熱脫附氣相層析質譜儀線上分析印製用原物料與影印店室內空氣之研究

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研究生：	吳夢婷 Meng-Ting Wu
論文名稱：	熱脫附氣相層析質譜儀線上分析印製用原物料與影印店室內空氣之研究 On-line TD-GC/MS to Analyze Raw Materials for Printing and Indoor Air in Photocopy Shops
指導教授：	凌永健 Yong-Chien Ling
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	89
中文關鍵詞：	氣相層析儀、熱脫附儀、影印店
相關次數：	點閱：2 下載：0
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摘要
一般乾式影印過程會釋放揮發性有機化合物（VOCs）、臭氧、吸入性微粒等物質，長期處於不良的環境將直接或間接影響人體呼吸系統和慢性病傷害，甚至致癌危機。乾式影印所使用的原料有碳粉和紙張，在融入階段被加溫到180~200 ℃時，VOCs會被釋出。本研究使用熱脫附氣相層析質譜儀(GC/MS)模擬乾式雷射影印融入過程並建立線上即時（on-line）分析碳粉和紙張加溫後釋出之VOCs的方法，優點在於VOCs可全量進入GC/MS中進行分析，可彌補傳統離線（off-line）分析時VOCs流失之缺失。本研究發現影印過程中碳粉釋出之VOCs大於紙張，推估一個碳粉匣約釋出1-8 mg VOCs，一大包紙張(500張)約釋出3~10 ng VOCs。建立之方法亦應用於分析報紙，推估日常一份報紙VOCs釋放量約為14 ug。
室內空氣品質影響人的舒適感和工作效率，本研究利用Tenax GR吸附劑採集影印店室內空氣，參考美國EPA TO-17方法，以熱脫附GC/MS進行定性和定量。方法偵測極限為0.17~0.39 ppbv，平均回收率介於96~113 %，精密度＜10%，檢量線的R2皆在0.995以上。測得之VOCs有八成來自碳粉釋出，定量兩家影印店室內空氣中之BTEXS等9種VOCs，總VOCs濃度分別為0.09和0.08 mg/m3，濃度最高為甲苯9.05 ppbv，其中一家影印店有測到影機清洗用的異戊酸，濃度高達16.47 ppbv。

Abstract
Dry-process photocopy was reported to emit volatile organic compounds (VOCs), O3 and particulates. Raw materials used in dry-process photocopy include toners and plain papers, and would emit VOCs when being heated to fuser temperature (180~200 ℃). We mimic fusing process in dry-process photocopy by TD-GC/MS and set up on-line method to analyze VOCs emitted from heated toner and plain paper. Compared to off-line method which may lose VOCs during the analysis, on-line method is advantageous to capture and introduce all released VOCs into TD-GC/MS for subsequence. We found more VOCs emitted from toners than plain paper. One toner cartridge was estimated to emit 1~8 mg VOCs; whereas one package of plain papers (500 sheets) will emit 3~10 ng VOCs emitted from. This method was also applied to analyze newspapers. One copy of newspaper (ex. 10 sheets) was estimated to emit 14 □ug VOCs.
Indoor air quality (IAQ) has effect on people ease and working efficiency. We use the analytical method based on U.S. Environmental Protection Agency (EPA) TO-17 using Tenax GR as absorbent to sample indoor air in photocopy shops. Qualitative and quantitative analysis was performed using TD-GC/MS. The method detection limits (MDL) and average recoveries for the target analytes were in the range 0.17~0.39 ppbv and 96~113 %, respectively. The method shows good linearity (R2 ≧0.995) and precision (＜10 %). About 80% VOCs were emitted from toners in the indoor air photocopy shop. We also quantified nine of VOCs including BETEX etc. Total volatile organic compounds (TVOC) in two photocopy shops were 0.09 and 0.08 mg/m3, individually. The highest concentration was toluene 9.05 ppbv. Isovaleric acid used as cleaning reagent was measured in one photocopy shop at a concentration of 16.47 ppbv.

第一章  緒論    1
1.1    前言    1
1.2    印刷    2
1.2.1    紙張    2
1.2.2    油墨    3
1.3    印刷品之污染    3
1.4    乾式雷射影印過程    4
1.5    研究動機及目的    6
第二章 文獻回顧    8
2.1    採樣分析方法    8
2.2    固體吸附劑的選擇    9
第三章 檢測VOCs之方法建立    16
3.1    試藥之物化性    16
3.2    樣品來源    16
3.2.1    真實原物料樣品    16
3.2.2    空氣樣品    16
3.3    吸附管製備    17
3.3.1    吸附劑填充    17
3.3.2    原物料樣品填充    17
3.4    幫浦採樣方法    18
3.5    氣體採樣袋    18
3.6    標準氣體配製    18
3.7    分析之儀器設備    19
3.7.1    氣相層析質譜儀    19
3.7.2    冷凍濃縮熱脫附儀    19
3.8    熱脫附最佳化條件測試    20
3.8.1    吸附管熱脫附溫度    20
3.8.2    吸附管熱脫附時間    20
3.8.3    捕集管熱脫附時間    21
3.8.4    GC管柱前冷凝溫度    21
3.8.5    GC注入時間    22
3.9    方法確效    23
3.9.1    採樣器流速穩定性測試    23
3.9.2    檢量線建立    23
3.9.3    破出體積測試    23
3.9.4    樣品儲存性測試    24
3.9.5    樣品回收率測試    24
3.9.6    方法偵測極限（MDL）    25
3.9.7    精密度    25
第四章 結果與討論    52
4.1    碳粉線上和離線分析方法之結果    52
4.1.1    線上分析不同碳粉比例量和加熱時間之測試    52
4.1.2    線上和離線分析方法之優缺點比較    52
4.2    線上原物料定性和定量結果    53
4.2.1    碳粉樣品    53
4.2.2    空白紙張樣品    54
4.2.3    報紙樣品    55
4.3    影印店之影印機排風口空氣和碳粉釋放物之比較    56
4.4    辦公室之印表機排風口空氣和碳粉釋放物之比較    57
4.5    影印作業環境偵測結果    57
第五章 結論與建議    84
第六章 參考資料    86


表目錄

表2-1 固體吸附劑採樣法及不鏽鋼罐採樣法之比較    11
表2-2 溶劑脫附法與熱脫附法之優缺點比較    12
表2-3 各種含碳吸附劑特性一覽表    13
表2-4 各種多孔聚合物吸附劑特性一覽表    14
表3-1 本實驗所用之標準品的物化性    27
表3-2 吸附管熱脫附溫度與積分面積關係表    28
表3-3 吸附管熱脫附溫度與相對回收率關係表    28
表3-4 吸附管熱脫附時間與積分面積關係表    29
表3-5 吸附管熱脫附時間與相對回收率關係表    29
表3-6 捕集管熱脫附時間與積分面積關係表    30
表3-7捕集管熱脫附時間與相對回收率關係表    30
表3-8 GC管柱前冷凝溫度與積分面積關係表    31
表3-9 GC管柱前冷凝溫度與相對回收率關係表    31
表3-10 GC注入時間與積分面積關係表    32
表3-11 GC注入時間與相對回收率關係表    32
表3-12 採樣器流速對不同吸附管穩定性測試    33
表3-13 各待測物之滯留時間、相關係數(R2)、線性方程式、質量範圍表    34
表3-14 破出體積測試結果    35
表3-15 樣品儲存性測試結果    36
表3-16 樣品回收率測試結果    37
表3-17 方法偵測極限測試結果    38
表3-18 精密度測試結果    39
表4-1 離線和線上分析方法之優缺點比較    60
表4-2 碳粉之VOCs排放係數    61
表4-3 空白紙張之VOCs排放係數    62
表4-4 報紙黑色頁面之VOCs排放係數    63
表4-5 報紙彩色頁面之VOCs排放係數    64
表4-6 影印店空氣中VOCs定量結果    65
表4-7 影印店空氣中BETEX之質量比結果    66
表4-8 影印店BETEX質量比和其他相關研究之比較    67
表4-9 影印店TVOC值與IAQ相關法規標準之比較    68


圖目錄

圖1  雷射影印過程    7
圖2-1 Tenax TA和Tenax GR吸附劑之結構    15
圖3-1 吸附管配製圖    40
圖3-2攜帶型幫浦採樣裝置圖    40
圖3-3 儀器分析系統裝置圖    41
圖3-4 標準品層析圖    42
圖3-5 熱脫附儀二次熱脫附氣體流向圖    43
圖3-6 吸附管熱脫附溫度與積分面積關係圖    44
圖3-7 吸附管熱脫附時間與積分面積關係圖    45
圖3-8 捕集管熱脫附時間與積分面積關係圖    46
圖3-9 GC管柱前冷凝溫度與積分面積關係圖    47
圖3-10 GC注入時間與積分面積關係圖    48
圖3-11 各待測物之檢量線圖    49
圖3-11 各待測物之檢量線圖(續)    50
圖3-12 各待測物在4℃保存時之濃度變化圖    51
圖4-1 不同比例碳粉樣品加熱10分鐘線上分析層析圖    69
圖4-2 10 %碳粉樣品不同加熱時間線上分析層析圖    70
圖4-3 離線和線上碳粉分析層析圖    71
圖4-4 碳粉樣品線上分析層析圖    72
圖4-5 空白紙張樣品線上分析層析圖    73
圖4-6 MNH報紙樣品線上分析層析圖    74
圖4-7 MNI報紙樣品線上分析層析圖    75
圖4-8 MNJ報紙樣品線上分析層析圖    76
圖4-9 影印機排風口空氣和碳粉釋放物之比對圖    77
圖4-10影印機排風口空氣和碳粉釋放物之比對圖(續)    78
圖4-11 印表機排風口空氣與碳粉及紙張釋放物之比對圖    79
圖4-12 ACK影印店分析層析圖    80
圖4-13 ACK影印店分析層析放大圖    81
圖4-14 ACL影印店分析層析圖    82
圖4-15 ACL影印店分析層析放大圖    83

                                

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