110 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

本題考查《環境檢驗品質管制指引通則》（NIEA-PA101）中四種空白樣品的定義，以及各自用來辨認的污染來源。空白樣品本身不含待測物，依不同的採樣、運送或分析操作安排，可用來判斷污染是在何階段導入。

**以命題當年（民國 110 年）法規為準。**本題是依指引定義作答，無須計算。

解題方法

作答時依序交代每種空白樣品的「如何製備或操作」及「用來判斷哪個階段的污染」。四者的辨別關鍵，是空白樣品在哪個環節接觸環境、設備或分析程序：

一、現場空白樣品（Field blank sample）

又稱野外空白樣品。在檢驗室將不含待測物的氣體、試劑水、溶劑、吸收液、稀釋水、吸附介質、濾材或相似基質，裝入與待測樣品相同的採樣容器或其他適當容器並密封；攜至採樣地點後，在現場開封並模擬採樣過程，但不實際採樣，之後密封並與待測樣品一同攜回檢驗室。其分析結果用來判斷樣品在採樣過程是否遭受污染。

二、運送空白樣品（Trip blank sample）

又稱旅運空白樣品。在檢驗室將不含待測物的氣體、試劑水、溶劑、吸收液、稀釋水、吸附介質、濾材或相似基質，裝入與待測樣品相同的採樣容器並密封；攜至採樣地點後，現場不開封，再隨樣品攜回檢驗室。其分析結果用來判斷樣品在運送過程是否遭受污染。

核心觀念

本題考查離子層析法（Ion Chromatography, IC）的分離、定性與定量原理。離子層析法是高效液相層析的一種，利用待測離子在離子交換管柱固定相與流動相之間的作用差異，使不同離子以不同時間流出，再以偵測器辨識及測定其含量。

解題方法

分析原理

樣品溶液由流動相帶入管柱。管柱固定相帶有可交換的離子基團，樣品中的陰、陽離子與固定相上的對離子進行可逆交換。各離子因電荷、離子半徑、水合程度及其與固定相作用力不同，在管柱中的保留程度不同，因此形成不同的滯留時間（retention time），依序流出管柱。

常見系統包括陰離子層析與陽離子層析：陰離子層析使用陰離子交換管柱分析陰離子；陽離子層析使用陽離子交換管柱分析陽離子。流出液通常以電導度偵測器測量離子訊號；陰離子分析常搭配抑制器，降低洗提液背景電導度並提高待測離子的訊號對比。

定性確認污染物成分

以已知濃度的標準品在相同管柱、洗提液、流速及操作條件下分析，取得各離子的滯留時間。樣品峰的滯留時間與標準品相符時，可作為初步定性依據。

為提高確認可靠度，應比較樣品與標準品的滯留時間，並以樣品添加標準品方式確認：若添加後相同滯留時間的峰面積增加，且未出現新的分離峰，可支持該成分的判定。滯留時間受管柱狀態、洗提條件及基質影響，不能只憑單一峰的滯留時間作為絕對證據。

定量分析濃度

核心觀念

本題考查化學發光法如何測定空氣中的一氧化氮（NO）與二氧化氮（NO₂），以及如何用標準氣體建立分析儀的校正關係。依題目所列 NIEA A417.12C，方法適用於測定濃度 $0$ 至 $0.5\ \mathrm{ppm}$ 的氮氧化物。

NO 與臭氧（O₃）反應生成激發態二氧化氮，激發態分子回到基態時放出光，光強度與 NO 濃度成正比：

分析儀以光電偵測器量測光訊號，換算出 NO 濃度。NO₂本身不依上述反應產生可供此法直接量測的光訊號，因此須先經轉化器將 NO₂轉成 NO，再測得氮氧化物總量。

解題方法：監測方式與濃度計算

一般氮氧化物自動分析儀以切換閥將樣品氣體導入兩條測量路徑：

1. NO 測量：樣品不經轉化器，直接與臭氧反應，測得 NO 濃度。
2. NOₓ測量：樣品先通過轉化器，使 NO₂轉化為 NO，再與臭氧反應，測得 NOₓ總量。
3. NO₂計算：以 NOₓ總量扣除 NO，得到 NO₂濃度。

其中 $[\mathrm{NO_x}]$ 表示 NO 與 NO₂之和。作答時要分清楚：儀器直接量得的是 NO；轉化後量得的是 NOₓ；NO₂則由兩者相減求得。

干擾

主要干擾來自 NO、NO₂以外的含氮化合物。這些化合物若在轉化器中被轉化成 NO，會使分析儀將其訊號計入 NOₓ，造成測定值偏高。方法特別指出過氧硝酸乙醯酯（PAN）是此類干擾物。

兩種校正方法與原理

一、氣相滴定法（GPT）

以已知濃度的 NO 標準氣體與臭氧反應，讓臭氧將部分 NO 氧化成 NO₂：

核心觀念

本題考查氣體污染物濃度由 $\mathrm{ppm}$ 換算為標準狀態體積濃度 $\mathrm{mg/Nm^3}$。換算分兩步：

1. 以分子量將 $\mathrm{ppm}$ 換為排氣實際狀態下的 $\mathrm{mg/m^3}$。
2. 依理想氣體定律，將實際溫度、壓力下的體積濃度換算至標準狀態。

採用標準狀態 $0^\circ\mathrm{C}$、$760\,\mathrm{mmHg}$，其莫耳體積為 $22.4\,\mathrm{L/mol}$。

解題方法

理想氣體的 $\mathrm{ppm}$ 為體積比，也等於莫耳比。若污染物分子量為 $M$，在標準狀態下：

因為 $1\,\mathrm{ppm}=10^{-6}$，而 $1\,\mathrm{Nm^3}=1000\,\mathrm{L}$，故：

題目給的是排氣實際狀態 $150^\circ\mathrm{C}$、$780\,\mathrm{mmHg}$，因此先求該狀態的莫耳體積，再換算至標準狀態：

因此，實際狀態下每立方公尺的污染物質量為：

換成標準狀態濃度時，標準狀態的氣體體積與實際狀態體積之比為：

所以：

等價地，合併兩步可得：