3-1 實驗儀器
本研究的實驗裝置示意圖與實際設置，如圖所示。
圖 3-1 實驗裝置與條件示意圖
26
圖 3-2 實驗裝置實際照片
27
3-1-1 微哨感測器
本實驗使用的微哨感測器主要針對氣體樣品進行分析，如圖 3-3 所示。微哨偵測器之外徑為 3 mm、內徑為 1 mm、共振腔長度為 9 mm、
整體長度為 18 mm、適用氮氣流量範圍 40 至 60 mL/min、發音頻率 為 7800 至 8700 Hz。
圖 3-3 哨子感測器
微哨感測器在通入氣體時，依通過氣體的平均分子量不同而得到 不同的聲波頻率。由公式可知，若通過微哨的分析氣體平均分子量較 大時，會產生較低的音頻，反之，若通過微哨的分析氣體平均分子量 較小時，會產生較高的音頻。為了避免外界的雜音干擾到哨音訊號，
微哨感測器被置於氣密式的隔音管中。微哨感測器可搭配市售麥克風 作為偵測器。在本實驗中使用的是 NI 儀器的整合式電子壓電 (IEPE) 麥克風。
28
3-1-2 氣相層析儀
在本研究中為使用 HP 5890 Series II 氣相層析儀，如圖 3-4 所示。
分析管柱為 HP-PLOT Q，長 30 m、內徑 0.45 mm、膜厚 2.55 μm。
當樣品被注入氣相層析儀中，先在進樣器中被汽化，接著被載流 氣體攜帶至分離管柱進行分離。依照氣體樣品各組成與分析管柱本身 的特性，各組成氣體會在不同的滯留時間被析出通過微哨偵測器。
氣相層析儀由進樣器與分離系統兩個部分組成。可調控進樣器的 溫度、分離管柱的烘箱溫度、管柱柱頭壓、進樣器分流/不分流。適 當參數的調控，可得到最佳的分析條件。
圖 3-4 HP 5890 Series II 氣相層析儀
29
3-1-3 自組裝恆溫槽
本研究中利用到的銅管恆溫槽可容納 5mL 體積的樣品瓶。並以 市售的溫控裝置將銅管加熱，以 K-type 之熱電偶作為溫度感測進行 溫度條件的控制。樣品槽溫度可穩定維持在±0.5℃。自組裝恆溫槽如 下圖所示。
圖 3-5 自組裝恆溫槽
30
3-1-4 自組裝自動進樣裝置
為了探知種子在萌發階段的呼吸作用進行即時監測。自組裝的自 動進樣器被使用於本研究中。其架構圖與實際裝置，如圖 3-6、3-7 所示。當磁力閥開啟時，當樣品槽的背壓大於進樣端的壓力差，氣體 樣品便可從樣品槽通入置氣相層析儀中。
磁力閥的運作利用 LabVIEW 程序進行編程控制，以類比/數位卡 PCI-6221 提供 5 VDC 經 ULN2003AG 晶片轉換成 24 VDC，啟動磁力 閥。電磁閥電路圖如圖 3-8 所示。
圖 3-6 自動進樣裝置架構圖
31
圖 3-7 自動進樣裝置實際照片
圖 3-8 電磁閥驅動電路
32
3-2 裝置控制、資料處理與 LabVIEW 編程
以 LabVIEW 進行程式編寫來控制自動進樣系統、進行訊號處 理與紀錄。LabVIEW 於 1986 年在蘋果電腦上率先引入虛擬儀表 (Virtual instrumentation) 概念。在圖形化程式語言(graphical language, G-language) 環境下，使用者可直接藉由人機介面(front panel) 直接控制自組裝儀器。
LabVIEW 提供的函式庫包含：訊號擷取、訊號分析、機器視覺、
數值運算、邏輯運算、聲音振動分析、資料儲存…等，目前可支援 Windows、UNIX、Linux、Mac OS 等作業系統。LabVIEW 2010 引 入了物件導向之程式設計概念，使其更接近一個完整的程式語言。
33
頻率每秒紀錄 5 個訊號點，並與該時間點進行紀錄，即可得到頻率-時間的即時層析圖。
在進樣與存檔系統的部分，在每次資料紀錄開始時，藉由 PCI-6221 輸出 5 DCV 的電壓，經 ULN2003AG 晶片轉成 24 DCV 的 電壓，驅動磁力閥之開關。磁力閥開啟的時間可在程式中對電壓的輸 出率進行編程。在程式中，可設定層析圖譜紀錄時間長度，在時間結 束時，每一張層析圖將以 txt 檔自動進行命名存檔，接著自動進行下 一次進樣的動作與紀錄工作。
34
圖 3-9 哨音處理、溫度記錄與自動進樣程序人機操作介面
35
(二) 資料處理 LabVIEW 程序
程式實際的人機介面，如圖 3-10 所示。此程序主要針對長時間 的監測實驗進行多張層析圖檔進行選取載入、數據整合處理與匯出。
此程序的運作流程為多個 txt 檔案依次讀入後，可在程式中設定 滯留時間的時間範圍，進行讀取此時間點頻率與基線頻率的差值，重 新紀錄、匯出頻率差的數據資訊。
圖 3-10 資料處理程序人機操作介面
36
3-3 儀器設備與藥品列表
表 3-1 藥品列表
藥品 來源 物理性質 結構式
硝酸 Nitric acid
ACRÔ S
強酸，為無色液體，與水混 溶，有強氧化性和腐蝕性。
硫酸 Sulfuric acid
SIMGA Sodium carbonate
島久
37
表 3-2 儀器設備與周邊
名稱 型號 製造廠商 示意圖或規格
氣相層析儀 GC 5890
Hewlett-Packard Agilent Technologies
氣相層析
85%/15% Vespel/Graphite
H30920 Hamilton I.D. 0.018 inch, PTFE
注射口墊片 (septum)
5183-4761 Angilent Technologies 11 mm
電磁閥 VX2110 SMC For air 0~15 MPa
變壓器 S-15-24 Mean Well
Input: 115 VAC, 0.35 A Output：+24 V, 0.7 A
Output: +24 V, 0.7 A
LabVIEW National
Instruments
2010 版本
NI 介面卡 HA7033878 National Instruments PCI-6221
PCI-4461
38
電腦 自組 自組 Windows XP
智慧型半微量
天平 Sartorius Cubis
MSA125P-100-DA
pH meter F-52 Horiba InstrumenT
39