例之沉降。

3-4-4 奈米微粒之排放率與排放係數

研究進一步探討不同空氣置換率與精油組成對芳香蠟燭燃燒後的排放率與

排放係數影響，以做為不同實場條件的芳香蠟燭燃燒後之微粒暴露評估。表 17

顯示不同精油比例的芳香蠟燭，在不同換氣效率的燃燒下，蠟燭的消耗率與排放

係數和空氣置換率的關係。可發現 0 % 精油含量的芳香蠟燭在 1.5、3.0 和 5.0

ACH 三種空氣置換率的燃燒條件下，排放係數由低至高依序為 5.22×10

#/g、

8.31×10

#/g 和 2.13×10

#/g；在 3 %精油含量，排放係數分別為 8.22×10

#/g、

1.38×10

#/g 和 2.11×10

#/g；而在 9 %精油含量時，排放係數分別為 2.59×10

#/g、

6.62×10

#/g 和 1.13×10

#/g，其結果均反映蠟燭的排放係數均隨著換氣效率的提 升而增加。前述結果應與 ACH 愈高所產生之個數濃度有關。唯本研究亦發現同 一空氣置換率下，不同精油組成的消耗率時，卻發現蠟燭的消耗率並不會因精油 組成的改變而呈現一致性的趨勢。

由於溫度、氧氣和蠟燭成分組成均為影響蠟燭燃燒的主要因素，因此實驗進 一步量測不同空氣置換率下的溫度與氧氣濃度，實驗結果顯示焰心溫度在不同空 氣置換率之間並無明顯差異，有添加精油和沒有添加精油之芳香蠟燭，其氧氣濃 度均無明顯差異(氧氣濃度範圍在 18±0.5 %內)，因此推測氧氣濃度不會因空氣置 換率的改變而有所影響，顯示此兩因素並不會影響蠟燭在不同空氣置換率燃燒下 的排放係數。且表 17 顯示不同精油組成在同一空氣置換率的燃燒條件下，排放 係數未隨著精油組成的改變而呈現一致性的趨勢。綜合上述實驗結果，顯示溫 度、氧氣濃度與蠟燭成分組成均不是造成排放係數改變得潛在因素，因此造成不 同空氣置換率下的排放係數改變的因素，有待未來研究的進一步探討。

3-4-5 奈米微粒暴露之終生平均每日暴露劑量推估

本研究依研究可發現之奈米微粒個數濃度依據ICRP 66肺部沉積率模式進行 吸入途徑之暴露劑量估算。在本研究我們依標準男性勞工(reference worker)之呼 吸型態計算在不同精油組成及不同空氣置換率下其奈米微粒呼吸道不同區域之 個數及表面積暴露之終生每日平均暴露劑量(LADD)結果如表18。芳香蠟燭之個 數濃度LADD如表19所示。本研究計算時之假設為：

(1) 呼吸型態(Breathing type)：nose only

(2) 功能肺餘容量(Functional lung residual capacity)：3301 mL (3) 呼吸頻率(Breathing rate)：20 breath/min

(4) 空氣置換率(Ventilation rate)：1.5 m

/h

(5) 活動程度(Activity level)：light exercise (一天工作8小時，有5.5小時(69 %)為 輕運動，2.5小時為靜態坐姿(31 %))

LADD 運算之公式如下:

LADD：終生每日平均暴露劑量(#/kg/day) C

：暴露奈米微粒總個數濃度(#/cm

)

IR：每日呼吸量(Nm

/day) (假設 12 m

/day for reference worker=1.5 m

/hr×8 h/day) AF： 吸 入 途 徑 之 危 害 性 化 學 物 質 吸 收 分 率 (%)(假 設 100 %吸 收 ) BW： 人 體 平 均 體 重 (kg)(假 設 70.6 kg)

C

IR AF ED LADD=

BW AT

  

ED： 人 體 平 均 暴 露 時 間 (假 設 工 作 時 數 8 h/day， 256 days/year， 共 30 years)

AT： 人 體 平 均 壽 命 (假 設 73.5 year)

本研究之勞工之暴露假設為：(1)每場所每次使用一根芳香蠟燭；(2)暴露對

象為芳療業者；(3)工作時間一天 8 小時，連續工作 30 年。從表 19 可發現，在

不同空氣置換率下，吸入奈米微粒之終生每日暴露劑量會隨著空氣置換率增加而

增加，顯示芳香蠟燭在穩定燃燒下反而會暴露較多的奈米微粒。此外，本研究進

一步比較過去文獻之 LADD，在不同職場環境下的奈米微粒暴露其結果如表 20

所示，從表中我們可看出芳療業者之奈米微粒 LADD 較其他職場之奈米微粒暴

露來得高，顯示其暴露風險有其考量之必要性，因此對於未來芳香蠟燭逸散之奈

米微粒暴露其毒理特性，有待進一步之研究。有鑑於增加 ACH 會導致 LADD 之

上升，故減少暴露時間與蠟燭使用量為減少暴露之有效策略。

四、結論

1. 相同薰衣草精油添加比例之石蠟與果凍蠟，在 0.5 ACH 及 RH=75％下，果凍 蠟之總 PAHs 平均濃度及總 PAHs 排放係數分別高出石蠟 0.5 及 2.5 倍。

2. 不同精油種類（薰衣草、迷迭香及香茅精油），相同精油添加比例之石蠟，在 0.5 ACH 及 RH=75％下，個別總 PAHs 平均濃度為：薰衣草精油 2779ng/m

、 迷迭香精油 2032 ng/m

及香茅 1401 ng/m

，以薰衣草精油為最高，排放係數 亦以薰衣草精油為最高。

3. 不同精油添加比例（0％、6％及 12％），相同精油種類之石蠟，在 0.5 ACH 及 RH=75％下，隨著精油添加比例增加，總 PAHs 平均濃度也增加（12％＞6

％＞0％）。但排放係數卻以相反，推究原因可能是受到芳香蠟燭消耗量影響。

4. 相同精油添加比例下，總 VOCs 平均濃度及總 VOCs 排放係數之結果，以果 凍蠟之 VOC 排放居多，推論其可能原因為石蠟燃燒效率佳，乃因燃燒過程 中氧氣消耗量多於果凍蠟且 CO

生成量多於果凍蠟，加上 CO 生成量低所致。

5. 不同精油種類、相同蠟種及精油添加比例之芳香蠟燭，在相同環境條件下，

其 VOCs 排放與個別之總 VOCs 排放係數，均以薰衣草芳香蠟燭為最高。

6. 不同精油添加比例(0%，6%及 12%)、相同蠟種及精油種類之芳香蠟燭，在相 同環境條件下，其 VOCs 與總 VOCs 排放係數均以添加 12%薰衣草芳香蠟燭 為最高，就上述綜合推論可能來自精油本身 VOCs 之貢獻。

7. 全部測試之芳香蠟燭在不同 ACH 下所產生之奈米微粒 CMD 均為 10.7 nm，

而相同成份之蠟燭其 σ

隨著 ACH 上升會有下降之趨勢。

8. 各種芳香蠟燭在不同 ACH 下，隨著 ACH 增加其個數濃度均有增加的趨勢。

此外，總表面積濃度與總個數濃度亦有相同的趨勢。隨著 ACH 增加，蠟燭 焰心溫度也較高。

9. 不同精油添加比例芳香蠟燭在相同 ACH 燃燒時，其個數濃度會隨精油添加 比例增加而下降。此外，其總表面積濃度之結果和總個數濃度亦有一致性的 趨勢。其推測原因為焰心溫度影響燃燒效率。

10. 芳香蠟燭燃燒生成之奈米微粒沉降在不同呼吸道區域之個數濃度，在不同精 油添加比例之芳香蠟燭在不同空氣置換率下，皆呈 A 區>TB 區>H 區之趨勢。

從表面積濃度結果來看，亦呈相同趨勢。

11. 在不同 ACH 下，吸入奈米微粒之 LADD 會隨著 ACH 增加而增加。

12. 芳療業者之奈米微粒 LADD 較其他職場之奈米微粒暴露來得高，顯示其暴露

風險有其考量之必要性。

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30 cm

20 cm 15 cm

50 cm

30 cm

25 cm

20 cm 50 cm

50 cm

40 cm

m 20 c

20 cm

多孔板孔徑1 cm，共25×25個孔洞

15 cm15 cm10 cm10 cm

15 cm 10 cm 10 cm 15 cm

Cassetes Air sampling

pump

第二部分第五部分

尾氣風速量測

第四部份第三部分

CO, CO2, O2監測

孔 口 流 量 計

採集 PAHs

第一部分 XAD-2 乾燥劑

活性碳 乾燥劑 HEPA 空氣儲

存桶 空壓機

圖 1 暴露腔示意圖

0 25 50 75 100

0.001 0.01 0.1 1

Diameter D_p, m

Deposition, %

Tracheobronchial Deposition (TB) Alveolar Deposition (A)

Head Airway deposition(H)

圖 2 奈米微粒在頭區(H)、氣管與支氣管區(TB)及肺泡區(A)之沉積曲線圖

2D Graph 5

時間 (min)

0 50 100 150 200 250 300 350

RH(%)

0 20 40 60 80 100

RH=60%

RH=75%

RH=90%

圖 3 暴露腔在 0.5 ACH 情形下相對濕度穩定性結果

時間(min)

0 100 200 300

換氣率 (ACH)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0.5 ACH 1.0 ACH 2.0 ACH

圖 4 暴露腔在相對濕度 75％情形下換氣率穩定性結果

0 50 100 150 200 250 300

Total Gaseous PAHs Total Particle-bound PAHs Toal-PAHs

0%薰衣草 精油之石蠟

0%薰衣草 精油之果凍蠟

排放係數 (ng/g)

圖 5 0％薰衣草精油之石蠟及果凍蠟，在環境條件 0.5 ACH 及 RH=75％下，其 個別之氣、固相及總 PAHs 排放係數

%

0 20 40 60 80 100

LM-PAHs MM-PAHs HM-PAHs

0%薰衣草 精油之石蠟

0%薰衣草 精油之果凍蠟

圖 6 0％薰衣草精油之石蠟及果凍蠟，在環境條件 0.5 ACH RH 及 RH=75％ 下，低中、

高分子量 PAHs 佔總 PAHs 之百分比