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三晶片-多維度微層析系統全面分析有機混合氣體之研究
(2014) 周界志; Chieh-Chih Chou
本研究利用微機電製程技術(micro electro mechanical system, MEMS)製作三種不同的微層析晶片，分別是單管柱微層析晶片(DB-1，3 m)、多管柱平行分離微層析晶片(OV-210、OV225、OV-25，各1 m)、單管柱微層析晶片(碳分子篩，1 m)，將這三種晶片進行組合，形成三晶片-多維度微層析系統。本系統以DB-1單管柱微層析晶片為共同主軸進行前段分離，其後則以四向閥將裝置系統分為兩部分，第一部分是碳分子篩單管柱微層析晶片，負責分離C5以下的高揮發性有機氣體，是一個串聯式GC-GC一維層析，第二部分則是多管柱微層析晶片，負責分離C5及C5以上的低揮發性有機氣體，利用三向閥來進行氣流路徑的切換，所建構出的一個Stop-flow μGC×μGCs二維層析，透過多管柱平行分離微層析晶片中的三種靜相，產生三張不同的二維層析圖，藉由三種不同的結果，可進行交叉比對，以增加定性判定的準確度。在本研究中，成功地將低揮發度及高揮發度有機氣體分別送至個別適合分析的區域，並在固定的主流速下，尋找各種最佳的實驗參數，其中包括wait time、inject to 2nd-column time、以及個別微層析晶片的溫度梯度參數，最後在最佳條件下，對系統進行測試。在流道總長度只有4 m長的情況下，不需類似液態氮的冷凍裝置，使用致冷晶片進行升溫降溫，即可成功地分離沸點-161°C ~ 234°C的49種有機氣體，證明了此三晶片-多維度微層析系統全面分析有機混合氣體的可行性。
中空孔洞高分子纖維應用於弦振動式氣相層析感測器
(2012) 詹子輝; Tzu-Hui Chan
本研究針對高分子弦震動式氣相層析感測器其核心高分子弦之結構變化探討，當有機氣體吸附在高分子弦時，會造成其發生質量與機械性質的改變，使得通過之正弦波的振幅強度產生衰減進而以電腦記錄觀察。本篇研究即是針對高分子弦結構做探討，使用聚乳酸做為高分子弦材料，針對不同高分子弦結構採用直接拉弦法與同軸電紡法來製作出實心高分子弦、實心具孔洞結構高分子弦、中空高分子弦及中空具孔洞結構之高分子弦。將此裝置串連於氣相層析儀上做為感測器使用，可以發現中空且具孔洞結構之高分子弦感測器相較於實心高分子弦與中空高分子弦，其訊號偵測有大幅躍進：將原本無法偵測有機氣體之實心高分子弦，在經過結構改變後，其偵測極限可降至2μg，故可確信此感測器在經過適當的結構改變處理後即可有效提升靈敏度。未來將針對此結構進行加工與改變，以期待有更好之偵測表現且有效提升其靈敏度。
以微層析晶片建構二維氣相層析方法之研究
(2010) 鍾永信; Yung-shin Chung
　　本研究藉由微機電製程技術(micro electro mechanical system, MEMS)製作微層析晶片(μ-column)，並在微層析晶片內塗佈DB-1以及DB-210兩種不同靜相材料。利用靜相材料對揮發性有機氣體(VOCs)不同的滯留效果，設計出三種不同架構的二維氣相層析儀(2D-GC)，來解決單一微層析晶片分離效果不足的問題。　　市面上裝置於2D-GC內的調節器有冷卻式和機械式兩種，然而冷卻式調節系統需要液態氮或二氧化碳鋼瓶，這與微型氣相層析儀(μGC)特有的可攜性相違背，因此微型氣相層析儀不適合使用冷卻式調節器。　　本研究的三種調節系統分別是Heart cutting GC × GC系統、Deans switch GC - GC系統、以及Stop-flow GC - GC系統。其中Heart cutting GC × GC系統和Stop-flow GC - GC系統都可以在五分鐘內分離出11種沸點相近的有機混合氣體，雖然Heart cutting GC × GC系統因分流而造成樣品的損失，但也因此得到較佳的分離效果。Deans switch GC - GC系統可連接兩組偵測器，增加實驗的效率，以同樣的混合氣體來說，此系統只需要一半的時間即可完成這些氣體的分離。Stop-flow GC - GC 系統對硬體的需求最輕微，但是實驗所需的時間是在這三種系統中最長的。
傅立葉轉換紅外光譜儀之單束光譜定量方法與污染源定位方法研究
(2014) 宋隆佑; Lung-Yu Sung
本論文探討兩個關於開放光徑傅立葉轉換紅外光譜儀 (Open path Fourier transform infrared spectroscopy，OP-FTIR) 的議題，包括單束光譜定量和污染源定位之方法。使用 OP-FTIR 在現場所獲得的單束光譜可以直接計算污染物質的濃度，將已知濃度的標準穿透光譜加入樣品單束光譜中，可以將分析物的光學吸收特徵圖形逐漸消除，稱為「滴定」。定義平方微分合成光譜積和 (sum of squared differential synthetic spectrum，SSDSS) 作為滴定過程所使用的指示劑，可以確認滴定過程到達終點。讓樣品光譜達到終點時所需添加的標準穿透光譜量，可以進行污染物濃度的計算。使用可追蹤含有六種已知成分濃度的標準氣體進行濃度計算驗證，以氣密樣品槽進行紅外光譜數據擷取，並比較滴定方法與古典最小平方法 (classical least square，CLS) 方法的準確度。對工業區煙囪進行 FTIR 連續監測的分析結果顯示 CLS 和滴定法的濃度趨勢是一致的。由於滴定方法在進行定量計算時不需要使用背景單束光譜，因此適合在現場開放光徑量測時使用。在環境背景中經常存在的物質，如NH3、CH4 及 CO 等，可以用單束光譜滴定法順利完成濃度計算的工作，而這些數據在傳統的 CLS 方法中，未取得理想的背景光譜時是不容易做到的。在滴定終點所產生的合成光譜是不含污染物的單束光譜，其他的條件和現場參數是完全一致，應用在紅外光譜儀中是很理想的背景光譜。利用兩組污染玫瑰圖計算污染源機率分布圖以標定污染逸散源的位置。在一個半導體廠陽台架設兩組開放光徑紅外光譜儀進行一週左右的連續量測，解析污染物濃度並且計算各成分的污染玫瑰圖。量測現場同時架設氣象站以紀錄風速與風向。量測期間可以偵測到 CF4、C2F6、CH3OH、NH3、NO2 及 SF6，其濃度在 ppb 範圍。使用各物種前 20 % 高濃度的資料計算污染玫瑰圖。每個物種都利用兩組污染玫瑰圖計算污染源機率分布圖以標示污染源。SF6、CF4、NO2、及 C2F6 等物種的污染高點可以指到工廠的煙囪區，但是 CH3OH 和 NH3 指向不同的來源。本研究提供一個簡單而快速評估污染源的方法
多靜相平行分離微氣相層析晶片研究
(2013) 曹湘薇
本研究藉由微機電製程技術 (Micro electro mechanical system, MEMS)製作多管柱平行分離氣相微層析晶片 (μ-column)，在微層析晶片內分別塗佈上具有不同選擇性的靜相材料：polydimethylsiloxane (DB-1)、polyethylene glycol (DB-WAX)、trifluoropropylmethylsilicone (OV-210)，利用靜相材料對揮發性氣體 (VOCs) 不同的滯留效果可同步獲得三張層析圖譜。微小化氣相層析儀中利用致冷片對微層析晶片進行控溫，本研究利用致冷片對晶片進行控溫進而達到 0 ℃ 的溫度，使管柱分離效果提升。實驗中探討流速、分流比、溫度對化合物在管柱中分離的影響，並找出實驗最佳條件，提升圖譜分離效果。在最佳條件下進行實驗可以在各管柱長僅 1 公尺的情況下分離 12 種沸點以及極性相異的化合物，並只花費 250 秒的時間。任一化合物在固定實驗參數下進行實驗，可同時獲得三張在不同靜相的層析圖譜，進而得到三組不同的滯留時間，三組滯留時間可作為其定性判斷的依據，協助進行化合物的判別。
奈米碳管表面修飾結構與氣體感測選擇性之研究
(2013) 呂慧伶; Hung-Ling Lu
本研究使用化學合成方式在單層奈米碳管(Single Wall Carbon Nanotube)表面修飾羧酸基和酯類官能基，以及表面包覆十二烷基硫酸鈉共三種改質材料，改變奈米碳管的表面化學選擇性。單層奈米碳管表面修飾材料塗佈於電阻式感測器和質量式感測器上作為氣體感測器，並量測和記錄有機氣體感測時電阻的變化和奈米碳管管壁上吸附有機氣體分子之質量變化，進一步探討奈米碳管表面修飾不同官能基其對於不同有機揮發性氣體的靈敏度以及選擇性的變化。研究成果顯示，由於和有機揮發性氣體形成氫鍵以及極性官能基結構使得單層奈米碳管上表面修飾羧酸基以及酯類官能基對於極性有機揮發性氣體有較好的靈敏度。然而對於表面包覆十二烷基硫酸鈉改質材料，則是偵測甲苯氣體反應性較好。本研究合成出三種官能基改質材料於單層奈米碳管表面上，應用於有機揮發性氣體電阻式感測器偵測，未來將這些奈米碳管表面修飾材料應用於微小化GC氣體感測器。
奈米金殼層結構與氣體感應機構之研究
(2010) 蔡佳容; Chia-Jung Tsai
　　本研究中利用五種不同的『單層有機分子膜包覆的奈米金簇(Monolayer Protected Gold Nano-Cluster，MPC)』做為感測材料，將MPC塗佈於阻抗式(Chemiresistor，CR)及質量式(Quartz Crystal Microbalance，QCM)感測器上，對於十種揮發性有機氣體(Volatility Organic Compound，VOC)做偵測，藉以探究奈米金殼層結構與氣體吸附反應機構間的關係；另一方面，對於奈米金粒子作一系列的材料鑑定，分別有UV-Visible spectrum、TEM、SEM、EDS，用以觀察材料之粒徑大小、表面情況，此外利用電化學交流阻抗分析法(electrochemical impedance spectroscopy，EIS)，加強奈米金感測材料的純化鑑定。而氣體感測主要分為兩部分探討，首先評估材料AuTBT、AuEBT、AuPEM，它們於阻抗式感測器的靈敏度差，CR/QCM數值0.074 (AuTBT─butylacetate)~1.187(AuPEM─octane)，在質量式感測器中靈敏度最高可達11.544(AuTBT─butylacetate)，可知材料AuTBT有極好的氣體吸附效果。第二部分中針對AuTBT、AuC8及AuC8mixTBT探討，當AuC8mixTBT(10:1)同時具有AuC8飽和碳鏈伸縮性及AuTBT對於氣體吸附效果，兩種官能基同時存在對於氣體感測靈敏度CR/QCM提升至9.192(butanol)~67.116(octane)，置換前後的感測表現為探討重點。
奈米金氣體感測材料之線性溶合能量關係模型與類場效電晶體測試之研究
(2014) 駱雅凡; Ya-Fan Lo
本研究將奈米金氣體感測材料結合微小化化學感測器(阻抗式化學感測器chemiresistor，CR，以及質量式感測器─石英微量天平quartz crystal microbalance，QCM)所組成的氣體感測系統，量測其阻抗及頻率的變化。所使用的氣體感測材料為四種不同的「單層有機分子膜包覆的奈米金簇 (monolayer protected gold nano-cluster，MPC)」，藉由包覆於奈米金表面分子之官能基不同，探討四種具有不同官能基的氣體感測材料對於十六種有機氣體的吸附靈敏度以及反應機構。實驗結果發現，含長碳鏈的奈米金材料對於氣體的吸附較佳，且對於極性氣體之感測靈敏度，有苯環的感測材料優於含酯基的感測材料。接著，我們利用QCM裝置感測有機氣體的量測結果，將其所求得的氣體吸附平衡常數K (partition coefficient) 與待測氣體之溶劑參數進行多元線性迴歸，分別計算出四種材料的線性溶合能量關係模型 (linear solvation energy relationship model，LSER model)，並藉由此模型探討各材料中，氣體吸附平衡常數與各化學作用力之間相關連的程度，實驗結果發現作用力中的極性與氫鍵酸之作用，對於Au-ESTER在吸附氣體時的影響較大，凡德瓦力則是和碳數多的Au-C8與Au-10C較相關；此外，我們將氣體的溶劑參數分別代入四種氣體感測材料的LSER model之中，得到的值與實驗結果有相同的趨勢，因此此模型可以用來作初步簡易的吸附選擇性預測；最後，嘗試將微小指叉電極改製成類似場效電晶體的構造，塗佈上兩種氣體感測材料Au-TBT和Au-C8，進行電性量測，結果在電壓增加到某個大小後，電流值會陡升，並觀察當輸入閘極電壓進行氣體感測時靈敏度之變化，結果靈敏度是沒有提升的現象。
微型氣相層析儀
(2013) 簡日昇; Rih-Sheng Jian
本研究以結合微機電與非微機電技術，開發一部能夠快速分析環境中複雜揮發性有機物的微型氣相層析儀，本研究之主要工作包含：(一) 利用微機電製程之關鍵元件：多段式微前濃縮晶片、微層析晶片以及奈米金-阻抗式感測器，搭配小型氣體幫浦與小型電磁閥，組裝整合出第一代之微小化氣相層析系統，以抽取周圍空氣，並透過除水分子篩與活性碳過濾水氣及背景有機物後，作為系統的載流氣體，不需使用氣體鋼瓶，達到儀器較小體積與輕量化並適合長時間的操作。結果顯示，7種有機氣體可在2分鐘內達到有效分離並由奈米金-阻抗式偵測器偵測之，其儀器偵測下限可達2.6 ng (n-octane)。 (二) 將第一代儀器調整關鍵元件並重新設計，使用多柱狀陣列微前濃縮晶片內含燒結碳膜作為吸附質更換原有之多段式微前濃縮晶片，以及用光游離偵測器取代奈米金-阻抗式偵測器，使整體系統穩定度提高，全系統體積最小達到20 × 10 × 6 cm之第二代原型儀器。6種有機氣體可在2分鐘內達到有效分離並由光游離偵測器偵測之，其儀器偵測下限可達10 ppb (m-xylene)於1.0 L採樣體積。 (三) 本階段開發一部高可靠度之應用型微型氣相層析儀，並以非微機電方式製作高流量採樣模組、快速溫控之毛細管層析分離模組、光游離偵測器，內嵌入式一部平板電腦，功能整合出第三代微型氣相層析儀，實驗結果顯示，隨著快速溫控程式該儀器可在2分鐘內有效分析10種有機化合物，儀器偵測下限值達0.02到 0.36 ppb於1.0 L採樣體積，儀器在超過24小時連續操作下，積分面積相對標準偏差值介於2.2 % (benzene, n=120)到5 % (m-xylene, n=120)，且該原型儀器可手持式獨立操作，不需要外接電腦進行控制。 (四) 此原型儀器應用於鄰近工業區之學校與半導體無塵室內，進行現場有機氣體之即時分析，搭配不鏽鋼採樣筒之美國環保署TO-15標準分析方法，採樣結果藉由氣相層析質譜儀進行分析，以提供分析比對。結果顯示，個別分析出的有機化合物可呈現出濃度隨著時間變化之趨勢，學校內濃度範圍介於0.1到4.8 ppb，而無塵室內濃度範圍介於0.3到20 ppb，此數據可提供作為暴露於有機氣體汙染之健康評估；隨著呈現出的實驗結果，此微型氣相層析儀原型儀器證實可應用於有機氣體快速分析與現場環境監測。
微小化介電質氮氣電漿放射光譜應用於氣相層析偵測器之研製
(2013) 洪德裕; Te-Yu Hung
本研究成功發展出微小化介電質放電電漿裝置應用於氣體偵測，此微小電漿氣體偵測器的電極是以白金線四周包覆玻璃製作而成，且電極間距為200 μm。當在兩端電極連接高壓產生器，施加電壓8 kVp-p、頻率67 kHz正弦波形的交流電源，可在常壓環境下形成穩定電漿，電漿放電體積約為80.0 nL。本研究以氧氣、氫氣、空氣及氮氣四種氣體做為載流氣體進行測試，其中以氮氣作為背景氣體，最容易產生電漿。當有機揮發性氣體通過電漿區域時，有機物會與氮氣形成碳氮鍵，以光譜儀偵測放射光譜在384 nm的地方會有明顯光譜訊號產生。本研究也進一步探討流速、電壓、採樣袋背景氣體與訊號反應的關係，氮氣電漿對於烷類、醇類、酮類、酯類、芳香族及鹵化物等各種官能基有機氣體通過時，在光譜儀上皆有類似的訊號反應，並且會隨有機氣體碳鏈的長度增加放射光譜的訊號強度。在本研究的測試系統中，偵測極限已達到0.54 ng，此裝置具備微小、價格低廉、不耗損電極、可使用成本較低的氮氣作為載流氣體以及高靈敏度等優點。
測量動機對師大學生學業成就的影響
(2011) 呂佳蓉; Chia-Jung Lu
本研究以師大大學部修習通識課(管理學及行銷學)學生為研究對象,共232個樣本數來研究動機與學習成就的關係. 研究者以三種動機理論來測試學生的學習成就--包括歸因理論,動機理論,自效理論. 分析工具則採用描述統計,t檢定和迴歸. 本研究發現師大的學生有高度的內在動機. 他們通常把學業成功歸因於"努力";他們擁有自信;他們可以獨力完成一份工作. 此外,他們的父母給他們自主權. 因此本研究建議應加強學生的內在動機與自效,以提高學習成就. 另外,本研究發現人口統計資料對學生有重大影響,如性別: 女生高於男生; 區域則有城鄉差距. 學生家長的收入對學生也有重大影響--較低收入家庭的學生比較高所得家庭的學生動機高. 本研究可增益於老師,家長和學生.
碳分子篩薄膜應用於微機電-有機氣體濃縮晶片之研製
(2012) 陳瑋如; Wei-Ru Chen
本研究以自製之高溫燒結碳膜，探討其對於空氣中揮發性有機化合物(VOCs)之吸附效能。首先在缺氧及高溫條件下，利用不同的碳化條件，將原料熱裂解成多孔性碳結構體，尋求最佳碳化條件，製出微孔結構活性碳，並進行活性碳之物理性質分析，包括：以場效發射式掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察材料表面縱深形貌及微結構影像、以微孔隙分析儀測定BET比表面積等。為配合微機電製程開發，以陽極接合封裝的晶片型前濃縮裝置，將碳材與適當溶劑混合形成液態物，灌入晶片形成一層均勻薄膜，燒結成多孔吸附劑，進行相關探討。本研究以纖維素和saran當作實驗材料，其最佳製程條件分別為：從室溫開始，以10℃/min之速率升溫至600℃，並維持恆溫2hr；以及以10℃/min之速率升溫至700℃，並維持恆溫1hr。本實驗依不同碳材之性能，找出適合其指標性氣體，探討其在碳材上之吸附與破出行為，並將此自製碳材送測比表面積分析，得到數據分別為308 m2/g和899 m2/g，皆可與市售碳材進行比較。其中由saran燒製所得的碳分子篩膜吸附容量極高，以toluene為標的氣體，此自製碳膜皆可達到103~104倍的高濃縮倍率。最後將各脫附實驗結果代入Wheeler model，推估吸附劑之吸附容量與動力係數，證明自製碳膜之耐用度良好，本研究所建立之吸附膜製程未來可以廣泛應用於各式微晶片採樣器設計上。
聚合物修飾奈米金殼之表面電漿共振氣體感測陣列的最佳化研究
(2012) 周育瑋; Yu-Wei Chou
本研究研發出一組局部表面電漿共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)感測器陣列，藉由在奈米金殼粒子表面修飾具有不同官能基的聚合物來增強對於有機揮發性氣體(volatile organic compounds, VOCs)的化學選擇性。從即時光譜觀測LSPR變化的結果，可以得知經過表面修飾後的感測器對八種有機氣體均具有選擇性，此外仍能保有快速反應的特性，對不同氣體濃度進行偵測時也能獲得良好的線性關係。為找出具有最佳氣體鑑別度的感測器陣列組合，本研究使用五種計算方法進行判斷，分別為：最大距離法、變異數法、最大面積法、F檢定(F-test)、Wilcoxon-Wilcox檢定(Wilcoxon-Wilcox test)。其中，由變異數法指出使用DB-1、PIB、PECH三種感測器的組合鑑別度較佳，而最大距離法與最大面積法則是以PEG、PIB、PECH的感測器組合鑑別度較佳；F檢定得出具有較佳鑑別度的組合分別為{PEG, PIB}、{PEG, PECH}、{PMMA, PECH}這三種，至於Wilcoxon-Wilcox檢定則為PEG、PIB與PEG、PECH這二種組合。經由上述判斷的過程，有助於從大量的感測數據中快速篩選出具有最佳鑑別度的感測器組合。
高分子弦振動式氣相層析感測器之原理開發
(2010) 鍾沛文; Pei-Wen Chung
本研究嘗試開發以機械波振幅變化為原理的新型態感測器，其原理是藉由一揚聲器發出特定振幅以及頻率的正弦波，並透過一高分子弦傳遞至另一端收音器上被電腦記錄，經傅立葉轉換後可得到該頻率之強度，藉由氣體分子接觸高分子弦的吸附行為，造成高分子弦之質量與機械性質改變，進而引起振幅衰減而被觀察出。而此感測器藉由不同的設計，可以將其串聯於大流量的動態氣體生成系統，其偵測下限最低可感測到59.6 ppm的Butyl acetate以及101 ppm的Toluene之有機揮發性氣體。此裝置串聯於氣相層析儀上作為感測器使用時，實驗中將七種不同官能基之有機氣體混和後注入，經管柱分離後可得到相對於各樣品的訊號峰，其LOD最低可測得0.5 μg的m-Xylene，並比較高分子弦在不同條件下其長度、粗細等對偵測特性的影響，同時對於操作頻率、讀取訊號等方法，加以探討。此感測器未來應用在氣相層析具有獨特的優點。目前已證實原理的可行性，靈敏度等提升方法則仍在研究中。