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普考申論題 105年 [環境檢驗] 環境化學概要

第 一 題

📖 題組:
PM2.5 是目前大氣環境中最被關心的細懸浮微粒種類,經分析測得空氣中的 PM2.5 濃度為 10 μg/m3,平均粒徑為 1 μm,密度則為 2.5 g/mL:
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請說明為何 PM2.5 比氣溶膠(aerosol)更容易進入人體的呼吸系統?(5 分)

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看到此題,首先應釐清「氣溶膠」與「PM2.5」的定義從屬關係(PM2.5 本身即是氣溶膠的一種,題意實為與『較大粒徑氣溶膠』對比)。接著,必須以「空氣動力學粒徑」為核心,運用環境毒理學中的人體呼吸道沉積機制,說明微粒的物理性質如何決定其穿透上呼吸道防禦並深入肺泡的能力。

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【破題】點出核心概念 本題首先需釐清定義:PM2.5 實質上是「氣溶膠(Aerosol)」的一種。一般泛稱的氣溶膠包含粒徑範圍極廣的懸浮微粒(約 0.001~100 μm),故本題科學上的比較基準應理解為「為何 PM2.5 比起『一般較大粒徑之氣溶膠(如 PM10 或 TSP)』更容易進入人體呼吸系統深處」。 【論述】

小題 (二)

成年人每小時平均約吸入 350 L 的空氣,如以圓形顆粒來表示 PM2.5 的粒徑,請計算 PM2.5 每年進入人體的總質量及總比表面積。(10 分)

思路引導 VIP

本題測驗空氣污染物濃度的暴露量計算與微粒物理性質。解題第一步是『統一單位』,將呼吸率(L/hr)轉為(m3/year),搭配濃度求出總質量;第二步需熟悉球體幾何,利用比表面積公式 SSA = 6/(ρ × d) 求出單位質量表面積,再乘上總質量即可得總面積。注意『總比表面積』在題意上通常指『總表面積』。

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【解題關鍵】 計算暴露質量需利用公式:總質量 = 濃度 × 呼吸率 × 暴露時間。計算微粒表面積需利用球體幾何公式,推導出比表面積 $SSA = \frac{6}{\rho \cdot d}$,再求出總表面積。 【解答】

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