第三章 實驗部分
3.3 儀器組裝及各裝置介紹
BenchMarkTM玻璃管柱如圖 6，含一固定末端與一可調式末端。
由於具備可調端之組件(圖 7)，故可自行調整固定相所需填充長度。
在填充管柱前，為避免玻璃管柱上之商標與管柱型號標籤遮擋 WCD 系統之光源，故須利用酸性溶液去除標籤。首先先將除去兩端 組件的玻璃管柱浸泡於 16M 濃硝酸(16M HNO3)中，浸泡約三小時後，
標籤上的染料便會脫落且防水膜也隨之鬆弛；此時再使用濃氫氟酸 (concentrated HF)，將緊黏於玻璃管柱上之標籤去除；使用濃氫氟酸 時須特別小心，並在具有充備安全防護的狀況下，以棉花棒沾取濃氫 氟酸後，以極輕的力道於標籤上來回擦拭，由於氫氟酸除去標籤的機 制乃是利用氫氟酸與二氧化矽間的反應：SiO2+6HF→H2[SiF6]+ 2H2O，
若太用力則會使玻璃管柱之玻璃受損。
將玻璃管柱去除標籤後，便可利用自行填充之方式，填充 sep-pak®中的 C18粉末。自行填充採用乾式填充法，首先將 sep-pak® 剪開，取出其內的 C18粉末(圖 8)，在測量其重量後，直接將乾粉狀之 C18固定相逐次微量填充至玻璃管柱中，填充過程不時輕敲管壁以減 少空隙並且讓 C18固定相平整而緊密，若 C18吸附劑並非緊密、平均 的分布於管柱內，將會使得樣品於管柱內各段的吸附情形不穩定。填
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充完成後，利用乙醇以適當流速沖洗管柱，而後再旋轉玻璃管柱之可 調端組件，藉此使填充之固定相更為緊密，便完成了固定相填充長度 1.5cm，內徑 6.6mm，填充 sep-pak®C18為固定相之玻璃管柱。
(圖 6) BenchMarkTM玻璃管柱
(圖 7) BenchMarkTM玻璃管柱結構圖。管柱規格：固定相長度填充 1.5cm、內徑 6.6mm，內含擋板(frit，10μm )。 其中，A 部分為可調 端，透過旋轉組件來改變固定部分為可調端，透過旋轉組件來改變固 定相填充長度，B 部分則為固定端。
(圖 8) sep-pak® cartridge 與其內的 C18 粉末
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3.3.2. WCD 系統
WCD 系統包含光學盒、光源、XYZ 軸調整機座以及處理訊號 用的個人電腦。光學盒為新竹市虹光精密工業股份有限公司所提供的 光學掃描器(型號 CanoScan 5000)拆解下來，內部包含三組平面鏡和 一片聚焦的透鏡，透過此光學盒所設計的光學路徑，21 公分寬的光 線可被聚焦在一個 6 公分的 CCD(型號 Toshiba models T8E21)上，然 後轉換成電訊號於個人電腦上，如圖 9 所示。
光源可視偵測的樣品種類而做更換，通常使用和樣品顏色相對 應的光色做為實驗光源(若樣品為亞甲基藍則使用紅色光源，若樣品 為甲基橙則使用藍色光源)，本研究中所使用的光源包括放射波長為 460 nm 的藍光 LED 光源(型號 DL-15-200-B-V)，及放射波長為 620nm 的紅光 LED 光源(型號 DL-15-200-R-V)，以上光源皆購自曜宇科技股 份有限公司。
XYZ 軸調整機座分為兩個部分，第一個部分可架設光源、管柱，
第二個部分架設光學盒，兩個部分總共可以有 5 種方向來調整彼此間 的距離與高度，以及調整光源之光線穿透管柱後射入光學盒的角度，
此機台委託彥宏開發科技股份有限公司設計製作。
光線必須通過填充固定相的玻璃管柱後抵達位於光學盒內的 CCD 上，雖然填充的固定相並不透明，但光線可藉由擴散反射
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(diffuse-reflection)的方式穿越於固定相空隙間，雖然以此方式所收集 的穿透光線並非一般常見的吸收光譜測量方法，但根據文獻[55]指出，
仍有不少團隊以此種模式觀察管內樣品分離行為，此即表示以此種方 法進行分析是可行的，亦可以精確的表現樣品在管柱中的位移行為。
樣品吸收訊號處理方法如下：樣品尚未注入管柱前，先收集光 源通過含有初始條件移動相之管柱後抵達 CCD 的訊號，令其為 P0， 樣品注入的同時，再次啟動 WCD 系統收集樣品在通過管柱過程中所 有光線強度訊號，令其為 P，吸收值 A=log(P0/P)，此為根據 CCD 所 收集之電訊號來計算樣品通過管柱過程中之吸收訊號的方法。
(圖 9) 詳細光學盒示意圖。光學盒內部包含三組平面鏡和一片聚焦，
透過圖示之路徑，21 公分寬的光線可以被收集在一組寬度 6 公分的 CCD 上，然後轉換成電訊號於個人電腦以供數據處理。
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3.3.3. WCD 系統操作介面設定
進行實驗前，必須先設定好連接 WCD 系統之個人電腦中的操 作介面(圖 10)，樣品取樣時間、取樣點數、取樣模式及曝光時間參數，
使 WCD 系統獲得樣品吸收訊號，以下逐一介紹操作面各項參數之設 定原則。
(1) 樣品取樣間隔時間(sampling interval)
樣品取樣時間是以毫秒為單位，根據實驗條件做調整，輸入適當的取 樣時間。
(2) 樣品取樣點數(data points)
此欄可以選擇訊號收集點的數量，總共有 5 個選項：670、1340、2680、
5360、10720，在偵測範圍 21 公分的全管柱偵測器裡，其光學盒內線 性 CCD 上有 10720 個像素(即 10720 個訊號收集點)，若以相鄰 2 點 做平均積分處理，會得到 5360 個訊號收集點；若以相鄰 4 點、8 點、
16 點做平均積分處理，分別會有 2680、1340、670 個訊號收集點，
本實驗每一組訊號波形皆由 2680 個點所組成，空間解析度相當於 0.078 mm，對本研究而言其解析度已足夠。
(3) 樣品取樣模式(sampling mode)
光學盒內部的 CCD 有塗佈材料，可以過濾掉不同波長的光源。因此，
由取樣模式可以選擇光源通過 CCD 的波段，選擇模式有 5 種，分別
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為 Red、Green、Blue、Color、Gray，在本實驗中，因所選擇的光源 已是單波段光源，所以選擇「Gray」為取樣模式，即 CCD 不需濾掉 任何波長的光，盡可能讓所有可用的光線都能到達偵測器，提高偵測 訊號的靈敏度。
(4) 曝光時間(exposure)
曝光時間是以百分比(%)，輸入不同的數值會對應到不同的曝光時間，
本研究中 WCD 系統的最短曝光時間為 3.6 ms，但由於管柱內填充固 定相會導致光源訊號大幅減弱，進而影響訊號解析度，故本研究所選 擇的曝光時間長度固定為最大值 1600%(57.6 ms)。
(圖 10) WCD 系統電腦操作界面圖。操作界面上可設定之參數包含：
數據取點間距時、偵測器曝光時間、取樣點數、取樣模式。除了數據 取點間距時間於每次實驗前須重新輸入以外，在本研究中偵測器曝光 時間固定為 前須重新輸入以外，在本研究中偵測器曝光時間固定為 1600%(57.6ms)，取樣點數固定為 2680 個、取樣模式固定為「Gray」。
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