3-1 實驗儀器
3-1-1 氣相層析儀
氣相層析 (gas chromatography) 是色層分析法的一種，廣泛應用於揮發性與 半揮發性有機化合物的檢測，原理是將樣品注入後在注入端 (inlet) 受熱氣化，
由載流氣體 (carrier gas) 推送至層析管柱，利用烘箱控溫使得不同化合物因沸點 不同而分離或是利用物質與固定相 (stationary phase) 和流動相 (mobile phase) 間相對作用力不同產生移動速率的差異而分離。不同化合物依其性質不同，會 以不同比例分布於兩相中，分布於流動相較多的物質容易被帶動，會較早被沖 提出來，待測物因此被分離開來。氣相層析儀主要可分為二大部分：(一) 注入 端、(二) 分離系統
(一) 注入端
樣品進入注入端內的汽化室，在汽化室中因為高溫汽化或自然揮發汽化。
常見的注入系統有下列三種：分流 (split)、不分流 (splitless)、管端注射 (on-column)，其特性與優缺點如表 3-1 [93]。
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圖 3-1 氣相層析儀之注入端
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(二) 分離系統
層析分離的機制是利用流動相與固定相交互作用下，最後達到動態平衡的 結果。一般而言，氣相層析中所使用的流動相必須是不容易與固定相和樣品作 用的惰性氣體，例如氫氣、氦氣、氮氣、氬氣…等等。而流動相的控制方式可 以分為固定壓力或是固定流速的方式。
影響分離的另一個因素為固定相的組成，固定相是指層析管柱的填充物。
管柱可分為毛細管管柱與填充式管柱，其中毛細管管柱又可分為三種類型：熔 融矽開管式 (fused silica open tubular, FCOT)、管壁塗佈開管式 (wall-coated open tubular, WCOT)、支撐物塗佈開管式 (support-coated open tubular, SCOT)，上述 層析管柱的比較列於表 3-2 [94]。
此外，層析管柱裝置於可程序調控溫度的烘箱內，烘箱溫度愈高流動相的 動能愈高，使得流動相與固定相之間的平衡改變，也增加整體移動速率，故常 使用適宜的程溫條件來提高分離的效率。
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表 3-2 層析管柱的比較
管柱類型
FSOT WCOT SCOT 填充式
長度 (m) 10 ~ 100 10 ~ 100 10 ~ 100 1 ~ 6 內徑 (mm) 0.1 ~ 0.53 0.25 ~ 0.75 0.5 2 ~ 4 效率 (plates/m) 2000 ~ 4000 1000 ~ 4000 600 ~ 1200 500 ~ 1000
樣品量 (ng) 10 ~ 75 10 ~ 1000 10 ~ 1000 10 ~ 106
相對背壓 低 低 低 高
相對速度 快 快 快 慢
化學惰性 佳 最差
柔軟性 是 否 否 否
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3-1-2 哨式偵測器
哨式偵測器為本實驗室所研發的一種適用於氣相層析儀的偵測器，直接將 哨式偵測器裝置於氣相層析儀管柱的後端，管柱層析分離出來的氣體組成會隨 著時間不同而改變，通過哨式偵測器的氣體組成也因此改變，藉由其聲音頻率 的出現時間以及變化幅度不同，可以進行定性與定量。
哨式偵測器的構造主要為一個閉管的發音哨，以適當的流速通入氣體，偵 測器將會發出聲音，此聲音受到氣體流速的快慢而改變，以及和共鳴的空氣柱 長短也有關係。
圖 3-2 哨式偵測器側視照
圖 3-3 哨式偵測器俯視照
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哨式偵測器所需的氣體流速相較於氣相層析儀管柱的載流氣體流速來的大，
所以如果只使用管柱的載流氣體通過哨式偵測器，此時哨式偵測器雖然還是會 發聲，產生單一頻率聲波，但是此時管柱的流速亦過快，造成分離效果不佳。
為了解決此問題，我們設計了匯流管，匯流管可以連接管柱與哨式偵測器，並 且可以提供鞘流氣體 (make-up gas) 來補充哨式偵測器不足的氣體流速。鞘流氣 體通常選擇與載流氣體相同的氣體，在匯流管中，載流氣體與鞘流氣體充分的 混合後，進入哨式偵測器，於是總流速 (鞘流氣體 + 載流氣體) 將達到哨式偵 測器發聲所需要的流速，讓偵測器得以發出聲音。
圖 3-4 哨式偵測器與匯流管
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圖 3-5 氣相層析-哨式偵測器裝置示意圖
將與匯流管以及管柱連接的哨式偵測器會放入隔音槽中，隔音槽用以隔絕 環境的雜音，避免偵測器的訊號受到環境的干擾，內有接收哨式偵測器聲音訊 號的麥克風，用以觀察偵測器頻率的改變。
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3-1 -3 加速度規感測器
本研究所使用的加速度規感測器是由巨富克公司代理的 Endevco
2550AM1-10 的 Isotron® Accelerometer，屬於壓電式加速度規，其尺寸與規格如 下表所示。加速度規讀點速率設定為 25600 點/秒，每 10240 點取一次平均。
表 3-3 壓電式加速度規 (型號 2550AM1-10) 尺寸與規格
特性 範圍
外形尺寸 (mm) 5.8 × 3.6 × 7.6
重量 (g) 0.4
感度 (mV/g) 100
最大加速規 (m/s2) 500
周波數範圍 (± 1dB) 2 ~ 15 k
溫度使用範圍 (℃) -55 ~ +125
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圖 3-6 加速度規感測器俯視照
利用加速度規進行測量時，必須將加速度規固定在待測物上。尤其是在高 頻的狀況下，才可以得到可靠的實驗結果；也就是說，加速度規之高頻性能的 穩定程度幾乎取決於 “被牢固” 的程度；同理亦可知，加速規的安裝與頻率響應 有密切的關係。當加速規被固定在平坦的表面，再以鐵製螺絲鎖緊為最理想的 固定方式；若是將加速規固定在其他設備上時，通常諧振頻率會降低，我們是 則是以塗蠟 (wax) 的方式來將加速度規膠黏於圓柱狀的哨式偵測器側方。
圖 3-7 實驗偵測裝置俯視照
發音哨 加速度規 麥克風
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3-2 儀器及周邊設備列表
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
壓電式 加速度規
2250AM1-10 ENDEVCO
顯微拉曼 光譜儀
InVia Renishaw
元素分析儀 Flash EA 1112 Series
Thermo Fisher Scientific
掃描式 電子顯微鏡
JSM-6510 JEOL
能量分析儀 INCAX0ZCA OXFORD
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綠光雷射 Class IV laser
Bio-Accord Scientific
& Instrument CO.
Output power < 10 W Wavelength 501-561 nm
層析管柱 HP-Plot Q Agilent Technologies I.D. 450 m Length 30 m
GC 注射針 # 5182-3499 Agilent Technologies
10 L、25 L、
50 L、100 L
注射口墊片 (septa)
5183-4761 Agilent Technologies 11 mm
微量天平 ER-120A AND
資料擷取卡 PCI 6221 National Instruments
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3-3 藥品及樣品
藥品 來源 物理性質 外觀圖
硫
Shimakyu Pure Chemicals, Osaka, Japan
分子量：32.065
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