111 地方特考三等 環境檢驗 空氣污染物檢驗與噪音測定 考古題詳解

核心觀念

本題考 PM₂.₅ 採樣器的各部件及空氣通過採樣器的順序。PM₂.₅ 指空氣動力學直徑小於或等於 $2.5\,\mu\text{m}$ 的懸浮微粒；採樣器先以粒徑選擇裝置排除較大的粒子，再以濾紙收集通過的細懸浮微粒。

解題方法：依氣流方向辨認部件

依圖示由上而下、由進氣端至抽氣端判讀：

• A－採樣入口／PM₂.₅ 粒徑選擇器（切割器）：吸入環境空氣，利用慣性、撞擊或其他粒徑分離原理，去除較粗粒子，使符合 PM₂.₅ 粒徑範圍的微粒進入採樣器。
• B－濾紙匣（濾紙組件）：承載預先秤重的濾紙，捕集通過粒徑選擇器的 PM₂.₅。採樣後再秤重，依濾紙增重計算收集到的微粒質量。
• C－流量計／流量控制裝置：監測並調整採樣流量，使採樣期間維持規定流量；流量與採樣時間用來計算採樣空氣體積。

核心觀念

本題測驗大氣中揮發性有機物（Volatile Organic Compounds, VOCs）的採樣技術、物理化學原理與樣品前處理機制。

大氣 VOCs 具備飽和蒸氣壓高、沸點低（一般介於 $50^\circ\text{C} \sim 260^\circ\text{C}$）、在大氣中濃度極低（通常介於 $\text{ppbv} \sim \text{pptv}$ 等級）及化學活性各異等特性。依據考題命題當年（民國 111 年）行政院環境保護署（現已改制為環境部）公告之環境檢驗標準方法與美國 EPA 空氣毒性監測指引（Compendium of Methods for the Determination of Toxic Organic Compounds in Ambient Air）：

1. 全量採樣（Whole Air Sampling）：樣品氣體在不改變組成與濃度的情況下直接收集，代表方法為不銹鋼真空採樣筒法（依據 NIEA A715）與採樣袋法（依據 NIEA A726）。
2. 濃縮富集採樣（Enrichment / Concentration Sampling）：利用吸附或相轉變機制自大量空氣中濃縮待測物，代表方法為固體吸附管主動採樣法（依據 NIEA A723）及被動式擴散採樣法（或環境監測中之低溫冷凍捕集法）。

解題方法

本題為標準申論題，切入架構應掌握「分類層次清晰」、「四法名稱標準明確」、「原理機制具備物理化學模型」、「分析後續連結」四大關鍵。

解題時將大氣 VOC 採樣歸納為公認的四大標準方法：

1. 不銹鋼真空採樣筒法（Canister Sampling）
2. 採樣袋法（Sampling Bag Method）
3. 固體吸附管主動採樣法（Solid Sorbent Tube Active Sampling）
4. 被動式擴散採樣法（Passive / Diffusive Sampling）（並於補充說明納入與其原理對應之低溫冷凍捕集法）。

針對每一方法，依序說明：定義與採樣機制、物理化學原理、樣品後續脫附／分析方式，並點出其適用範圍與限制。

選項分析（申論題架構解析）

本題為專業申論題，評分標準在於能否精準闡釋各方法的「物理驅動機制」與「捕集熱力學原理」：

解題技巧

1. 原理分類記憶法則：

• 採樣筒、採樣袋 $\rightarrow$ 全量氣體採樣（Whole Air）：依靠壓力差驅動，不經介質篩選直接取樣。
• 吸附管、被動採樣器 $\rightarrow$ 吸附濃縮採樣（Concentration）：依靠多孔性介質的吸附等溫線平衡與擴散驅動。

2. 必背物理定律與關鍵字：

• 被動採樣必寫：菲克第一擴散定律（Fick's First Law） $J = -D \frac{dC}{dx}$。
• 吸附管採樣必寫：破出體積（Breakthrough Volume, BTV）、熱脫附（TD）。
• 採樣筒必寫：矽烷化鈍化（Silanized / SUMMA）、負壓限流（Critical Orifice）。
• 採樣袋必寫：肺式採樣箱（Lung Sampler）、滲透與壁效應。

【答案】

大氣中揮發性有機氣體（VOCs）之四種主要採樣方法及其原理說明如下：

一、不銹鋼真空採樣筒法（Canister Sampling Method）

1. 方法說明： 使用內部經高純度電解研磨並經矽烷化處理（如 SilcoCan）或具鎳鉻氧化層惰性鈍化（SUMMA 處理）之不銹鋼真空容器。

核心觀念

本題評量固定污染源排氣採樣之核心基石——「等速抽引」（Isokinetic Sampling） 理論。 以命題當年（民國 111 年）法規與環境檢驗標準為準，依行政院環境保護署（現改制為環境部，檢驗業務由國家環境研究院掌理）公告之「排放管道中粒狀污染物採樣方法（NIEA A101.75C）」，粒狀污染物採樣必須符合等速抽引準則。

1. 核心定義：採樣嘴入口處之氣體抽引速度（$V_n$）必須等於採樣點之煙道廢氣流速（$V_s$），且採樣嘴開口軸線須與氣流方向平行。
2. 等速吸引比率（Isokinetic Ratio, $I$）： $I = \frac{V_n}{V_s} \times 100\%$ 法規品管規範要求整個採樣過程中，$I$ 必須維持在 $90\% \le I \le 110\%$（即 $100\% \pm 10\%$）範圍內，該次採樣數據方具法律效力與代表性。
3. 物理機制（顆粒慣性效應）：煙道氣體（連續介質）與粒狀物（分散相）在採樣嘴前端具有不同之流體力學行為。粒狀物具備質量與動量，其運動受慣性主導（通常以史托克數 $\mathrm{Stk} = \frac{\rho_p d_p^2 V_s}{18 \mu D_n}$ 表徵）；當氣流流線發生彎曲時，較大粒徑之粒狀物因慣性作用無法順應流線轉折，導致粒徑篩選與濃度偏差。

解題方法

本題為典型之「原理機制說明型」申論題，答題架構應具備流體力學與採樣實務之因果邏輯：

1. 第 (一) 子題：

• 先由「流線行為」切入，定義 $V_n = V_s$ 時氣流呈平行等速進入，流線不發散亦不收縮。
• 闡明慣性分離效應在 $V_n = V_s$ 時完全被消除。
• 目的層面著重於樣品之「代表性」（微粒質量濃度與粒徑分佈之真實反映），作為法規排放標準符合性評估的基礎。

2. 第 (二) 與第 (三) 子題：

• 統一採用「流線彎曲方向 $\rightarrow$ 粗細顆粒慣性反應 $\rightarrow$ 採得微粒質量與抽氣體積之消長 $\rightarrow$ 最終濃度偏差判定」之四階段因果推導，論證為何「抽速過大導致負偏差（偏低）」而「抽速過小導致正偏差（偏高）」。

解題技巧

1. 快速記憶口訣：「快則偏低、慢則偏高」

• 抽氣速度（$V_n$）與測定濃度結果（$C$）呈現「反向關係」。

2. 常見陷阱與觀念釐清：

• 直覺陷阱：許多考生誤以為「抽氣速度快 $\rightarrow$ 吸力大 $\rightarrow$ 測得濃度高」，這混淆了「捕集速率」與「單位體積質量濃度」的定義。抽氣速度快會吸入更多「氣體體積」，但因流線收縮，大顆粒直接衝出抽引區，導致顆粒增幅小於氣體體積增幅，濃度計算值（$C = \frac{M}{V}$）反而偏低。
• 粒徑效應差別：極細微粒（$d_p < 0.5\,\mu\mathrm{m}$，慣性極小）完全隨流線運動，其分佈受抽速偏離的影響極小；

核心觀念

本題旨在評量考生對我國噪音防制法制基石——《噪音管制法》及其授權命令《噪音管制區劃定作業準則》之熟悉度（本題以命題當年民國 111 年法規為準；現行法規主管機關已由行政院環境保護署改制為環境部，條文實質架構維持不變）。

核心法源依據：

1. 《噪音管制法》第 7 條第 1 項：直轄市、縣（市）主管機關應視轄區內土地使用現況、環境安寧狀況，並參酌都市計畫土地使用分區、非都市土地使用地類別，劃定各類噪音管制區。
2. 《噪音管制區劃定作業準則》第 2 條及第 3 條：明定劃定考量因素及第一類至第四類噪音管制區之劃定原則與土地使用特性。

解題方法

本題為標準的公職考試法規與制度題，答題策略應直切法律規範並架構化呈現：

1. 子題 (一) 劃分考量因素（5 分）：以《噪音管制法》第 7 條及《噪音管制區劃定作業準則》第 2 條為骨幹，精準提煉法定四大核心考量要件，條列陳述，穩拿滿分。
2. 子題 (二) 四類噪音管制區之土地使用特性（20 分）：配分高達 20 分，每類平均佔 5 分。答題切忌僅寫一句法定定義，應依「管制目標（安寧敏感度）」、「法定定義」及「對應之都市計畫／非都市土地實質使用分區類別」三層次完整展開，方能展現答題深度。

選項分析

本題為申論試題，非選擇題，故無選項。命題評分重點分析如下：

• 子題 (一) 評分關鍵：閱卷重點在於是否精確寫出「都市計畫土地使用分區」、「非都市土地使用地類別」、「土地使用現況」、「環境安寧（音量）現況」四大法定要件。
• 子題 (二) 評分關鍵：四類管制區必須能準確對應至實際土地使用特性與敏感受體。若僅回答「第一類亟需安寧、第二類住宅為主」而未延伸列舉對應分區（如風景區、純住宅區、商業區、工業區等），通常僅能獲得一半分數。

解題技巧

1. 考量因素記憶口訣： 「都、非、現、安」

• 都：都市計畫土地使用分區。
• 非：非都市土地使用地類別。
• 現：土地使用現況。
• 安：環境安寧（音量）現況。

2. 四類分區層級聯想： 依「受體敏感度」由高至低遞減、環境容許噪音容忍度由低至高遞增：

• 第一類（極度敏感）：環境亟需安寧 $\rightarrow$ 國家公園、風景區、保護區、療養院所。
• 第二類（高敏感）：以居住生活為主 $\rightarrow$ 純住宅區、文教區、行政區。
• 第三類（中敏感）：住商混合／商業管理 $\rightarrow$ 商業區、業務區、輕度混雜區。
• 第四類（低敏感／主要音源）：重度生產與交通 $\rightarrow$ 工業區、丁種建築用地、主要交通用地。

3. 常見陷阱：

• 切勿在土地使用特性中花費大量時間默寫各時段的分貝值（$L_{\text{eq}}$）。題目問的是「土地使用特性」，默寫數值易背錯且偏離題意。
• 臺灣土地採都市土地與非都市土地雙軌管制，論述時務必兼顧非都市土地（如各類建築用地），切勿僅寫都市計畫分區。

【答案】