109 高普考高考三級 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

本題評量考生對於環境檢驗標準方法中「儀器分析檢量線建立」之法規程序與實驗規範的熟悉度。本題以命題當年（民國 109 年）行政院環境保護署環境檢驗所公告之「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）為準。（註：現行法主管機關與公告單位已改制為「環境部國家環境研究院」）。

本檢測方法建立檢量線的核心法理與觀念包括：

1. 定量原理：利用氣相層析火焰離子化偵測器（GC-FID）對有機碳氫化合物所產生的電離訊號大小（波峰面積或波峰高度）與待測物注入質量（或濃度）成正比之線性關係進行定量。
2. 標準氣體選用與濃度跨度：通常使用高純度標準氣體（如丙烷標準氣體，或特定目標有機化合物），以零值空氣或高純度氮氣稀釋成至少 5 種不同濃度之檢量線標準氣體，濃度涵蓋預期排放管道樣品之濃度範圍。
3. 線性檢驗規範：檢量線回歸模式需符合環境檢驗品質管制要求，線性相關係數 $r$ 必須大於或等於 $0.995$（或判定係數 $R^2 \ge 0.990$）。

解題方法

本題為標準的檢測方法實務操作題，解題切入點應按檢驗流程之時序，依「標準氣體配製 $\rightarrow$ 儀器條件設定與穩定 $\rightarrow$ 進樣分析 $\rightarrow$ 數據作圖與迴歸 $\rightarrow$ 品質確認」之五大步驟完整展開：

步驟一：標準氣體之配製

1. 選用標準品：依待測目標物種類選定經確認濃度之標準氣體（若檢測總碳氫化合物，通常以丙烷作為校正基準；若測定特定有機物，則採用該特定待測物之認證標準氣體）。
2. 配製濃度梯度：以高純度零值氣體（如純氮氣或超純空氣）進行逐級稀釋，配製至少 5 種不同濃度（不含零點/空白）的標準氣體系列，其濃度範圍必須涵蓋樣品待測物之預估濃度。
3. 盛裝容器：配製稀釋後的標準氣體應存入乾淨且無吸附污染的氣體採樣袋（如聚四氟乙烯材質或 Tedlar 採樣袋）或剛性定量容器中，並註記配製時間。

步驟二：儀器條件設定與系統穩定

1. 設定 GC-FID 操作參數：依方法規範設定氣相層析儀之分離管柱升溫程序、注入口溫度、火焰離子化偵測器（FID）溫度，以及載流氣體（高純度氮氣或氦氣）、燃燒氣體（氫氣與純空氣）之流速配比。
2. 基線平衡：啟動儀器點火並走基線，確認系統基線平穩、無漂移及雜訊干擾。

步驟三：依序進樣分析

1. 進樣機制：使用固定體積之氣體取樣閥定量環（Gas Sampling Valve with Sample Loop）或經校正之氣密式注射針進行進樣。每次注入前，管路與定量環需以待測氣體充分沖洗沖刷。
2. 進樣順序：為避免殘留效應（Carry-over effect）造成交叉污染，標準氣體必須由低濃度至高濃度依序注入 GC-FID。
3. 數據擷取：記錄各濃度標準氣體中待測物之滯留時間（Retention Time, RT）與對應的波峰面積（Peak Area）或波峰高度。

步驟四：繪製檢量線與線性迴歸

1. 作圖設定：以標準氣體之濃度（或注入質量）為自變數（X 軸），以對應之訊號波峰面積或高度為應變數（Y 軸）。
2. 線性迴歸計算：進行最小平方法線性迴歸分析，求出檢量線方程式： $y = ax + b$ 其中 $y$ 為波峰面積或高度，$x$ 為待測物濃度，$a$ 為檢量線斜率（感應因子），$b$ 為截距。

核心觀念

NIEA A452.73B 以等速吸引採集排放管道中的無機酸：酸性微粒由鐵氟龍濾紙捕集，氣態無機酸由多孔金屬片採樣器捕集。採樣後以試劑水萃取，再以離子層析儀及導電度偵測器分析。

以下依命題當年（民國 109 年）公告方法作答。A452.73B 後續已修訂為 A452.74B，現行方法有變更；本題仍以 A452.73B 為準。

解題方法

作答依序交代「氣體流經順序與構造」、「各介質材質與規格」、「採樣前清洗、乾燥及檢查」，並說明濾紙與多孔金屬片各自捕集的污染物形態。

（一）多孔金屬片採樣器構造

採樣器由入口、鐵氟龍濾紙、採樣器本體、多孔金屬片及出口組成。排氣依等速條件進入採樣組合後，先通過濾紙，再流經多孔金屬片：

排氣流向 →
┌────────┬────────────┬────────────┬────────────┬────────┐
│採樣器入口│鐵氟龍濾紙 │採樣器本體 │多孔金屬片 │採樣器出口│
│ │捕集酸性微粒│鐵氟龍材質 │捕集氣態酸 │接抽氣管線│
└────────┴────────────┴────────────┴────────────┴────────┘

採樣器本體為鐵氟龍材質；多孔金屬片為不鏽鋼材質，直徑約 $25.4\ \mathrm{mm}$、孔隙尺寸約 $100\ \mu\mathrm{m}$。鐵氟龍濾紙直徑約 $37\ \mathrm{mm}$、孔徑約 $2\ \mu\mathrm{m}$。

（二）採集介質所用材料

1. **酸性微粒介質：**鐵氟龍濾紙，直徑 $37\ \mathrm{mm}$、孔徑 $2\ \mu\mathrm{m}$。
2. **氣態無機酸介質：**不鏽鋼多孔金屬片，直徑 $25.4\ \mathrm{mm}$、孔隙尺寸 $100\ \mu\mathrm{m}$。

核心觀念

本題評量環境檢驗人員對於環境物理性公害檢測規範之熟悉度，核心依據為行政院環境保護署環境檢驗所公告之「環境振動測量方法」（NIEA P204.90C，以命題當年民國 109 年法規為準；現行法主管機關與檢驗機關已改制為環境部國家環境研究院）。

本題關鍵考核觀念包含：

1. 振動信號變動特性與指示值讀取：依據振動源特性（穩定振動、週期性／間歇性振動、不規則變動振動）採取相對應之讀取統計指標（中央值、峰值平均、百分位位準 $L_{10}$）。
2. 背景振動（Background Vibration）干擾與修正原則：以能量疊加與扣除原理為基礎，依測定值與背景振動值之差值級距進行修正判定。
3. 振動軸向評定方向：以人體最敏感之鉛直（Z 軸）為主要評定軸向，或依管制規範指定方向判定。
4. 數值修約規範：最終數據之四捨五入整數化原則。

解題方法

本題屬標準法規程序申論題，答題架構應具備邏輯層次，由量測現場的「信號讀取取樣」推進至數據端的「背景扣除修正」，最後落於「數據呈現與修約」：

1. 第一層（信號判讀）：將振動源依時間變動特徵分類，明確寫出各類變動對應之指示值取定方式。
2. 第二層（背景修正）：依「測量值與背景值之差值」劃分三個標準級距（$\ge 10\text{ dB}$、$3 \sim 9\text{ dB}$、$< 3\text{ dB}$），說明對應之處理作為與計算數學式。
3. 第三層（方向與修約）：交代振動計軸向判定通則及最終數值修約至整數位之要求。

選項分析

本題為高考三級專業科目之申論題，非選擇題，無選項。考生應依照法規條文化架構，逐項條列完整技術細節以爭取滿分。

解題技巧

1. 口訣記憶法：「三類變動、三級背景、垂直優先、整數修約」。
2. 常見扣分陷阱：

• 漏答前半段：許多考生誤以為本題只考「背景振動修正」，完全忽略「振動計指示值於不同振動型態下的讀取方式」（穩定、間歇、變動），將損失近半數分數。
• 單位與加權混淆：不可將噪音的「A 加權（分貝，$\text{dBA}$）」誤植於振動檢測；振動計之評定單位為分貝（$\text{dB}$），且採用垂直或水平振動加權網絡（$L_v$）。

3. 背景修正對照速記：

• 差值 $\ge 10\text{ dB}$：扣 $0\text{ dB}$（不需修正）。
• 差值 $6 \sim 9\text{ dB}$：扣 $1\text{ dB}$。
• 差值 $4 \sim 5\text{ dB}$：扣 $2\text{ dB}$。
• 差值 $3\text{ dB}$：扣 $3\text{ dB}$。
• 差值 $< 3\text{ dB}$：不可評定（無效）。

【答案】

依行政院環境保護署環境檢驗所公告之「環境振動測量方法」（NIEA P204.90C），振動計指示值檢測結果之處理原則如下：

以命題當年（民國 109 年）法規為準。現行法已修正（行政院環境保護署已改制為環境部、環境檢驗所改制為國家環境研究院，《空氣品質標準》與檢測方法字號亦歷經滾動修正），但解題仍以命題當年之法規架構為準。

核心觀念

本題評量考生對「大氣細懸浮微粒（$PM_{2.5}$）監測原理」、「標準參考方法（Federal Reference Method, FRM）與等效方法（Federal Equivalent Method, FEM）之計量差異」，以及「環境法規判定公信力」的整合理解。

1. 法規依據與法定地位： 依民國 109 年《空氣品質標準》第 5 條，空氣中細懸浮微粒（$PM_{2.5}$）濃度之標準監測方法，指定以中央主管機關公告之「手動檢測方法（NIEA A205.11C）」為認定基準。
2. 第一原理與直接物理量測： 手動採樣法係以質量為基底的「濾紙重量分析法（Gravimetric Method）」，量測原理直接遵循質量濃度定義： $C = \frac{\Delta m}{V} = \frac{W_2 - W_1}{V}$ 其中 $W_1$ 與 $W_2$ 分別為採樣前、後濾紙於標準溫濕度調和平衡後之重量，$V$ 為採樣體積。該法直接量測「質量（mass）」，具備最高計量追溯性（Metrological Traceability）。
3. 間接量測法的不確定性： 自動連續監測方法（如 $\beta$ 射線衰減法、微量振盪天平法、光散射法等）皆屬「間接物理量推估」，易受微粒粒徑分佈、折射率、吸濕性、揮發性成分及環境溫濕度等干擾，其測定值必須依賴手動法建立校正基準。

解題方法

本題為制度與原理剖析的申論題，切入點應從「物理計量本質」、「環境干擾排除」、「法規處分嚴謹性」及「樣品後續利用」四個構面層層展開論述，說明手動採樣法作為法規判定唯一黃金標準（Gold Standard）的不可替代性：

1. 計量本質：直接質量測定，無間接推算假設誤差

• 手動法是直接藉由慣性衝擊器（Inertial Impactor）或旋風分離器（Cyclone）精確分徑（$d_{50} = 2.5\ \mu\text{m}$），將微粒收集於超純鐵氟龍（PTFE）濾紙上，再以感量達 $1\ \mu\text{g}$ 的超微量天平秤重。
• 其結果為絕對質量，完全不需假定微粒之化學成分、形狀因子（Shape factor）、顆粒密度或光學特性；而連續自動方法均非直接稱重，無法脫離換算係數或經驗回歸方程式的假設誤差。

2. 溫濕度嚴格調和：消除水氣與揮發性鹽類干擾

• 依 NIEA A205.11C 規範，採樣前與採樣後之濾紙，皆須置於恆溫（$20 \sim 23^\circ\text{C}$，變異範圍 $\le \pm 2^\circ\text{C}$）及恆濕（相對濕度 $30 \sim 40\%$，變異範圍 $\le \pm 5\%$）之調和室中平衡至少 24 小時。
• 此步驟能最大程度消除濾紙本身的吸濕膨脹效應與顆粒物結合水的影響，同時避免高溫乾燥導致半揮發性有機物（SVOCs）與硝酸銨（$\text{NH}_4\text{NO}_3$）的大幅揮發損失，維持測值的高重現性與準確度。

3. 法定標準之公信力：具備國家計量標準追溯性

• 《空氣品質標準》之符合度認定，直接攸關空氣污染防制區之劃定（二級或三級防制區）、固定污染源總量管制排放配額、環境影響評估審查及行政處分，具重大法律拘束力。
• 行政處分必須建立在最嚴密、無爭議的「法定量測標準（FRM）」上。自動監測儀器（FEM）隨時空與氣候條件變化可能產生漂移（Drift），故法規上必須以手動採樣法作為驗證各類自動監測儀器的校正基準。

4. 物證留存與化學組分鑑識能力

• 手動採樣後獲得之實體濾紙樣品為真實物證，可保存以供爭議時複檢。
• 濾紙可進一步進行陰陽離子（離子層析法 IC）、重金屬與微量元素（ICP-MS 或 XRF）、有機碳與元素碳（OC/EC 分析）等化學成分分析，提供受體模式（Receptor Models）進行污染源指認與法令管制決策，這是即時破壞型或未收集樣品之自動儀器無法達成的。

核心觀念

本題評量空氣污染檢驗領域中，大氣懸浮微粒（粒狀污染物）之水溶性陰離子（特別是硫酸鹽、硝酸鹽、氯鹽）標準檢驗方法。解題核心觀念包含：

1. 法規基準：本題以命題當年（民國 109 年）行政院環境保護署環境檢驗所公告之標準方法為準（現行法已修正：行政院環境保護署於民國 112 年 8 月改制為環境部，環境檢驗所改制為「國家環境研究院」，檢測方法亦陸續換版整併）。
2. 離子層析法（NIEA A451.10C）原理：利用離子交換平衡使待測陰離子在分離管柱中分離，並搭配「化學抑制器（Suppressor）」降低背景導電度、增強待測離子訊號，最後以導電度偵測器測定。
3. 濁度法（NIEA A402.11A）原理：利用鋇離子（$\text{Ba}^{2+}$）與硫酸根（$\text{SO}_4^{2-}$）在酸性與穩定劑存在下生成均勻硫酸鋇（$\text{BaSO}_4$）微細懸浮膠體，於分光光度計 $420\text{ nm}$ 測定光散射濁度（吸光度）。
4. 空氣濃度偵測極限（Method Detection Limit in Air, $\text{MDL}_{\text{air}}$）之定義與換算： $\text{MDL}_{\text{air}} = \frac{\text{MDL}_{\text{solution}} \times V_{\text{extract}} \times F_{\text{filter}}}{V_{\text{air}}}$ 式中，$\text{MDL}_{\text{solution}}$ 為萃取液之方法偵測極限；$V_{\text{extract}}$ 為萃取定容體積；$F_{\text{filter}}$ 為全張濾紙與分析取用面積比；$V_{\text{air}}$ 為標準高量採樣體積（標準採樣 24 小時約 $1,600 \sim 2,000\text{ m}^3$）。考生須能精確區分「溶液偵測極限」與「空氣濃度偵測極限」。

解題方法

本題為法規與檢驗標準方法之申論題，作答切入點應分別針對 (一)、(二) 兩方法，分層次條列「檢測原理（採樣、前處理萃取、分離/反應機制、儀器偵測）」與「空氣粒狀污染物濃度偵測極限（含典型採樣條件換算結果）」。

(一) 空氣粒狀污染物中硫酸鹽、氯鹽、硝酸鹽檢測方法－離子層析法（NIEA A451.10C）

1. 檢測原理：

• 採樣與萃取：以高量或低量空氣採樣器，配合石英纖維濾紙或鐵氟龍濾紙收集空氣中粒狀污染物。取適量濾紙樣品置於離心管或樣品瓶中，加入去離子水（超純水），以超音波震盪萃取其中的水溶性陰離子（$\text{Cl}^-$、$\text{NO}_3^-$、$\text{SO}_4^{2-}$），萃取液經 $0.45\ \mu\text{m}$ 濾膜過濾後注入分析。
• 分離機制：濾液注入離子層析儀（Ion Chromatography, IC），以弱鹼性淋洗液（如碳酸氫鈉/碳酸鈉混合溶液或氫氧化鉀水溶液）沖提，樣品中之陰離子進入陰離子分離管柱（固定相為四級銨官能基之低容量離子交換樹脂），依各離子與管柱固定相親和力之差異達成層析分離。
• 抑制與測定：流出液進入化學抑制器（Suppressor），利用陽離子交換薄膜進行離子交換，將高背景導電度的淋洗液（如 $\text{Na}_2\text{CO}_3/\text{NaHCO}_3$）轉化為低導電度的微弱碳酸水溶液（$\text{H}_2\text{CO}_3$），同時將各待測陰離子轉換為高當量電導度之強酸形式（$\text{HCl}$、$\text{HNO}_3$、$\text{H}_2\text{SO}_4$），大幅提高訊雜比；最後經由導電度偵測器（Conductivity Detector）測定電導度響應，以滯留時間定性，波峰面積或波峰高度定量。

2. 空氣粒狀污染物濃度偵測極限：

• 溶液中各陰離子之方法偵測極限（MDL）約為 $0.01 \sim 0.05\ \mu\text{g/mL}$。
• 以標準高量採樣器（High-Volume Sampler）於採樣流率約 $1.1 \sim 1.7\text{ m}^3\text{/min}$ 下連續採樣 24 小時（典型採樣體積約 $1,600\text{ m}^3$）、濾紙萃取定容條件換算，本方法之空氣中方法偵測極限約為 $0.001 \sim 0.005\ \mu\text{g/m}^3$（公告典型值約 $0.003\ \mu\text{g/m}^3$，各離子稍有差異：$\text{Cl}^-$ 約 $0.002\ \mu\text{g/m}^3$、$\text{NO}_3^-$ 約 $0.003\ \mu\text{g/m}^3$、$\text{SO}_4^{2-}$ 約 $0.003\ \mu\text{g/m}^3$）。

(二) 空氣粒狀污染物中硫酸鹽檢驗法－濁度法（NIEA A402.11A）

1. 檢測原理：

• 採樣與萃取：以玻璃纖維濾紙配合高量採樣器收集大氣懸浮微粒，切取特定面積（如 $3/4\text{ in} \times 8\text{ in}$ 濾紙條），加超純水經超音波震盪或加熱迴流萃取濾紙上之水溶性硫酸鹽，過濾定容。