學位論文
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Item 陽極氧化鋁靜相之金屬碟式氣相層析管柱研製(2024) 范智傑; Fan, Chih-Chieh本研究以金屬加工的方式開發出新型的氣相層析(Gas Chromatography, GC)管柱，在以鋁為底材的微流道中，生長陽極氧化鋁(Anodic Aluminum Oxide , AAO)作為氣相層析的靜相。依照不同的微流道製造方式以及陽極氧化鋁的生長條件，研究分為三大部分。第一部分為在毛細鋁管當中直接生長陽極氧化鋁，第二及第三部分為在沖壓製成的鋁微流道中生長陽極氧化鋁，並封裝製成封閉的流道結構。第一部分在毛細鋁管當中直接生長陽極氧化鋁，毛細鋁管使用抽拉的方式製成，為所有流道結構當中最穩定且截面最接近理想的圓形者。但因為陽極氧化鋁的生長過程受到電流及電解液的限制，而毛細管的截面不足以提供適當的生長條件，因此在數米的尺度上難以製備出均勻的靜相。作為本研究的首次嘗試，這樣的流道製造方式所得到的初步層析表現，對於後續的研究來說是相當重要的參考。由於陽極氧化鋁的生長需要相當的電流以及充分攪拌的電解液，第二部分開始嘗試在平板結構上加工出微流道，在硫酸中生長陽極氧化鋁之後，以封裝的方式來完成整個封閉流道。鋁作為一個相當難以焊接的金屬，再加上應用在氣相層析而不能使用加熱會產生揮發性物質的有機封裝材料，流道封裝技術的開發在本研究當中是相當重要的關鍵。第二部分的研究首次有效地做出以陽極氧化鋁作為靜相的氣相層析管柱，並進行了C1-C15直鏈烷類的分離。由於多孔粉末塗布的條件限制，商用氧化鋁管柱的可操作溫度較為受限，本研究則不受此限制，同時分離如此大沸點範圍的分析物在氧化鋁管柱當中為首見。第三部分則是在第二部分的基礎之上進行管柱結構與陽極氧化鋁表面的優化。第二部分使用的製程雖然能最快速生長最厚的陽極氧化鋁，但其表面極性太強，只能針對烷類化合物進行有效的分離，另外靜相厚度太厚也會對分離的效果造成不利的影響。第三部分研究改為使用草酸二次陽極氧化，使用較薄的靜相，並重新開鋼模，將流道內徑縮小並優化與封裝製程之間的配合。除了在理論板數的表現上有顯著進步之外，能分離的化合物範圍也從只有烷類拓展為烯類、芳香烴以及鹵烷類等化合物，最後再更進一步使用油酸進行表面化學修飾，能夠分離部分含氧及含氮的有機物，在應用上已慢慢接近商用管柱的水準。Item 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。Item 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。Item 乙醇電氧化在過渡金屬觸媒上之反應趨勢(2014) 徐福星; Fu-Hsing Hsu本論文以Pt、Pd、Rh、Ir、Au、Ag、Cu、Co與Ni等九種過渡金屬觸媒，在鹼性條件下對乙醇電氧化反應之產物，做有系統的研究。 上述九種金屬觸媒以含浸還原法製備，加入NaBH4當作還原劑，使其還原並吸附在Vulcan XC-72上。此法合成出來的樣品粉末，會先經由XRD、SEM、EDS與TEM的測試，藉此確認其結構、組成以及顆粒的大小，接著把合成出來的金屬觸媒，吸附到玻璃碳電極上進行電化學測試。本文採循環伏安法進行測試，從其實驗結果中找出各金屬觸媒的電化學特性，並依其性質將之分類；實驗以循環伏安法在-0.9 V~0.6 V掃描6~24 圈數後，藉FTIR、酸鹼度計以及氣相層析儀，分析經過乙醇電氧化產生出來的乙醛、乙酸產物，探尋、歸納過渡金屬觸媒之乙醇電氧化反應趨勢。 乙醇氧化反應分為兩種產物路徑：(1)12個電子轉移的C1路徑(2)4個電子轉移的C2路徑。本研究主要針對乙醇氧化反應的C2路徑產物(乙醛及乙酸)做分析。由產物分析的結果可以得知，在低電位(-0.9 V~0.6 V)的條件下，Pt、Pd、Au與Ag四種金屬作為觸媒，對乙醇電氧化成乙醛及乙酸之過程，相較於其他金屬擁有較高的催化活性。根據本研究結果顯示，在4個電子轉移的C2路徑下，各金屬觸媒對乙醇電氧化的催化活性由高至低依序為：Pt > Au > Ag > Pd > Rh > Ir > Cu > Ni > Co。再以此實驗結果，比較乙醇氧化的CV峰電流以及C2路徑的產物活性，可以推得Au與Ag兩種觸媒主要採C2路徑；Rh及Ir觸媒則採C1路徑；而Pt和Pd觸媒則是介於C1到C2之間。Item 氣相層析-哨式偵測器/加速度規感測器對無機氣體的分析與研究(2013) 吳卉馨; Hui-Hsin Wu本研究發展在氣相層析法中使用加速度規感測器來偵測無機氣體。將一迷你發音哨連接於氣相層析管柱的後端，取代傳統的氣相層析儀偵測器。當載流氣體與待測物氣體通過迷你發音哨時，產生聲音，造成振動變化，可以使用加速度規感測器來記錄。點燃傳統中國的沖天炮內的推進劑與爆炸劑，將會釋放高含量的二氧化硫、氮氣和二氧化碳無機氣體，並可以利用氣相層析/哨式偵測器-加速度規感測器系統做快速偵測。這裡描述的方法是安全的，儀器裝置亦是嚴謹，具有潛力被改良成為可攜式裝置。由於火焰離子偵測器對二氧化硫、氮氣、二氧化氮和二氧化碳難偵測，以及熱導偵測器需要使用氦氣，而此系統可以分別與火焰離子偵測器或是熱導偵測器結合來使用。Item 電流式微小氬氣電漿-氣相層析偵測器(2016) 黃祐杰; Huang, You-Jie摘要 本實驗利用自行組裝的微型化介電質放電電漿應用於揮發性有機氣體分子的偵測，此微型化電漿偵測器是把不鏽鋼毛細管柱塞入玻璃管中密封後，並於玻璃管外纏繞電線製作而成。於電極兩端施加電壓9 kVp-p的高壓交流電後，可於常壓環境下形成穩定的電漿。本研究以氬氣作為載流氣體偵測訊號，當揮發性有機氣體通過電漿時，會和電漿中的氬離子發生反應，導致氬氣電漿的背景電壓值有明顯的變化。本研究進一步探討感測電極與電漿的距離、流速、電壓與反應訊號之間的關係，以找出在每一個不同變因下的最佳條件。當不同官能基的有機氣體分子，如烷類、醇類、酮類、酯類、芳香族；及鹵化物通過氬氣電漿時，皆有明顯的訊號變化。且訊號強度會隨著有機物碳鏈長度的增加而有逐漸增強的趨勢。本偵測器對iso-butanol的最低偵測下限為1.61 ng。此偵測器的優點為體積小、製作成本低，且有機氣體通過電漿時，訊號皆會有明顯的變化，因此可以應用於揮發性有機氣體的偵測。 關鍵字：介電質、常壓電漿、氣相層析Item 介電質空氣光譜-微小化氣相層析偵測器(2016) 吳韋霆; Wu, Wei-Ting本研究成功研發微小化介電質放電電漿裝置，並應用於氣體偵測，此電漿氣體偵測器的內電極為不鏽鋼毛細管，外電極則為銅線，並利用玻璃管同時做為氣體通道以及介電質製作而成。在兩端電極連接高壓產生器，施加電壓8~10 kVp-p、頻率63 kHz正弦波形的交流電源，可在常壓環境下形成穩定的電漿，本裝置的電漿放電體積約為1100 nL。本研究以空氣做為載流氣體進行測試，可以成功產生電漿並實際用於偵測有機化合物，當有機揮發性氣體通過電漿區域時，有機物會增強空氣電漿的放光強度，以光譜儀偵測發射光譜在380 ± 2 nm區間的光譜變化，會有明顯的光譜訊號產生。本研究也進一步探討流速、電壓、採樣袋氣體與訊號反應之間的關係，空氣電漿對於烷類、醇類、酮類、酯類、芳香族及鹵化物等各種官能基的有機氣體通過時，皆可在光譜儀上看到類似的訊號反應，而且反應性訊號會隨著有機氣體碳鏈長度的增加而增強發射光譜的訊號強度。本研究的實驗裝置偵測極限對propanol可達到1.57 ng，此裝置具備微小化、價格低廉、不耗損電極、可使用空氣做為載流氣體與高靈敏度等優點。Item 鉑合金觸媒的乙醇氧化反應機理之探討(2015) 簡至廷; Chien, Zhi-Ting本論文以 Pt 3 Pd、Pt 3 Ag、Pt 3 Rh、Pt 3 Au、Pt 3 Cu、Pt 3 Ru 等五種合金觸媒與 Pt 金屬做比較在鹼性 KOH 溶液下對乙醇電氧化反應的產物做及時偵測，並將金屬 對乙醇的氧化反應機構做有系統的研究。 本實驗所用到的陽極合金觸媒皆是以乙二醇-硼酸還原法製備，以乙二醇以及 硼酸 NaBH 4 做為還原劑還原金屬並吸附在 Vulcan XC-72 碳黑上，此法合成出來 的樣品粉末會先以 XRD、SEM 與 EDX 測試鑑定其結構、組成、以及顆粒大小 等物理性質的鑑定，再將合成出來的金屬觸媒吸附在玻璃碳電極上進行電化學測 是。在本文中，電化學實驗是以循環伏安法以及計時安培法來測試得到金屬觸媒 的電化學性質、並將之分類。以循環伏安法在-0.9V~0.6V 掃描後，以 FT-IR 以及 GC 分析經由乙醇電氧化產生出來的乙酸、乙醛、以及 CO 2 等產物，並探討、歸 納合金觸媒對乙醇的電氧化反應趨勢。 乙醇氧化反應主要分成兩種反應路徑: (1)斷裂乙醇 C-C 鍵使 12 個電子轉移 的 C1 路徑以及 (2)氧化乙醇至乙酸產生 4 個電子的 C2 路徑。本研究中會將兩 種路徑的產物作分析，結果得知在低電位下(-0.9~0.6 V)，Pt 3 Ag、Pt 3 Au 在做為觸 媒具有較高的電流密度，其電氧化效能是最好的。且其 FT-IR 以及 GC 的結果顯 示這兩種合金主要是以乙酸做為主要產物，推測這兩種合金是趨向 C2 路徑。而 Pt 3 Rh、Pt 3 Ru 在 GC 的研究中顯示這兩種的 CO 2 產量是最高的，推測這兩種合金 觸媒對乙醇氧化反應機構主要是走 C1 路徑。Pt 3 Pd、Pt 3 Cu 雖然其電化學效能最 差，但經由產物分析後得知這兩種合金主要也是 C2 路徑為主。