什麼是空氣採樣?
空氣是人類生存的必要條件，隨著工業文明的發展，人類對生活品質的要求也日益提高，而空氣品質的監控也成為近年來重要議題之一。空氣中過高的污染物濃度，如細懸浮微粒 (PM 2.5、PM 10)、二氧化碳、一氧化碳、揮發性有機化合物、微生物等，不僅對人體產生危害、更可能影響環境的變化。因此，透過空氣採樣可評估空氣品質、了解大氣中污染物濃度與成份、監測環境變化，以制訂改善措施。
空氣採樣即是指收集定量體積的空氣樣本，並搭配合適的分析方法測定空氣中的污染物，如微粒、微生物等物質的濃度，用以評估空氣品質、確定潛在汙染源並監測環境變化。
空氣採樣的物質與空氣品質標準
空氣採樣可應用的場域相當廣泛，包括室內公眾場所，如圖書館、美術館、KTV、健身房等，以及戶外環境，如工業區、交通幹線、農業區等場域的監測。不論室內或戶外空間，若空氣品質不佳，可能會造成呼吸、視覺等器官不適或損害中樞神經系統。空氣中常見的污染物包含無機物質如：二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、有機化合物如：甲醛、總揮發性有機化合物，生物分子如：細菌、真菌及細懸浮微粒等。
為維護全民健康並避免民眾因空氣品質引起的健康問題，環境部制定了相應的規範，如空氣品質標準 (環部空字第 1131062467 號)、室內空氣品質標準 (環署空字第 1010106229 號) 等，其規範之種類及標準值如下方表格所示：
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空氣品質標準 |
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項目 |
標準值 |
單位 |
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粒徑小於等於10微米(μm) 之懸浮微粒 |
75b |
μg/m³ |
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粒徑小於等於2.5微米(μm) 之懸浮微粒 (PM 2.5) |
30b |
μg/m³ |
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二氧化硫 (SO2 ) |
0.065a |
ppm |
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二氧化氮 (NO2) |
0.100a |
ppm |
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一氧化碳 (carbon monoxide, CO) |
31a |
ppm |
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臭氧 (O3) |
0.100a |
ppm |
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鉛 (Pb) |
0.15c |
μg/m³ |
備註：
a一小時值：指一小時內各測值之算術平均值。
b二十四小時值：指連續採樣二十四小時所得之樣本，經分析後所得之值。
c三個月移動平均值：指連續三個月有效數據平均值之算術平均值。
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室內空氣品質標準 |
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項目 |
標準值 |
單位 |
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二氧化碳 (CO2) |
1000b |
ppm |
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一氧化碳 (CO) |
9b |
ppm |
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甲醛 (CH2O) |
0.08a |
ppm |
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總揮發性有機化合物* (TVOC) |
0.56a |
ppm |
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細菌 |
1500d |
CFU/m³ |
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真菌 |
1000**,d |
CFU/m³ |
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粒徑小於等於10微米(μm) 之懸浮微粒 |
75c |
μg/m³ |
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粒徑小於等於2.5微米(μm) 之懸浮微粒 |
35c |
μg/m³ |
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臭氧 (O3) |
0.06b |
ppm |
備註：
*總揮發性有機化合物，包含十二種揮發性有機物之總和：指總揮發性有機化合物之標準值係採計苯、四氯化碳 、氯仿 (又稱三氯甲烷)、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、二氯甲烷 、乙苯、苯乙烯、四氯乙烯 、三氯乙烯、甲苯及二甲苯等十二種化合物之濃度測值總和者。
**真菌濃度室內外比值小於等於1.3者，不在此限
a一小時值：指一小時內各測值之算術平均值或一小時累計採樣之測值。
b八小時值：指連續八小時各測值之算術平均值或八小時累計採樣之測值。
c二十四小時值：指連續二十四小時各測值之算術平均值或二十四小時累計採樣之測值。
d最高值：指依中央主管機關公告之檢測方法所規範採樣方法之採樣分析值。
空氣採樣技術有哪幾種?
採樣是所有檢測的第一步，而空氣採樣方式依其作動原理不同而分為主動採樣跟被動採樣。主動採樣因能夠以可控的流量收集定量氣體而被多數國際官方指引所採納。主動採樣及被動採樣的原理及優缺點比較如下方表格所示。
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方法 |
原理 |
優點 |
缺點 |
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主動採樣 |
利用真空幫浦或風扇主動將空氣引至容器內進行採集 |
因流量、時間可調，具 • 採集快速 • 結果精確 • 可定性及定量 • 適用粒狀及氣狀物採樣 • 為多數國際官方指引採納 |
• 僅能提供單日平均之數據 • 儀器須定期校正 • 易受氣流干擾 • 設備成本較高 • 需動力 |
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被動採樣，又稱擴散採樣 |
氣體分子依其自然擴散、滲透特性，附著於吸附劑或濾紙上，收集空氣 |
• 成本較低 • 流程方便、簡單 • 有效長期監測 • 多地點可同時採集 • 氣流不干擾 • 收集的氣體較接近真實狀況 •不需動力 |
• 僅能提供月/週平均之數據 • 費時 • 僅限於氣狀物採樣 • 僅能半定量 • 幾乎不被官方指引採納 |
主動式空氣採樣
主動式空氣採樣又可分為直接或間接，兩者在配置上有不同之處，但基本架構皆為驅動力（幫浦、風扇）、收集容器（衝擊瓶、衝擊器、採樣袋），以及根據收集容器與採集方式選用適用的吸附媒介（收集液、培養基）。
使用衝擊瓶採樣：
衝擊瓶為特殊設計的玻璃起泡管 (bubbler)，可以把空氣中的化學物質收集到液體介質中。採樣時，幫浦會吸引已知體積的空氣至含有指定收集液的衝擊瓶，使定量的空氣起泡，讓化學物質能夠溶解於液體中，達到收集的目的。
使用衝擊器採樣：
衝擊器通常用分析空氣中的微生物，如細菌、真菌。衝擊器是利用真空幫浦或風扇吸引空氣、形成氣流，讓空氣中的微生物通過採樣頭上的孔洞或窄隙，附著於固體介質，如瓊脂膠培養基上，之後再進行培養觀察微生物生長情形、評估空氣中微生物含量。
此裝置一般多用於分析潔淨室、醫療場所、農場的環境監測。
使用採樣袋採樣：
空氣採樣袋，又稱氣體採樣袋、空採袋、採氣袋，依採樣方式可分為直接採樣法及間接採樣法。
一般氣體採樣以直接採樣法進行即可，若需在惡劣、高污染環境下進行採樣，則可搭配空氣採樣箱使用間接採樣，以減少幫浦及樣品的污染。
- 直接採樣（採樣袋）：適用於一般氣體。採樣袋以 PTFE 管與真空源直接連接，以負壓帶動大氣，使大氣透過樣品進樣端進入採樣袋中，完成採樣。然而，在採樣過程中，氣體可能會流經幫浦流路，因此建議選用隔膜式幫浦，以延長幫浦使用壽命。
- 間接採樣（採樣箱）：適用於高汙染、惡劣之環境氣體。將採樣袋以 PTFE 管連接箱體中的空氣進樣端，安裝於採樣箱中。蓋上蓋、鎖上減壓閥後，利用真空幫浦在箱體內製造一負壓環璄，形成內外壓力差，驅使空氣進入採樣袋中，達成採樣的目的。
被動式空氣採樣
被動式採樣器依其結構形狀的不同，主要分為管式、徽章式、徑向管式三種類型。可依採樣量、採樣時間、分析物等條件選擇合適的採樣器。
空氣監測與空氣採樣有何不同?
空氣監測與空氣採樣是屬於兩種不同觀察空氣品質的方法。空氣監測是利用電子設備即時偵測空氣中的污染物。而空氣採樣則是在一段時間內將空氣捕捉至密閉容器中，再將採集的空氣樣品送至實驗室，分析、定量空氣中含有的特定物質。
常見之空氣採樣應用
- 醫藥產業，如開刀房、潔淨室的微生物監控
- 電子產業，如半導體廠之氣態分子污染物 (AMC) 採樣分析 (衝擊瓶)
- 作業環境監測，如粉塵、纖維等微粒或氣態有害物質
- 食品產業，如食品加工廠中的環境監控 – 戶外環境監測
- 煙囪、煙道、通風管等排放管道採樣
參考資料:
- 行政院環境部
- 空氣採樣及分析-科安知識網
- Air Monitoring, Merck
- Passive vs. Active air sampling, Zefon
- Passive Samplers for Investigations of Air Quality: Method Description, Implementation, and Comparison to Alternative Sampling Methods, EPA
- What are the WHO Air quality guidelines?, WHO
- WHAT IS AIR SAMPLING, AND WHY DO WE NEED TO SAMPLE THE AIR?, Zefon
- What’s the difference between air sampling and air monitoring?, EPA
- Impingers (skcltd.com)
