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發行單位 : 行政院環境保護署環境保護人員訓練所   協辦單位 : 中華民國環境工程學會   出刊日期 : 民國107年9月5日

最新環境法令政策資訊
「環保署公告最新環境法令政策資訊」
環保技術新知
奈米汙染物及環境奈米分析技術 -單顆粒式感應耦合電漿質譜儀簡介

成功大學環境工程學系 侯文哲教授

       奈米科技為新興的科技,其興起不僅促進經濟成長並我們日常生活息息相關,奈米材料應用的層面相當廣泛,從高科技的電子材料、能源生產與儲存、環境復育及醫藥應用到日常生活用品如家電產品、衣襪、清潔用品、化妝品、體育器材、甚至食品及包裝等,對我們的社會影響層面可說是非常深遠。然而水可載舟亦可覆舟,環境歷史已告訴我們,新興科技可以帶給人類社會福祉,也可能同時帶來災難,例如,殺蟲劑DDT的發明有效地控制了瘧疾的發生並提高農作物的生產,DDT發明者甚至得到諾貝爾醫學獎以表彰其貢獻,但是在廣泛使用後卻發現DDT對生態環境有深遠負面影響及可能的致癌性,然而傷害已造成,在環境中四處都可發現它的蹤跡,其他的例子如多氯聯苯(PCBs)到近期的多溴聯苯醚(PBDEs)阻燃劑及長鏈氟碳化合物等,因此,為了避免類似的憾事繼續發生,實有必要在奈米科技發展的初期先行評估其對環境及健康可能的衝擊程度及發展因應的策略。

 

奈米物質定義

       環保署毒物及化學物質局於105年為因應食品安全及完善化學物質安全源頭管理而成立,現正積極籌劃既有及新化學物質(包含奈米物質)的管理制度及建立生態與健康風險評估規範。環保署新化學物質及既有化學物質資料登錄指引對人造奈米物質的定義為:有意圖生產之材料,在內部或表面結構至少有一維尺寸<100 nm,也包括100 nm以上但保留奈米尺度特性的結構、聚集和聚結,且奈米尺度物質所占比例需在整體物質數目的50%以上。國內定義與歐盟定義雷同(2011/696/EU),惟歐盟保留奈米尺度物質占比下修的彈性,以因應某些狀況或在奈米物質對環境、建康及安全產生疑慮時。值得注意的是,目前國際上奈米物質相關環境法規,特別是法規所需的環境毒理與暴露評估指標及測試方法尚在發展階段,未臻完整,因此相關技術的建立刻不容緩。

 

奈米材料種類與應用

       可由來源及成分來分類,以來源可區分為人造或工程奈米材料(engineered nanomaterials,ENMs)、天然奈米材料和偶然產生的奈米物質(incidentally released nanomaterials)等。工程奈米材料是經設計及製造來提供特殊的物化或生物性質,如光學、電子傳遞或抗菌特性,可應用於特定用途的奈米物質;天然產生的奈米材料則是在天然環境中的光或熱作用下(如森林大火或火山活動)所產生的奈米級物質;偶然產生的奈米物質通常是在人類活動中生成的奈米副產物,如燃燒或器具使用過程中磨損所產生的奈米微粒。

以成份來看主要可分為碳、金屬或金屬氧化物為主成分的奈米物質,其他還有量子點(quantum dots)等。以碳為主的奈米材料主要有零維(zero dimension)點狀的富勒烯(fullerenes) C60和C70等、一維線狀的奈米碳管及二維面狀的石墨烯(graphene),金屬奈米材料主要是奈米金與奈米銀顆粒,而常見的金屬氧化物奈米材料主要為TiO2、ZnO、SiO2及CeO2等。常見奈米材料的特性、用途與產量摘要如表一。目前在市面上的奈米商品至少有一千六百多種(Project on Emerging Nanotechnologies (2013). Consumer Products Inventory.),相關商機超過一兆美金,使用的奈米材料較多為TiO2、ZnO、SiO2及奈米碳管。

 

奈米汙染途徑

       一般認為ENM釋放或洩漏到環境中可能的途徑有: (1)家用、民生用品或奈米醫藥在使用過程中或經人體排泄物釋放,例如含奈米銀抗菌衣襪或洗衣機在洗滌過程中釋出,並隨廢水排入環境中,(2)奈米農藥施用於田地(Kah and Hofmann, 2014),(3)在製造過程中,含ENM原物料意外地洩漏或從製程廢棄物及廢水中排入環境,(4)奈米零價鐵使用於土壤地下水汙染整治而釋放至環境中(Petersen et al., 2011)。研究顯示含奈米銀抗菌衣襪在洗滌過程中會釋出奈米銀粒子,這些奈米銀顆粒將會隨廢水收集至廢水處理廠處理,而二級生物處理會去除大部分80-90%以上的奈米銀,去除的奈米銀會累積在生物汙泥中(Benn and Westerhoff, 2008);另外常用於防曬劑、食品級染料與工業催化劑的奈米TiO2在廢水處理系統的去除率亦可達85%以上(Kiser et al., 2009)。隨各地區廢汙泥處置的方式不同,奈米汙染的最終去處不一,以美國為例,主要的民生廢水生物汙泥的處置方式為當肥料施用在農業土地,這些奈米粒子有可能因此汙染土壤環境,並可能隨雨水入滲至地下水,其他可能汙染土壤地下水環境的途徑為奈米農藥或肥料的施用和使用零價鐵的整治技術。台灣地區現行主要廢水汙泥處置方式為焚化,因此可能需要特別注意奈米顆粒是否會釋放至大氣中或是累積在飛灰或底灰中,這方面相關研究仍然非常有限。另外,現行台灣整體汙水處率約30-40%,代表大部分民生使用的奈米物質可能會直接隨汙水排入環境中。其他可能汙染環境的例子為含奈米物質如TiO2、SiO2、奈米銀及奈米碳管的建材、塗料或奈米塑膠複合材料在環境中日曬雨淋剝離及磨損而進入環境中(Kingston et al., 2014)。

 

環境奈米物質量測

       奈米物質是以尺寸來定義,如何量測奈米物質及奈米汙染物的存在,特別是適用於複雜的環境及產品基質中,將會是奈米物質環境健康風險評估及在政策上有效管理的重要基礎。事實上,隨著奈米科技蓬勃發展,奈米尺寸量測科技,如高解析度電子顯微鏡TEM、SEM等已廣泛應用,然而這些既有技術通常只適用在材料科學及化學工程等大量生產及相對純淨基質中的量測,從環境工程及科學角度來說,所關切的是在複雜環境及生物介質中的微量汙染物,現有的材料工程及科學鑑定技術並不直接適用,使用現有電子顯微鏡技術將有如大海撈針,既費時,且從濃度量測角度而言,並非統計上可靠定量的工具。因此發展量測環境及複雜基質中的奈米物質技術實為迫切,這樣的技術需要可以在複雜基質中量測微量(如<µg/L)奈米物質的尺寸、粒徑分佈、化學組成及顆粒濃度,且樣本前處理需儘量簡單快速,以適用大規模(high throughput)調查,此技術可望應用於奈米環境暴露濃度測定、奈米食安檢測、大氣中奈米微粒汙染物量測及奈米作業環境暴露等,甚至也可應用於半導體廠製程QA&QC及良率提升,如原物料中的微量奈米雜質或奈米物質(如化學機械研磨CMP製程的奈米研磨粒)及奈米廢棄物的檢測,對於整體奈米風險評估及奈米工業應用會有顯著的效益,也可促進奈米產業負責任地永續發展。

 

環境奈米物質量測技術介紹: 單顆粒式感應耦合電漿質譜儀
(Single particle Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry、spICP-MS)

       spICP-MS基本上是一個奈米顆粒技術的科技,早先是用來偵測水環境中的礦物膠體,最近五年來才有研究開始嘗試用於分析奈米顆粒,其主要特色有(1)儀器組成較單純,硬體上與一般的ICP-MS類似,無須另外的粒徑分離裝置,本身可做為元素偵測。(2)可偵測的奈米物質種類較廣泛,ICP-MS可分析元素所組成的奈米物質皆適用,包含常見的金屬與金屬氧化物奈米顆粒。(3)適合偵測複雜基質中環境相關濃度(~low ppt)的奈米物質,對於水溶液樣本前處理簡單,spICP-MS無須(也不能)消化,適當稀釋後即可進樣。(4)一次分析即可同時獲得待分析物質的顆粒濃度、元素組成、粒徑、粒徑分布及等多重關鍵訊息。

spICP-MS的分析概念如圖一所示,詳細說明如下。一般ICP-MS與spICP-MS的差別是ICP-MS主要是用來分析溶解態物質,而spICP-MS則可同時分析顆粒狀及溶解態物質,因為在ICP-MS中溶解態與顆粒狀物質所呈現的訊號是不同的,因此做為區分的依據。例如,圖一(a)為傳統ICP-MS的分析過程,溶解態樣本(以Ag為例)進入電漿離子化後,形成均勻的離子雲(ion cloud),經過四極柱分離質量並偵測後,所輸出的訊號是均勻的,如強度(intensity)-掃描時間(scan time)圖中所顯示,訊號為平坦的,其強度高度反映溶解態分析物的濃度。如果樣本中含有粒狀物質,如圖一(b)中銀粒狀物,通過電漿離子化後,顆粒物質會被分解形成密度較高的離子雲,在偵測後,訊號輸出呈現高低不等的峰,基本上每一個峰代表一個被偵測到的顆粒,而其高低與顆粒大小成正比,經過峰積分面積與粒徑關係校正後,即可得所有測到顆粒的粒徑分佈。

圖1 spICP-MS分析概念

相關技術或研究 :

1.Kah, M. and Hofmann, T. (2014) Nanopesticide research: Current trends and future priorities. Environment
    International, 63, 224–235.

2. Petersen, E. J., Zhang, L., Mattison, N. T., O’Carroll, D. M., Whelton, A. J., Uddin, N., Nguyen, T., Huang,
    Q., Henry, T. B., Holbrook, R. D., and Chen, K. L. (2011) Potential Release Pathways, Environmental Fate,
    And Ecological Risks of Carbon Nanotubes. Environ. Sci. Technol., 45(23), 9837–9856.

3. Benn, T., Cavanagh, B., Hristovski, K., Posner, J. D., and Westerhoff, P. (2010) The Release of Nanosilver
    from Consumer Products Used in the Home. J. Environ. Qual., 39(6), 1875.

4. Kiser, M. A., Westerhoff, P., Benn, T., Wang, Y., Pérez-Rivera, J., and Hristovski, K. (2009) Titanium
    Nanomaterial Removal and Release from Wastewater Treatment Plants. Environmental Science & Technology,
    43(17), 6757–6763.

5. Kingston, C., Zepp, R., Andrady, A., Boverhof, D., Fehir, R., Hawkins, D., Roberts, J., Sayre, P., Shelton,
    B., Sultan, Y., Vejins, V., and Wohlleben, W. (2014) Release characteristics of selected carbon nanotube
    polymer composites. Carbon, 68, 33–57.

6.侯文哲,新興奈米污染物在底泥、土壤及地下水環境中的風險,土壤及地下水污染整治; 2卷2期
    (2015 / 04 / 01) ,127 - 140。

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開班資訊
環保證照訓練9月 ~ 10月開班期程表 環境教育研習課程9月 ~ 10月開班新訊

班期類別

上課地點

課程類別

上課日期

聯絡方式


學歷核心
科目研習

國立臺灣師範大學

周末班

10/06~10/21

聯絡人:謝小姐
電話:02-77345068
信箱:cwhsieh@ntnu.edu.tw


經歷專長
行政研習

國立聯合大學

平日班

09/06~09/11

聯絡人:周美芳
電話:037-382108
信箱:m0416006@gmail.com


認證展延
研習

國立聯合大學

平日班

09/06~/09/11

聯絡人:周美芳
電話:037-382108
信箱:m0416006@gmail.com


認證展延
研習

國立臺中教育大學

周末班

10/13~10/13

聯絡人:李雅鳳/陳品詩
電話:04-22183542
信箱:gienentcu@gmail.com

※以上為預定開班期程,實際開班狀況及課程事宜請逕洽環教機構承辦人或至環境教育認證系統-開辦課程查詢:
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班期名稱

期別 開班日期 開班地點

聯絡人

連絡電話
03-4020789

*乙級升甲級空氣污染防制
專責人員訓練班100(週末班)


10724

10/13-12/2 成功大學 劉嘉鈴 #625

10727

9/1-10/7 中山大學

10733

9/15-11/18 逢甲大學

*甲級空氣污染防制
專責人員訓練100(週末班)


10711

9/15-11/18

逢甲大學


10722

10/13-12/2

成功大學


10726

9/1-10/7

中山大學
(環工專班)

*乙級空氣污染防制
專責人員訓練100(週末班)


10701

9/1-10/6

工研院(新竹)


10705

9/15-10/28

產基會


10707

9/1-10/7

中山大學


10710

9/1-10/7

成功大學


10712

9/8-10/7

台大慶齡中心


10713

9/2-9/30

中興大學

*空氣污染防制專責人員
到職訓練


10708

9/1-10/7

成功大學


10709

10/13-12/2

成功大學


10720

9/15-11/18

逢甲大學


10721

9/1-10/7

中山大學


10722

9/16-10/6

雲林科技大學


10723

9/8-10/7

台大慶齡中心

*甲級廢(污)水處理
專責人員訓練(週末班)


10708

9/1-10/6

成功大學

劉怡伶

#604


10737

9/8-10/7

東海大學


10743

10/14-11/25

淡江大學
成人教育部


10747

10/13-11/11

嘉南大學


10749

10/6-11/4

台大慶齡中心


10753

9/1-10/7

中山大學

*乙級廢(污)水處理
專責人員訓練(週末班)


10712

9/1-10/7

產基會


10713

10/13-11/11

產基會


10715

9/29-11/4

雲林科技大學


10722

10/20-12/9

淡江大學
成人教育部


10725

10/6-11/10

台大慶齡中心


10726

10/6-11/11

逢甲大學


10728

9/8-10/7

東海大學


10730

10/13-11/4

交通大學

*乙升甲級廢(污)水處理
專責人員訓練


10709

9/1-10/6

成功大學


10744

10/14-11/25

淡江大學
成人教育部


10754

9/1-10/7

中山大學


10757

9/8-10/7

東海大學

*廢(污)水處理專責人員
到職訓練


10723

10/14-11/25

淡江大學
成人教育部


10731

9/8-10/7

東海大學


10733

9/1-10/7

中山大學


10734

9/1-10/6

成功大學


10735

9/1-10/7

產基會

*甲級廢棄物處理
專業技術人員訓練(週末班)
104


10734

10/13-12/2

淡江大學

盧素如

 

#606

 


10736

9/29-11/17

嘉南大學


10737

9/15-11/4

東海大學


10738

9/8-10/13

中興大學


10741

9/1-10/14

屏東科技大學


10742

10/13-12/2

成功大學

*乙級升甲級廢棄物處理
專業技術人員訓練(週末班)
104


10735

10/13-12/2

淡江大學


10743

10/13-12/2

成功大學


10750

9/15-11/4

東海大學


10752

9/1-10/14

屏東科技大學

*乙級廢棄物處理專業
技術人員訓練班(週末班)
104


10713

9/8-10/14

雲林科技大學


10723

9/1-9/30

工研院(台北)


10731

9/1-9/30

工研院(中壢)


10736

10/20-11/25

淡江大學


10738

9/1-9/30

台大慶齡中心


10742

9/1-10/14

中央大學


10743

9/1-9/30

中興大學


10744

10/13-11/11

嘉南大學


10745

9/1-10/7

屏東科技大學環科系


10749

10/21-11/24

東海大學

*乙級升甲級廢棄物清除
專業技術人員訓練班(週末班)
104


10712

9/15-11/4

東海大學


10713

9/1-10/14

屏東科技大學環科系

*乙級廢棄物清除
專業技術人員訓練班(週末班)
104


10706

10/20-11/25

淡江大學


10708

9/1-9/30

台大慶齡中心


10710

9/1-10/14

中央大學


10711

9/8-10/14

雲林科技大學

丙級廢棄物清除專業
技術人員訓練班(週末班)
104


10706

9/1-9/30

中興大學

*廢棄物清除、處理技術人員
到職訓練(甲、乙級)


10718

10/13-11/10

淡江大學


10729

9/1-10/6

中央大學


10735

9/1-9/30

台大慶齡中心


10736

9/1-9/30

工研院


10737

9/1-10/7

屏東科技大學環科系

廢棄物清除技術人員
到職訓練(丙級)


10703

9/1-9/30

中興大學

*甲級毒性化學物質專業技術
管理人員訓練100(週末班)


10703

9/1-9/22

元培醫事科技大學

曾文齡

#627


10714

9/15-10/7

東海大學


10720

10/21-11/11

成功大學

*乙級毒性化學物質專業技術
管理人員訓練100(週末班)


10708

9/15-10/13

產基會


10709

9/1-9/15

成功大學


10710

10/6-10/27

高雄科技大學


10711

9/15-10/7

東海大學

*乙升甲級毒性化學物質專業
技術管理人員訓練100(週末班)


10704

9/1-9/22

元培醫事科技大學


10721

9/15-10/7

東海大學

*毒性化學物質專業技術
管理人員到職訓練(甲、乙級)


10710

9/1-9/15

成功大學


10712

9/1-9/22

元培醫事科技大學


10714

9/15-10/7

東海大學


10715

9/15-10/13

產基會

*丙級毒性化學物質專業技術
管理人員訓練100(週末班)


10703

10/6-10/7

東海大學


10705

9/15-9/16

成功大學

室內空氣品質維護管理
專責人員到職訓練


10707

10/6-10/13

高雄科技大學

林國平

#628

*室內空氣品質維護管理
專責人員訓練(密集班)
106


10717

9/5-9/7

崑山科技大學


10726

9/18-9/21

中央大學


10727

10/3-10/5

產基會


10728

9/26-9/28

嘉南大學


10733

9/17-9/19

中國勞安學會

*室內空氣品質維護管理
專責人員訓練(週末班)
106


10716

9/8-9/15

崑山科技大學


10720

9/29-10/6

嘉南大學


10721

10/13-10/20

嘉義勞工育樂中心


10730

10/6-10/13

高科大(第一校區)

*病媒防治業專業技術人員
訓練班99(週末班)


10709

9/8-10/7

淡江大學(台北)

蘇奕綾

#603


10711

9/22-10/14

東海大學

*環境用藥專業技術人員
(製造業、販賣業、
病媒防治業) 到職訓練


10709

9/8-10/7

淡江大學(台北)


10710

9/10-9/16

淡江大學(台北)

病媒防治業專業技術人員
訓練班99(密集班)


10710

9/10-9/16

淡江大學(台北)

汽車排放控制系統及
惰轉狀態檢查人員訓練
105


10702

9/25-9/28

台北科技大學


10704

9/25-9/28

中興大學

公私場所噪音狀況檢查或
鑑定人員訓練(密集班)


10706

9/5-9/13

工研院(桃園)

加油站油氣回收設施
專業檢驗測定人員訓練班


10701

10/23-10/26

中油訓練所

機車排放控制系統及
惰轉狀態檢查人員訓練
105


10706

10/23-26

台北科技大學


10713

10/23-26

中興大學

*表示跨月份辦理班期

*以上期程表為預訂辦理班期,實際開班日期請逕洽本所各承辦人員
*報名資格請參考: 環境保護專責及技術人員訓練管理辦法
                          https://law.moj.gov.tw/LawClass/LawAllIf.aspx?PCode=O0100006

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