其它空間波形參數

(a) 空間軸上的擴張係數 (expanding coefficient on the L coordinate) (µ_L , cm^1/2)

當波形沿著管路擴張時，其σ_L與樣品的移動距離開根號 ( L) 成 正比，即σ_L = µ_L L，其中 µ_L 為空間軸上的擴張係數，可由公式 2.8 推得為µ_L = 2D/u。

(b) 質量中心到達偵測器的波高 (peak height) (h, mM)

當L = Ltotal時，可由空間波形方程式算出波峰的高度，即波高 (h)。

錯誤! 物件無法用編輯功能變數代碼來建立。

(2.9) 2.4 記錄波形方程式之推導

由2.2 節得知，管路內的空間波形並非偵測器所得的記錄波形，

但是 Pai 利用時扭 (temporal convolution) 的數學步驟將空間波形轉 換成記錄波形。首先，將建立在長度軸上的空間波形方程式(公式 2.1) 轉換到時間軸上：

)2

區別，稱觀測到的波形最高點所對應的時間為 tp*。 (c) 波高 (Peak height) (h^*, abs)

記錄波峰頂點所對應的吸收值

(d) 時間軸上的擴張係數 (Expanding coefficient) (µt, s^1/2)

已 知 空 間 軸 上 的 擴 張 係 數 為 µ_L = 2D/u ， 經 轉 軸 後 可 得 / 2

2D u

t =

µ 。

圖 6 流動注入分析系統的基本參數

此圖說明一初濃度為C0 (mM)、體積為

V

^s (mL) 的樣品在截面積為 a (cm²)的管路中受到幫浦以流量 Q (mL/s)推動。其總管路體積相當於一 半的樣品體積 (Vs)，加上管路體積 (Vc) 與一半的偵測器體積 (Vd)。

而樣品質量中心到達偵測器的時間tp (s)，可由總管路體積除上流量求 得[21]。

Q Q

Injector Detector

V_s V_c V_d

Area (a)

V_total = 0.5 V_s + V_c +0.5 V_d

tp = Vtotal / Q

0

C0

圖 7 空時疊圖

由長度軸轉為時間軸的空間分佈曲線(黑色虛線)，其波峰位置 tp，與 紀錄波形(灰色實線)，其波峰位置 tp*，可以看出兩者之間有一差距，

其時間差稱為「時移」，即 ₂ u

≈ D

Φ ，由 Pai & Chiao 推導的公式計算 得之[26~27]。

(a)

(b)

圖 8 起始變異係數

圖(a) 樣品區帶注入管路後隨著移動距離變成高斯分佈，其面積守 恆。圖(b) 樣品起始區帶轉換為一個高斯分佈[21]。

Conc.

AL = W0C0

W0C0

C0

W0

u

(W0 = Vs / a) L

Ltotal = Vtotal / a (u = Q/a)

Conc.

A_L = W₀C₀ W0C0

C0

W₀

u

L Ltotal

Initial std dev

第三章 實驗

3.1 實驗裝置

(a) 針式幫浦(Syringe pump)

ISCO Model 260D(Lincoln, NE, USA)，容量為 266.05 mL，可選擇 定壓力或定流量模式操作，最高輸出壓力為7500 psi，最高輸出流量 為 107 mL/min。

(b) 往復式幫浦 (Reciprocating Pump)

Series II Digital HPLC Pump(Pharma-Tech Research Company (Baltimore, Maryland, USA))，輸出流量範圍 0.01 mL/min ~ 9.99 mL/min。

(c) 進樣閥門 (Sample injection Valve)

進樣用的六向閥，購自 Valco(Houston, TX, USA)。

(d) 管路 (Tubing)

內徑分別為0.03、0.02 英吋 (750、500 µm)，外徑為 1/16 英吋 (約 為 1.6 公釐) ，透明的 Teflon PFA tubing ，購自於 Upchurch Scientific (Oak Harbor, WA, USA))。

(e) 固定管路的玻璃管

透明的玻璃管，內徑 1.25 公分、外徑 1.5 公分、長為 28 公分，於國 立清華大學科學儀器中心訂做。

(f) 多通道偵測系統

光學盒由虹光精密工業股份有限公司(竹科工業園區研新一路 20 號)提供；435 奈米窄帶濾波片，穿透波長中心 435 nm，波峰寬度約 50 nm，穿透度約等於 90 %，由裕群光電科技股份有限公司(桃園縣 龍潭鄉中豐路 618 號)製作；向量調整機台委託彥宏開發科技有限公 司(台北縣新莊市化成路 63 巷 71 號)設計製造。

(g) 樣品定量用 UV-Vis 光譜儀

型 號 為 Agilent8453 ， 購 自 Agilent Technologies(Waldronn, Germany)，此儀器用來測量樣品吸收波長。

3.2 儀器組裝

本實驗採用自行設計並組裝的實驗系統，搭配多通道偵測器收集 樣品訊號，從實驗中可獲得空圖與時圖的資訊，實驗裝置如圖9。

(a) 多通道偵測系統

多通道偵測系統包含多通道偵測器、濾波片與向量調整機台。多 通道偵測器從虹光公司提供的光學掃描器拆解下來，以掃描器的燈管

度為 21 公分，連接光學盒與個人電腦之線路以及操作界面由虹光公 司的 楊得志先生設計。

光源之放射光譜與濾波片之穿透波長範圍如圖10 所示，光源強度 在435 nm 左右最強，故需選擇在 435 nm 有吸收的樣品。並將濾波片 固定在光學盒的視窗上以過濾光源的其他放射波長。

向量調整機台分為兩個部份，第一個部份上可架設燈源、管路迴 圈與狹縫，第二個部份上架設光學盒(含濾波片)，兩個部份可分別調 整彼此間的距離與高度，並調整狹縫寬度與光源射入光學盒的角度。

(b) 管路迴圈

在流動注入分析系統中，有文獻提出將反應管路作成迴圈形 (coiled)、編織形 (knitted)或彎曲形 (serpentine)，甚至在管路中填入 珠子，其目的皆在降低軸向分散作用 (axial dispersion) 對擴張程度的 影響 [28, 31]。此外，樣品注入管路迴圈後會迅速擴張，以本實驗之 多通道偵測器的最大偵測範圍 21 公分而言，如果把管路與偵測器平 行放置，將無法完全觀測到樣品在管路中的分佈，所以於本實驗中，

在玻璃管外圈的一側貼上雙面膠帶，將透明的 Teflon PFA tubing 纏 繞在此玻璃管後，用透明膠帶固定住，作成管路迴圈，將光源置於玻 璃管中，並在玻璃管另一側放置多通道偵測器(如圖 11)。

(c) 樣品注入

本實驗採用轉閥注入法 (valve injection) 進樣，剪裁一段與管路 相同的 Teflon PFA tubing 作為樣品迴圈 (sample loop)，先將六向閥 轉至進樣 (Loading) 位置，待樣品充滿迴圈後，再將六向閥轉到注入 (injection) 位置，樣品注入總體積為「樣品迴圈內體積」加上「注入 閥內的體積」。

(d)載液的推動

為了避免染料污染針式幫浦，所以針式幫浦輸送實驗用載液(去離 子水)；往復式幫浦則推動用於吸收校正的染料溶液，兩者透過六向 閥連接通往樣品注入閥的管路。

3.3 樣品的選擇與製備

根據光源與濾波片的可用波長範圍，選擇Tartrazine (黃色四號合 成色素)，dye content approx. 90 %，購自於 SIGMA(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA) 作為本實驗的樣品，具有水溶性，且水溶液吸光 值穩定，最大吸收波長為429 nm，其結構和吸收光譜如圖 12 所示。

實驗用水為經過 Millipore(Beford, MA, USA) Milli-Q 處理的 18.2MΩ 去離子水。

樣品以去離子水溶液配置成1000 mg/L (1.87 mM)。

3.4 實驗參數的測量

(a) 樣品體積 (Vs, mL)

本文實驗使用「染料注入法」來預估樣品體積 [21]。首先，將一 已知濃度的染料注入後，六向閥轉到輸出位置，然後注入去離子水並 收集於定量瓶中，加水至定量瓶上刻度，測量其吸光值。接著，取幾 組特定體積的染料稀釋至相同體積，測量吸光值，做出一條染料體積 對吸光值的檢量線。最後將待測樣品體積吸光值代入此檢量線，便可 反推樣品的注入體積。

(b) 多通道偵測器訊號的校正

在偵測系統中，多通道偵測器測量到的訊號可能會受到下列幾項 因素的影響：(1)光源(燈管發出的光強度不均以及強度隨時間變化)；

(2)玻璃管(玻璃管壁厚度不均勻)；(3)管路(透明的 PFA 管路纏繞擠壓 後，其內徑不均)；(4)偵測器(偵測器上每一個偵測點對光線的靈敏 度)，造成訊號會有誤差存在，因此需要做吸收訊號之校正。將一已 知濃度的染料注入整個管路，以多通道偵測器測量吸收訊號，以玻璃 管上某一圈管路為例，因光源通過管路的光徑會有所不同，所以，將 此圈管路內光吸收值最高的偵測點挑出來，代表此圈管路的光吸收 值，即相當於光線通過此圈管路的最大光徑。每一圈管路都會有一個

光吸收值最高的偵測點，假設各偵測點的吸收值相同，之後才能分析 樣品訊號之變化，故將這些偵測點的吸收值平均，再除上每一點原本 的吸收值，即可得到每一個偵測點的吸收校正因子，此因子可用於樣 品吸收度之校正。

(c) 管路位置

樣品在管路中的空間分佈波形是以長度軸為單位，所以，必須知 道偵測訊號對應的管路位置 (L)，以獲得空圖資訊。先使用氮氣先將 管路迴圈吹乾，接著，用幫浦推動染料進入空管路中，記錄染料前端 (染料與空氣的接觸面)通過每個偵測點花費的時間 (t)，將時間乘上流 量再除以管路截面積，就得到偵測點對應的管路位置。

3.5 電腦操作介面設定

進行實驗前，必須先設定好電腦操作介面，例如：樣品取樣時間、

曝光時間…等，使多通道偵測器獲得樣品吸收訊號，以下會逐一介紹 操作介面(圖 13)。

(a) Sampling interval (樣品取樣時間)

様品取樣時間是以 ms 為單位，根據樣品量與幫浦流速等實驗條 件，輸入適當的取樣時間，使多通道偵測器隨固定時間間隔獲得樣品

(b) Sampling method (取樣方法)

此欄可以選擇訊號收集點的數量，總共有五個選項：670、1340、

2680、5360、10720，觀察範圍達 21 公分的多通道偵測器裡，其光學 盒內線形 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；以相鄰 4 點、8 點、16 點做平均積分，分別會有 2680、1340、670 個訊號收集點。

本實驗的每一組訊號波形皆由670 個點所組成，其解析度已足夠，並 且，以相鄰16 點做平均積分，可以達到加強訊雜比(S/N)的效果。

(c) Sampling mode (取樣模式)

光學盒內的 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 為 Red、Green、Blue、Color、Gray，在本實驗中，因光學盒已加上 自行設計的濾波片，使符合樣品吸收波長之波段的光源通過，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。

(d) Exposure (曝光時間)

曝光時間是以百分比(%)為單位，輸入不同的數值會對應到不同 的曝光時間(表 3)，若偵測器接收到足夠的光源強度，儘量選擇較短

的曝光時間，因為，在曝光的過程中，樣品在管內的行為無法被偵測，

所以，曝光時間若過長會影響偵訊器所收集到的記錄波形。

3.6 多通道偵測系統穩定性測試

做實驗前，為確保偵測系統具有良好的穩定性，以下將以「基線」

與「再現性」測試系統的精密度。

(a) 基線 (baseline)

偵測系統的實驗訊號值會受到背景訊號值的干擾，故在每次實驗 前需做基線校正。將燈源打開，以去離子水充滿管路迴圈進行偵測，

挑出3 組背景訊號值做圖 (圖 14)，若訊號值接近 0 且 3 條曲線重疊，

表示背景訊號值很小，系統穩定度良好。

(b) 再現性 (reproducibility)

使用體積 201 µL，濃度為 1.00×10³ mg/L 的樣品，管柱內徑 750 µm，以流速 3.66 cm/s，重覆 3 次實驗，以管路位置 388.8 公分處為 偵測位置，收集隨時間而變的樣品吸收訊號，做出時圖(圖 15、表 1)，

並且以流析時間約150.2 秒時，得到偵測訊號對應偵測位置來作出空 圖(圖 16、表 2) 。以上述三組時圖與三組空圖的波形指標參數 (波 高、波峰位置與波面積) 計算相對標準偏差(RSD)，實驗結果顯示，

數相對標準偏差(RSD)小於 1.15%，代表偵測系統穩定度高，可繼續 進行實驗。

3.7 實驗流程

實驗裝置架設完畢之後，先調整機台與多通道偵測器的相關位置 與角度，以及調整適當的狹縫寬度，使光源能夠通過管路迴圈並進入 偵測器，並且依照電腦操作介面上呈現的訊號強度，進行微調，調整 完畢後測量偵測點所對應的管路位置，上述步驟完畢後進入接下來的 實驗部份。

(1)將去離子水以超音波洗淨器充分震盪後，使其充滿管路迴 圈，並檢查管路內是否有氣泡，若有氣泡則再重覆此實驗步驟，直到

(1)將去離子水以超音波洗淨器充分震盪後，使其充滿管路迴 圈，並檢查管路內是否有氣泡，若有氣泡則再重覆此實驗步驟，直到

在文檔中 流動訊號在微管路中時間效應之探討 (頁 32-0)