2-1 氣相層析質譜儀
氣相層析質譜儀（GC/MS）是由氣相層析儀（gas chromatography, GC）與質譜儀（mass spectrometer, MS）串連而成。在分析過程中，
待測物會在氣相層析儀中進行層析分離，再依序通過介面（interface）
進入質譜儀作分析。
2-1-1 氣相層析儀
色層分析是利用含混合物之移動相（mobile phase）流經固定相
（stationary phase）時，因為混合物各成分在固定相和移動相之間的 分配係數不同，造成各成分移動速率不同，而達到分離之目的。而氣 相層析是屬於色層分析的一種，將分析物氣化後，藉由移動相的載流 氣體來帶動分析物，通過填充了固定相的管柱來進行分離。
由於氣相層析分離過程是在受熱或加溫的氣化狀態下進行，故不 適合分析分子量很大的高沸點物質、極性高物質、受熱會產生分解現 象或聚合形成高分子、受熱會增強吸附效應的物質
氣相層析儀基本上可分為五大部份，分別為用來將試樣注入的注 入端（injector），用來層析分離的管柱（column），作為流動相的載流 氣體，提供試樣通過訊息的偵測器（detector），和記錄器（recorder）
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分流（split） 不分流（splitless） 管端注射（on-column）
適用範圍 主要成分 微量與主要成分 微量與主要成分
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柱和毛細管管柱兩種，而毛細管管柱又可分為管壁塗佈開管式
（support-coated open tubular, SCOT）、熔融系開管式（fused silica open tubular, FCOT），表格 2-1-2 [45]為各種管柱的比較。
表格 2-1-2 各種不同的層析管柱特性
層析管柱比較
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
烘箱溫度也是影響分離效率的因素，烘箱溫度越高，流動相的動 能尌越高，使流動相和固定相之間的帄衡改變，因此合適的升溫程序 可提分析物分離效率。管柱的粗細長短亦會對分離效果造成影響，越 細越長的管柱分離效果越好。
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2-1-2 介面
介面扮演著串連氣相層析儀和質譜儀，並將經過層析分離的樣品 送入質譜儀的角色。由於質譜儀在高真空的環境下運作，介面需移除 大部分的載流氣體才不會破壞真空環境，且在不影響層析分離效果和 不改變分析物組成分的前提下，盡可能將待測物導入質譜儀。
2-1-3 質譜儀
質譜儀為 GC/MS 的偵測器，原理是將樣品所產生的離子，依據 其質荷比進行分離或篩選，最後執行偵測之儀器。由這些離子的質荷 比分佈狀況，和各離子的相對強度，可得到分析物在離子化之後的質 譜圖。
質譜儀由四個部分所組成，（一）真空系統、（二）離子源、（三）
質量分析器、（四）離子偵測器。
（一）真空系統
質譜儀的真空系統一般由機械幫浦（rotary pump）串聯擴散幫浦
（diffusion pump）或渦輪幫浦（turbo pump）所組成。一開始先由機 械幫浦將真空抽至 10-3 torr，接著再由擴散幫浦或渦輪幫浦將真空降 至 10-6~10-8 torr。約四個小時質譜儀的真空度尌會降到可工作的範圍 內，但仍頇排除儀器內的水氣及空氣等雜質才能使用。
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（二）離子源[46]
待測物在進入質量分析器以前需先進行離子化。在氣相層析質譜 儀中常見的離子化方法有兩種，分別為電子撞擊式離子化法（electron impact, EI）和化學離子化法（chemical ionization, CI）。本實驗是使用 電子撞擊式離子化法，此法是利用加熱的鎢絲（filament）釋放電子，
電子受鎢絲和陽極間的電位加速進入離化室（ionization chamber）與 待測物碰撞，使待測分子變成激發態，失去電子形成分子離子，此時 化學鍵易斷裂形成分子碎片。而分子的斷裂模式會因其結構不同而有 其獨特的特異性，因此每種化合物都有特殊的斷裂質譜，可作為判斷 化合物結構的依據。[47]
（三）質量分析器
本實驗儀器所用的質量分析器為四極柱質量分析器（quadrupole mass analyzer）。四極柱質量分析器是由四根帄行的圓柱狀電極所構成，
以四方形對角線排列。[48]將直流電壓（direct current voltage）與射頻 電壓（radio frequency voltage）通入電極中，只是 Y 軸方向為正電，
且兩軸電極之射頻電壓相位差 180 度。X、Y 軸方向電壓所呈現的方 程式如下：
X 軸方向：VX = + ( Vdc+Vrf cosωt ) Y 軸方向：VY = - ( Vdc+Vrf cosωt )
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不同質荷比的離子在四極柱電場中會有不同的震動軌跡，只有特 定質荷比的離子能順利通過到達偵測器，其他離子會撞上四極柱而被 中和掉。
四極柱質量分析器同時具有許多優點，像是外型小不占空間、掃 描速度快、操作容易，而且還可以用選擇性離子偵測模式來提升靈敏 度，是最被廣泛使用的質量分析器。
（四）離子偵測器
一般常見的離子偵測器是電子倍增器（electron multiplier, EM），
其作用方式與光電倍增管（photon multiplier tube, PMT）類似。電子 倍增管又分為分離式與連續式電子倍增器兩種。[49]分離式電子倍增器 具有 Cu/Be 材質的電極表面；而連續式電子倍增器則具有參雜大量鉛 質的玻璃製喇叭裝置。電子倍增器受到離子的撞擊會釋放電子傳送到 下一個電極表面，而每一個電極表面都將會接收到電子倍增傳出，經 過數次連續碰撞後可將離子訊號增強 107 倍。
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2-1-4 資料處理
氣相層析質譜儀得到的資料有層析圖及質譜圖，將統一由中央處 理器判讀。中央處理器有兩種掃描方式。
A. 全離子掃描法（total ion current monitoring, TIC）：在設定的質 荷比範圍內掃描所有離子的訊號。
B. 選擇性離子偵測法（selected ion monitoring, SIM）：利用四極 柱施加特定電壓對某些特定質荷比的離子做循環掃描，有利於降低層 析圖的複雜度以及提高偵測的靈敏度。
不同掃描方法的優缺點列於表格 2-1-3[50]。 表格 2-1-3 不同掃描方式之優缺點
全離子掃描法 選擇性離子偵測法
1. 可對樣品中未知化合物進行定 性定量的分析。
2. 可得到較完整的分子質譜資訊。
3. 偵測極限較不好。
1. 只能對目標化合物進行定量分 析。
2. 可降低背景離子與基質干擾，提 高靈敏度。
3. 偵測極限較好。
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2-1-5 質譜儀校正
在分析樣品前應對質譜儀進行校正的動作使其達到最佳狀態。以 本實驗質譜儀為例，使用 PFTBA（perfluorotributylamine）作為標準 品，其分子量大，在做質量校正時可以覆蓋較寬的範圍，且揮發性適 中，經過電子撞擊後 PFTBA 會斷成質荷比為 69、219、502 的三個斷 片，並藉此來調整質譜儀在低、中、高分子量偵測範圍的感度。校正 的內容包刮設定離子源內部元件的電壓、將解析度最佳化並獲取精確 的質量質、調整電子倍增器電壓以達到適當的強度等。圖 2-1-1 為某 次校正結果報告，可藉由報告中 Vacuum 的數值及 Abundance 強度來 判斷質譜儀的真空度，並參考 EMvolts 的數值決定是否需要清洗離子 源或更換電子倍增管。
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圖 2-1-1 質譜儀校正結果報告
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2-2 頂空固相微萃取
頂空固相微萃取法[51]-[56]（headspace solid phase microextraction , HS-SPME）是將樣品放置到一密閉瓶中，使分析物揮發至頂部 空間，再將纖維置於樣品的上方，分析物則會在頂部空間和纖維進行 帄衡分配，等到帄衡後再將纖維取出放入儀器內進行熱脫附，如圖 2-2-1 所示。
此方法的優點有所需樣品量少、靈敏度高、重現性好、操作簡單、
方便快捷且不需有機溶劑的特點，逐漸將其應用於香氣物質的捕集。
圖 2-2-1 頂空固相微萃取裝置
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2-3 拉曼散射
2-3-1 拉曼散射歷史簡介
1928 年由印度物理學家拉曼（Chandrasekhara Venkata Raman）
觀察到拉曼效應（Raman effect），也稱拉曼散射（Raman scattering）
[57]，並於 1930 年獲得了諾貝爾物理學獎。而拉曼效應系統的開創性 理論，則是在 1930 年至 1934 年間由捷克斯拉夫的物理學家 George Placzek 所開發，並以汞弧光燈的單色光作為激發光源。[58]-[60]但因拉 曼散射的強度非常微弱，若要獲得一個完整的拉曼光譜，需要花費很 多時間，故應用較少。直到 1960 年雷射[61][62]發明後，因其良好的單 色性和方向性，且具有高強度，使之成為理想的激發光源，也因此擴 展了拉曼光譜的應用範圍。到了 1986 年之後，近紅外光雷射
（NIR-laser）、charge couple device（CCD）[63][64]的發明、電腦運算技 術的改善，使得拉曼散射更為廣泛的應用到化學分析領域[57]。
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2-3-2 拉曼散射原理介紹
拉曼效應起源於分子的震動與轉動，當光線照射到分子並且和分 子中的電子雲及分子鍵結產生交互作用，尌會發生拉曼效應。對於自 發拉曼效應，光子將電子從基態激發到一個虛擬的能量狀態（Virtual state），而電子立即躍遷到下能階而發光，即為散射光。若能躍遷回 到初始的電子態，則有圖 2-3-1 所示的情況，線的粗細代表訊號的強 度。一是彈性散射（elastic scattering），在散射過程中沒有牽扯到能 量轉移，散射光頻率也和原激發光頻率相同者，又可稱為雷利散射
（Rayleigh scattering）。二是非彈性散射，散射過程中有牽扯到能量 轉移，散射光頻率也和原激發光頻率不同者，又可稱為拉曼散射。而 拉曼散射又可分為頻率小於入射光頻率的史托克散射（Stokes Raman scattering）和頻率大於入射光頻率的反史托克散射（anti-Stokes Raman scattering）。雷利散射和拉曼散射的波數差成為 Raman shift，圖 2-3-2 即為雷利散射和拉曼散射的示意圖。[65]-[66]
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圖 2-3-1 拉曼效應能階圖
圖 2-3-2 雷利散射和拉曼散射的示意圖
Infrared absorption
Virtual energy states
Rayleigh scattering
Stokes Raman scattering
Anti-Stokes Raman scattering Vibrational
energy states
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2-4 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)
2-4-1 LabVIEW 之基本認識
LabVIEW 全名為實驗室虛擬儀器專案帄台，是一種圖控程式語 言 (graphic-based programming language)[67][68]， 即以圖示（icon）來 簡化程式語言的程式碼，適合不具程式語言能力的人或是害怕電腦程 式的人。
此圖控程式語言與傳統程式語言之不同點在於程式流程採用「資 料流」之概念打破傳統之思維模式，使得程式設計者在流程圖構思完 畢的同時也完成了程式的撰寫，取代文字式的程式撰寫方式。
LabVIEW 是在 1986 年，由傑夫·考度斯基（Jeff Kodosky）在蘋 果電腦上發表。LabVIEW 最初的發展目標是採用虛擬儀表（Virtual Instrument）的概念，使用者可在電腦上設計簡易的人機介面（front panel）以控制各項儀器設備，搭配「資料流」的概念設計程式流程，
LabVIEW 是在 1986 年，由傑夫·考度斯基（Jeff Kodosky）在蘋 果電腦上發表。LabVIEW 最初的發展目標是採用虛擬儀表（Virtual Instrument）的概念，使用者可在電腦上設計簡易的人機介面（front panel）以控制各項儀器設備，搭配「資料流」的概念設計程式流程，