應用顯微攝影與碎形分析技術建立柴油引擎排放微粒型態特徵研究

本研究以柴油動力計模擬柴油引擎的運作,對於其排放的柴油微粒和聚集體,藉著電子顯微鏡顯微攝影技術建立起其圖譜資料庫,並藉碎形模式的使用,直接對聚集體之表面聚集結構紋理進行分析,計算出其二維的獨特碎形參數,經由影像資料庫以及獨特碎形參數的計算,便能提供鑑定微粒之直接而有力的證據。 動力計在不同的操作條件下,控制引擎轉速分別處於2900 rpm、1740 rpm和1160 rpm,從SEM的微影圖片顯示動力計排放的柴油黑煙微粒型態非常的相似,柴油黑煙微粒形狀為圓球狀,粒徑介於10~100 nm之間;而其形成的聚集體,由陶多多的柴油黑煙主要微粒所組成,這些聚集體的型態以鍊狀的聚集體或塊狀的結塊體存在。 碎形模式特性試探的實驗中,改變影像的明暗度,不會影響影像的碎形特性;不同SEM倍率之影像,當碎形模式選取框架為依等比例選取時,兩張影像的碎形參數最為接近;若使用影像處理軟體將影像放大縮小,結果顯示放大之影像發生失真,碎形參數改變;縮小之影像,卻不改變其碎形特性。 在碎形模式的分析研究中,我們挑選出柴油微粒聚集體之SEM 10萬倍之影像進行碎形模式分析,模式框架的選取為65x65~80x80像素,經統計計算,結果顯示,當動力計在不同操作條件下,柴油黑煙微粒的碎形參數非常接近,並且得到柴油黑煙微粒聚集體的獨特碎形參數,碎形參數值介於0.194~0.374,而平均碎形維度為1.716。 在比對研究中,我們利用MOUDI採樣器將台北市基隆路、台中縣中棲路與南投縣原始森林區的懸浮微粒進行採樣,挑選出粒徑介於10~100 nm的微粒SEM微影圖,與柴油黑煙微粒進行型態與碎形參數的比對,結果顯示,這些微粒在型態上和碎形參數皆與柴油黑煙微粒相當的吻合,其來源可能來自於柴油車的排放。

作者:賴燕秋