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機車尾氣粒狀物PM2.5採樣與量測方法開發

為了解決最便宜100cc機車的問題，作者賴吉盈 這樣論述：

機車因具有高機動性、便捷、停車方便與經濟等特性，成為台灣地區最普遍之個人交通工具。然而目前台灣針對使用中機動車輛的檢驗項目以氣狀污染物為主，對於粒狀污染物則缺少質量濃度與粒徑分佈的相關分析資料。再加上許多的研究證據顯示，粒徑是影響環境及健康效應的重要參數。因此本研究的目的在於發展一套針對使用中機車引擎尾氣排放粒狀污染物的即時採樣與量測系統。 實驗系統包含採樣緩衝腔、除溼裝置、旋風分徑器與量測儀器等單元。首先利用125 c.c.四行程機車引擎搭配動力計系統產生穩定的尾氣排放條件，以建立尾氣中含水率、粒狀物粒徑濃度分布以及微粒之吸濕成長特性，作為分徑與除水裝置設計之依據。此外也評估採樣濾紙

在不同溫溼度、溫度與調理時間所可能造成採樣偏差的可能原因。另外也測試VPR (Volatile Particle Remover)在350℃的溫度下造成微粒粒徑分布與沉積損失的影響程度，並分析其搭配不同型式CPC (Condensation Particle Counter)所可能產生的量測偏差。之後再以實車於惰轉狀態下，驗證與比較不同儀器組合的性能與限制。在除水裝置方面，有稀釋法、Nafion dryer以及冰浴法；分徑裝置則以旋風分徑器為主；而微粒濃度量測方面則有濾紙秤重、SMPS、FMPS、CPC、microAeth AE51黑碳計等方法。 量測結果顯示實驗室之四行程機車引擎動力計

排氣中的粒狀污染物，在惰轉狀態(1750 rpm)之下CMD約為0.05μm、GSD為1.8、數目濃度則為104~105 #/cm3。而從微粒之吸濕成長特性曲線可知尾氣中的微粒即使在相對濕度約100%的環境之下，並沒有顯著的吸濕現象。因此，稀釋的目的主要是為系統降溫，並避免凝結水於採樣管路中形成。樣本氣體含水量在惰轉狀態下約為7%，並隨著轉速增加而增加。當轉速最高為4000rpm時，約為10%。因此，當稀釋器的稀釋倍率約10倍應可避免凝結水的產生，不過其缺點是會降低粒狀物的濃度。雖然平板型Nafion dryer可以克服微粒濃度被稀釋的問題，而且在3 L/min之下對於次微米微粒(30~750

nm)無微粒穿透損失且能達到除水效果，但高價格造成其在實務上的可行性降低。而冰浴法操作簡單又能達到除溼與降溫效果。在旋風分徑器實驗結果證實我們可以針對不同的流率需求設計出符合美國EPA PM2.5效能曲線的分徑器。根據實驗發現鐵氟龍濾紙適合應用在車輛排氣採樣，且採樣溫度越高，濾紙受到半揮發性物質的影響也就越少，所需要的調理時間也就越短。目前歐盟使用的VPR應用在車輛採樣時可能會受到CPC的偵測下限影響而造成誤差，由於加熱會使得大部分微粒粒徑低於23 nm，因此歐盟SPN方法將低估實際引擎排氣中粒狀汙染物的濃度，但是否會提升量測的穩定度則需要進一步檢視。另外在實車測試結果顯示，化油器引擎，其質

量濃度與數目濃度分別為730.4 μg/m3、2x106 #/cm3；電子噴射引擎其質量濃度與數目濃度分別為139.6 μg/m3、1.2x105 #/cm3。由於機車排氣的微粒中含大部分的揮發性物質，造成濾紙上所收集之微粒重量會隨著調理時間的增加而減少。因此，本研究所用之濾紙樣本重量統一以調理後第24小時值為代表。進一步FMPS、SMPS、AE51、CPC與機車尾氣濾紙質量濃度分別比對結果發現，以AE51黑碳計所獲得之相關性最好(r = 0.950)，其次分別為FMPS(r =0.828)、SMPS(r=0.761)、CPC(r=0.798)，再加上AE51具有使用方便、價格便宜以及相關性高

等優點，並且其讀值不會顯著地受到揮發性物質的干擾，因此使用AE51黑碳計進行機車尾氣粒狀物檢測之攔檢作業是目前最可行的作法。