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空氣盒子簡問簡答

Q1:什麼是空氣盒子 ?

空氣盒子是市售的簡易空氣品質感測器,透過通訊模組傳輸,提供即時PM2.5監測資料、溫度與相對濕度資訊。

隨著對於空氣品質的關注程度增加,類似空氣盒子這類低成本微型化的空氣品質感測器數量持續上升, 然而微型感測器因為體積小,使用感測原理簡易,使得感測數據會與標準方法使用的設備產生誤差。這種誤差在測定PM2.5時,更容易出現。

Q2:空氣盒子監測原理為何 ?

簡易感測器將空氣中微粒導入光學散射原理的感測區域,在未經粒徑篩選方式下,以光學方式(光散射原理)量測不同粒徑微粒數量,再經轉換為PM2.5質量濃度。當光線照射到微粒表面,會有反射、散射等效應,這些效益會因微粒粒徑、形狀及表面粗糙情形而不同,同時也與光的波長有關。而當微粒含有吸水成分(例如硫酸鹽、硝酸鹽等),微粒外形、粒徑會因吸收空氣中水分而改變,進而影響測定結果。

Q3:這類簡易感測器使用有何限制 ?

簡易感測器在測定PM2.5時,為了減少感測器體積,各種可能干擾的因子,並未納入設計,包括粒徑、溫溼度干擾等,因此測值容易出現誤差。

此外,簡易感測器利用光學原理測定的微粒粒徑,稱為「光學粒徑」,這與一般量測或呼吸過程有關的「氣動粒徑」也有差異。至於簡易感測器使用空氣擴散原理或馬達抽取空氣樣品,都與標準測站使用精準流量控制器進行控制不同。這些都是影響測定結果的重要因子,在使用簡易感測器測定數據時,應注意測值可能的差異。由於市面上多數類似空氣盒子的簡易感測器,並未經過完整的性能驗證評估,若民眾在未經了解其應用限制而直接採用其監測數值,反而造成無謂的恐慌,建議進一步參考本署監測站數值。

Q4:環保署是如何監測PM2.5 ?

由於PM2.5污染來源複雜,使得PM2.5的化學成分會有時空的變化特徵,因此使用不同檢測方法進行PM2.5濃度測定的結果,常會出現系統性差異。

本署標準空氣品質監測站用來測定PM2.5的儀器分成手動及自動二種,手動監測係由採樣人員使用調理過的濾紙到測站進行24小時採樣,再將濾紙送回實驗室,在控制的溫濕度條件下,進行秤重後計算濃度。這種方法的好處在於減少環境中可能干擾測定的因素,例如相對溼度對測值的影響。因此國際上一般會使用手動監測的結果作為空氣品質是否符合標準的判定依據,我國空氣品質標準亦明訂採手動監測結果判定空氣品質是否符合標準。然而,手動監測經過嚴謹的實驗室分析程序,需要2至3週才能完成,在空氣品質出現變異時,不能提供民眾預警。因此空氣品質監測需要使用自動連續監測,一般為採樣1小時後量測1小時濃度,可以立即提供預警或預報之需。

常見的空氣品質監測站的PM2.5自動監測儀器原理,包括貝他射線衰減法、錐形元件震盪天平法及光散射法等。為了降低可能的干擾問題,各種自動監測儀器均會有去除干擾的設計,例如粒徑篩分器(去除粒徑大於2.5微米的粒子)、流量控制器(控制精準的流量)、氣溫、大氣壓力測定以及採樣氣流加溫(避免水分凝結)等。

儀器測量PM10濃度的流程(貝他射線分析法)

Q5:這類簡易感測器與環保署標準測站測值有何差異?

本署將空氣盒子架設於標準測站,在相同的氣象、污染時空條件,比較感測器與標準測站數據的差異。

經過比對,空氣盒子與本署測站106年3月至6月監測數據,兩者對區域空氣品質的污染物濃度變化具有相同向量的趨勢反應,濃度變化趨勢類似,濃度值一起變高或變低。

然而,感測器數據常為標準測站的2倍以上,兩者間r(相關係數,correlation coefficient )在各月區間為0.64~0.81,與本署公告「空氣中細懸浮微粒手動及自動檢測方法比對規範」標凖相較而言較為偏低(比對規範對相關係數的要求為 ≥ 0.93);除此之外,各月區間的截距約為10 ~ 18 μg/m3,顯示感測器監測數據存在一定程度的背景高值或殘留值,是否為感測器不具自淨功能或其他干擾,尚待後續持續的分析研究。

簡言之,此類簡易感測器在濃度高低變化與標準測站有相近的變化趨勢,但實際數據偏高,且因PM2.5來源成分複雜,在不同的季節、地點和氣象條件下,測試的結果將會有所不同。

更新日期:2017/09/12

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