離子通道孔徑對熱脫附GC-MS連續監測空氣有害物質穩定性的影響

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：32

、訪客IP：52.14.164.100

姓名

曾美惠(Mei-Hui Tseng) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學學系

論文名稱

離子通道孔徑對熱脫附GC-MS連續監測空氣有害物質穩定性的影響
(Effect of Aperture Size of the Drawout Plate in GC-MS on the Measurement Stability of Hazardous Air Pollutants)

相關論文

★ 有機薄膜電晶體材料三併環及四併環噻吩衍生物之開發	★ 以逆吹式氣相層析法分析氣體成份
★ 氣相層析法應用於工業排放連續監測	★ 煙道氣揮發性有機化合物連續監測方法開發
★ 自製新型除水及熱脫附濃縮裝置用於GC/MS線上分析揮發性有機汙染物	★ 觸媒式非甲烷總碳氫分析儀開發與驗證
★ 自製除水器及熱脫附儀用於線上GC/MS/FID揮發性有機污染物之分析	★ 大氣及水樣中揮發性有機氣體自動化分析技術之建立及應用
★ VOC前濃縮與預警系統之建構	★ 建立自動化甲烷連續量測系統與其在指示大氣輻射冷卻之應用
★ 臭氧前趨物連續監測與臭氧生成之光化學探討	★ 以近連續方式量測空氣中甲烷與異戊二烯及其生成之季節性探討
★ 自行架設光化學測站與商業化儀器平行比對及所得資料初步分析	★ 近地表臭氧前驅物分析之前濃縮技術改良
★ 自動化噴霧捕捉分析系統之建立與研究	★ 大體積固相微萃取水中揮發性有機污染物

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

至系統瀏覽論文 (2025-1-1以後開放)

摘要(中)

美國聯邦政府頒布《清淨空氣法》〈Clean Air Act Amendments, CAAA〉定義有害空氣污染物 (Hazardous Air Pollutants, HAPs) 為任何會引起或導致死亡率增加，嚴重危害人體健康且不可恢復，或造成喪失能力但能恢復之徵狀，如：生殖影響、生理缺陷、不良環境及生態影響等。
國際間現行HAPs分析方法是U.S. EPA TO-15，臺灣環保署也開發了類似方法NIEA A715.16B。使用採樣罐收集空氣樣品，再帶回實驗室以氣相層析質譜儀進行分析。空氣污染防制法第二章第15條規定，應每六天於特殊性工業區佈點採樣，每次連續採集24小時，但此方式所獲得之數據並無法反映工廠排放HAPs的瞬間變化，容易錯失高值事件。
為了調查工業區中HAPs，於正確的時機捕捉高值，本研究開發一套熱脫附氣相層析質譜儀在線分析方法，能獲得86種揮發性有機化合物每小時連續濃度值。經品保品管測試，檢量線%RSD為1.2~19.3%，R2為0.995~1.000，準確度回收率為89.3~114.8%，精確度%RSD為0.6~19.1%，方法偵測極限為0.04~1.41 ppb。
依據過去經驗，儀器24小時不停地運轉，離子源在3天的時間內感度下降高達80%。為了改善離子源快速耗損的問題，本研究發現離子源拉出極板 (Drawout plate) 孔徑尺寸將會影響質譜儀的穩定性及數據的品質。在離子源中Drawout plate為一離子通道，本身不帶電，會與Repeller形成電壓差，將離子拉引至後端。
2020年8月至11月於北部某工業區進行實場監測，相較於3和9 mm Drawout plate，使用6 mm Drawout plate能延長離子源壽命，有效拉長監測時間，最長可達14天，查核回收率介於69.1~131.2%，減少維護保養的頻率，提高實場監測的數據有效率。
連續監測數據同時和Canister和PTR-MS進行平行比對，證實Online TD-GC-MS對於微量空氣污染物的判定非常準確，具備足夠的靈敏度，以每小時逐時數據捕捉高值，是一種可靠的線上連續方法監測環境中HAPs。

摘要(英)

The 1990 Clean Air Act Amendments (CAAA) of the United States defines Hazardous air pollutants (HAPs), which are those known to cause cancer and other serious health impacts.
Currently the most pouplar analytical method for ambient volatile organic HAPs is U.S. EPA TO-15 worldwide. A similar method called NIEA A715.16B was also developed by Taiwan EPA. Both methods use surface treated stainless canisters to collect air samples, followed by gas chromatography mass spectrometry (GC/MS) analysis. According to Taiwan EPA regulations for special industrial areas, canister samples are collected every six days at specific locations. However, the dataset of such a poor temperal resolution cannot truly reflect the instantaneous changes in HAPs emissions from relevant industries.
In order to capture peak values of the target HAPs in industrial zones at the right moments for source investigation, this research developed an online thermal desorption (TD) coupled GC/MS method to obtain hourly concentrations of selected 86 HAPs at sub-ppb level.
From past experience, it is known that when the TD-GC/MS instrument runs constantly, the ion source could degrade rapidly by as much as 80% in sensitivity in 3 days. In order to cope with the problem, we found that the size of the drawout plate in the ion source affects the stability of MS and thus data quality over time. The drawplate is an ion channel gate which forms a voltage gradience with the repeller, guiding ions to the back end.
The field monitoring was carried out in an industrial area from August to November 2020. By comparing with two different sized drawout plates of 3 and 9 mm, the 6 mm drawout plate can effectively prolong the monitoring time period by extending the life of the ion source to up to 14 days and; hence, significantly reduces the downtime and improves the working efficiency of field monitoring.
The continuous monitoring data was compared in parallel with both canisters and PTR-MS. The online TD-GC-MS system is very accurate and sensitive in determining air pollutants at trace levels, and is able to capture high values with hourly resolution. It has been proven to be a credible on-line method to monitor ambient volatile organic HAPs.

關鍵字(中)

★ 離子源拉出極板
★ 有害空氣污染物
★ 線上質譜連續監測

關鍵字(英)

★ Drawout Plate
★ Hazardous Air Pollutants
★ In-Situ Online GC/MS

論文目次

摘要 i
Abstract iii
謝誌 v
目錄 vii
圖目錄 xi
表目錄 xv
一、前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究動機及目的 5
1-3 目標物種 6
二、文獻回顧與整理 9
2-1 國外有害空氣污染物管制概況 9
2-2 國內有害空氣污染物管制概況 13
2-3 揮發性有機化合物監測方法 19
2-3-1 離線分析方法 21
2-3-2 線上連續監測方法 27
三、實驗設計與原理 33
3-1 過去研究經驗 33
3-2 實驗規劃 35
3-3 前濃縮 36
3-3-1 物理吸附法 36
3-3-2 化學吸附法 37
3-4 除水方式 39
3-5 離子源 43
3-6 內標準品 44
四、分析方法的建立 45
4-1 連續監測系統 45
4-2 參數調整及優化 49
4-2-1 分流測試 49
4-2-2 內標體積 51
4-2-3 離子源拉出極板 55
4-3 檢量線建立 78
4-4 準確度及精密度 86
4-5 方法偵測極限 90
4-6 實場環境介紹 95
4-7 測站架設及流程 97
五、結果與討論 105
5-1 每日查核 105
5-1-1 標準品查核 105
5-1-2 氟氯碳化物 112
5-2 數據交叉比對 116
5-2-1 Canister 118
5-2-2 PTR-MS 120
5-3 監測數據 122
六、結論與未來展望 141
七、參考文獻 143

參考文獻

[1] U.S. Congress. (1963) Clean Air Act, U.S. Government Printing Office, Washington, DC.
[2] U.S. Congress. (1970) Clean Air Act Amendments of 1970, U.S. Government Printing Office, Washington, DC.
[3] U.S. Congress. (1990) Clean Air Act Amendments of 1990, U.S. Government Printing Office, Washington, DC.
[4] 行政院環境保護署環境檢驗所，揮發性有機物空氣污染管制及排放標準，2013。
[5] A. Kiendler-Scharr, J. Wildt, M. Dal Maso, T. Hohaus, E. Kleist, T.F. Mentel, R. Tillmann, R. Uerlings, U. Schurr, A.J.N. Wahner (2009) New particle formation in forests inhibited by isoprene emissions. Nature 461, 381-384.
[6] S.S. Anand, B. Philip, H. Mehendale (2014) Volatile Organic Compounds. Encyclopedia of Toxicology 967–970.
[7] S.J.T.o.G. Sillman (2003) Tropospheric ozone and photochemical smog. Treatise on Geochemistry 9, 407-431.
[8] E.a.F. Directorate (2015) Cleaner air for Scotland: the road to a healthier future. Environment and climate change
[9] U.S. EPA Health Effects of Ozone in the General Population. Ozone Pollution and Your Patients′ Health
[10] 行政院環境保護署，特殊性工業區緩衝地帶及空氣品質監測設施設置標準，2014。
[11] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中揮發性有機化合物檢測方法－不銹鋼採樣筒／氣相層析質譜儀法 (NIEA A715.15B)，2014。
[12] R. Kapp Jr (2014) Clean Air Act (CAA), US. Encyclopedia of Toxicology 976-978.
[13] 蔡俊鴻、張艮輝，有機性有害空氣污染物排放特性調查與管制策略研究-子計畫三：有機性有害空氣污染物影響暨管制策略評估研究，2003。
[14] U.S. EPA (1999) Toxic Organics - 15 (TO-15): Determination of Volatile Organic Compounds (VOCs) in Air Collected in Specially Prepared Canisters and Analyzed by Gas Chromatography–Mass Spectrometry (GC-MS).
[15] P.o.t.U. Kingdom (1990) Environmental Protection Act 1990.
[16] N.u.R. Bundesministerium für Umwelt (2002) Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft.
[17] 香港環境保護署，Toxic Air Pollutant Emissions Inventory from Stationary Sources in Hong Kong，1997。
[18] 日本環境省，大気汚染防止法，1996。
[19] S.P.C. Departmen (2000) Code of Practice on Pollution Control - 4.2 Air Pollution Control. .
[20] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣污染防制法，1975。
[21] 行政院環境保護署環境檢驗所，鋼鐵業集塵灰高溫冶煉設施戴奧辛管制及排放標準，2005。
[22] 行政院環境保護署環境檢驗所，中小型廢棄物焚化爐戴奧辛管制及排放標準，2005。
[23] 行政院環境保護署環境檢驗所，氯乙烯及聚氯乙烯製造業空氣污染物管制及排放標準，2017。
[24] 行政院環境保護署環境檢驗所，固定污染源有害空氣污染物排放標準，2021。
[25] U.S. EPA (1999) Toxic Organics - 14A (TO-14A): Compendium Method TO-14A Determination of Volatile Organic Compounds (VOCs) in Ambient Air Using Specially Prepared Canisters with Subsequent Analysis by Gas Chromatography.
[26] U.S. EPA (2019) Toxic Organics - 15A (TO-15A): Determination of Volatile Organic Compounds (VOCs) in Air Collected in Specially Prepared Canisters and Analyzed by Gas Chromatography–Mass Spectrometry (GC-MS).
[27] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中總揮發性有機化合物檢測方法－不銹鋼採樣筒／火焰離子化偵測法 (NIEA A732.10C)，2006。
[28] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中環氧氯丙烷、乙酸丁酯、丙烯酸乙酯及丙烯酸丁酯等揮發性有機物檢測方法－不銹鋼採樣筒／氣相層析質譜儀法 (NIEA A741.10B)，2014。
[29] U.S. EPA (1984) Toxic Organics - 1 (TO-1): Method for The Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Tenax® Adsorption and Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS).
[30] U.S. EPA (1984) Toxic Organics - 2 (TO-2): Method for The Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air by Carbon Molecular Sieve Adsorption and Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS).
[31] U.S. EPA (1999) Toxic Organics - 17 (TO-17): Compendium Method TO-17 Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling onto Sorbent Tubes.
[32] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中氣態有機溶劑檢驗方法—以活性碳吸附之氣相層析⁄火焰離子化偵測法 (NIEA A710.11C)，1992。
[33] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中揮發性含鹵素碳氫化合物檢驗方法－以Tenax-TA吸附劑採樣之氣相層析法 (NIEA A714.11C)，2011。
[34] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中氣態芳香烴化合物檢驗方法－以活性碳吸附之氣相層析⁄火焰離子化偵測法 (NIEA A719.11C)，1992。
[35] 行政院環境保護署環境檢驗所，周界空氣中N-甲基吡咯酮、乙二醇及異丁醇等揮發性有機物檢測方法－吸附管採樣／氣相層析質譜儀法 (NIEA A746.10B)，2015。
[36] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中氣態有機化合物檢測方法－採樣袋採樣/氣相層析火焰離子化偵測法 (NIEA A722.76B)，2019。
[37] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中C5-C10非極性氣態有機物檢測方法－採樣袋採樣／氣相層析質譜分析法 (NIEA A734.70B)，2007。
[38] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中環氧氯丙烷等氣態有機化合物檢測方法－採樣袋採樣／氣相層析火焰離子化偵測法 (NIEA A738.71B)，2019。
[39] U.S. EPA (1989) Toxic Organics - 14 (TO-14): Compendium Method TO-14 Determination of Volatile Organic Compounds (VOCs) in Ambient Air Using Specially Prepared Canisters with Subsequent Analysis by Gas Chromatography.
[40] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中氮氧化物自動檢測方法－氣體分析儀法 (NIEA A411.75C)，2016。
[41] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中二氧化硫自動檢測方法－非分散性紅外光法、紫外光法、螢光法 (NIEA A413.75C)，2016。
[42] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中二氧化碳自動檢測法－非分散性紅外光法 (NIEA A415.73A)，2016。
[43] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中氧自動檢測方法－氣體分析儀法 (NIEA A432.74C)，2016。
[44] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中總有機氣體檢測方法－火燄離子化分析儀 (NIEA A433.71C)，2000。
[45] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中總還原硫檢測方法－氣相層析／火焰光度偵測器法 (NIEA A439.70C)，1997。
[46] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中有機光化前驅物檢測方法－氣相層析/火焰離子化偵測法 (NIEA A505.12B)，2013。
[47] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中一氧化碳自動檢驗法－非分散性紅外光法 (NIEA A704.06C)，2020。
[48] 行政院環境保護署環境檢驗所，排放管道中總碳氫化合物及非甲烷總碳氫化合物含量自動檢測方法－線上火燄離子化偵測法 (NIEA A723.74B)，2020。
[49] 行政院環境保護署環境檢驗所，空氣中總碳氫化合物自動檢測方法 (NIEA A740.10C)，2019。
[50] 行政院環境保護署環境檢驗所 (2014) 排放管道中總碳氫化合物及非甲烷總碳氫化合物含量自動檢測方法－觸媒轉化法 (NIEA A758.70B).
[51] W. Lindinger, A.J.C.S.R. Jordan (1998) Proton-transfer-reaction mass spectrometry (PTR–MS): on-line monitoring of volatile organic compounds at pptv levels. Chemical Society Reviews 27, 347-375.
[52] 王美珠，碩士論文，針對工業排放之污染性有機氣態物質開發連續監測技術，化學學系，國立中央大學，2016。
[53] 朱晨瑄，碩士論文，以線上熱脫附氣相層析質譜法監測空氣中有害空氣污染物，化學學系，國立中央大學，2020。
[54] 王介亨、王家麟，環境中揮發性有機物質監測儀器，科儀新知第二十六卷第五期，2005。
[55] A. Maceira, L. Vallecillos, F. Borrull, R.M.J.S.o.t.t.e. Marcé (2017) New approach to resolve the humidity problem in VOC determination in outdoor air samples using solid adsorbent tubes followed by TD-GC–MS. Science of The Total Environment 599, 1718-1727.
[56] R. Simo, J.O. Grimalt, J.J.J.o.C.A. Albaiges (1993) Field sampling and analysis of volatile reduced sulphur compounds in air, water and wet sediments by cryogenic trapping and gas chromatography. Journal of Chromatography A 655, 301-307.
[57] Q. Gong, K.L.J.J.O.T.A. Demerjian, W.M. Association (1995) Hydrocarbon losses on a regenerated nation® dryer. Journal of the Air & Waste Management Association 45, 490-493.
[58] W.F. Burns, D.T. Tingey, R.C. Evans, E.H.J.J.o.C.A. Bates (1983) Problems with a Nafion® membrane dryer for drying chromatographic samples. Journal of Chromatography A 269, 1-9.
[59] Perma Pure, MD-Series Gas Dryers https://www.permapure.com/environmental-scientific/products/gas-sample-dryers/md-gas-dryers/ [30 Jun. 2021]
[60] 蘇源昌，碩士論文，內部標準在氣相層析質譜儀分析揮發性有機物的效能探討，化學學系，國立中央大學，2006。
[61] A.S. Henry (2019) Analysis of Semivolatile Organic Compounds in Drinking Water on the Agilent 8890 GC and 5977 GC/MSD with Extended Calibration Range. Application Note Environmental
[62] M. Giardina (2018) Analysis of Semivolatile Organic Compounds in Drinking Water on the Agilent Intuvo and 5977 With Extended Calibration Range. Application Brief
[63] C. Rattray, Which Source Configuration is Right for your Application? https://www.restek.com/en/chromablography/chromablography/which-source-configuration-is-right-for-your-application/ [30 Jun. 2021]
[64] Agilent Technologies (2019) Agilent 5977 Series MSD System Concepts Guide
[65] 行政院環境保護署環境檢驗所，環境檢驗檢量線製備及查核指引，2015。
[66] U.S. EPA, Chapter One of the SW-846 Compendium: Project Quality Assurance and Quality Control. https://www.epa.gov/hw-sw846/chapter-one-sw-846-compendium-project-quality-assurance-and-quality-control [30 Jun. 2021]
[67] D. World, Understanding Accuracy and Precision for MEMS Pressure Sensors https://www.designworldonline.com/understanding-accuracy-and-precision-for-mems-pressure-sensors/ [30 Jun. 2021]
[68] 行政院環境保護署環境檢驗所，環境檢驗方法偵測極限測定指引，2014。
[69] C. Volk, J. Elkins, D. Fahey, G. Dutton, J. Gilligan, M. Loewenstein, J. Podolske, K. Chan, M.J.J.o.G.R.A. Gunson (1997) Evaluation of source gas lifetimes from stratospheric observations. JGR : Atmospheres 102, 25543-25564.
[70] S.J.R.o.G. Solomon (1999) Stratospheric ozone depletion: A review of concepts and history. Reviews of Geophysics 37, 275-316.
[71] N.O.A. Administration, Long-term global trends of atmospheric trace gases https://gml.noaa.gov/hats/data.html [30 Jun. 2021]
[72] 行政院環境保護署環境檢驗所，聚氨基甲酸脂合成皮業揮發性有機物空氣污染管制及排放標準，2015。
[73] R.B. Pierce, T.D.A.J.J.o.G.R.A. Fairlie (1993) Chaotic advection in the stratosphere: Implications for the dispersal of chemically perturbed air from the polar vortex. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 98, 18589-18595.
[74] 工業技術研究院，固定污染源有害空氣污染物健康風險評估及防制技術講習會，2019。
[75] 梁氏金媛，碩士論文，熱脫附GC/MS技術應用於工業區之有機污染物監測，化學學系，國立中央大學，2020。

指導教授

王家麟(Jia-Lin Wang)

審核日期

2021-7-21

推文