第三章 實驗材料、設備與方法
3.3 實驗方法
為了瞭解馴養污泥之物化特性，於馴養過程中必須分析之項目包括：
TOC、MLSS、MLVSS、SVI、PSD、EPS、Hydrophobicity。總有機碳 (total organic carbon, TOC) 以 TOC 分析儀 (Shimadzu, TOC-5000A) 進行分析；
MLSS 及 MLVSS 分析採用過濾性餘留物法； PSD 採用雷射粒徑分析儀量 測 (Malvern, Mastersizer 2000)；而胞外聚合物 (EPS)是以 Phenol-sulfuric acid method 及 Bradford method 兩種方法，分別針對多醣類與蛋白質進行吸 光值分析 (HITACHI, U-3010)。
多醣類之分析是參照 Phenol-sulfuric acid method，其是利用葡萄糖做為 標準品，配置所需濃度範圍之檢量線，方法如圖 3-7 所示(Gerhardt and Murray, 1981)。 而蛋白質之分析則是參照 Bradford method，其是以 Bovine serum albumin (BSA)做為標準品，方法如圖 3-8 所示。
1.0 mL樣品 (搭配DI水稀釋)
1 mLPhenol (5 %)
圖 3-7 Phenol-sulfuric acid method
0.1 mL樣品
圖 3-8 Bradford method
3.3.2 親疏水性之分析
為了解薄膜表面改質前後之親疏水性程度，可利用接觸角分析儀測定。
接觸角之定義為：液滴接觸點切線與表面之夾角。一般而言，接觸角為黏 著力 (adhesive, liquid-to-solid)與內聚力 (cohesive, liquid-to-liquid)之間的關 係，角度範圍為 0o≤ θ ≤ 180o 。當θ越大時，表示材料疏水特性較顯著；相 反地，θ越小時，此材料親水性質較明顯，如圖3-9 所示。
研究中所測試的薄膜，將其裁成適當大小，平坦地以雙面膠貼附於載 玻片上，再將其置放於影像攝影機前之平台，以注射器控制蒸餾水量為1 μL 滴在試樣上，接著以電腦量測其接觸角大小，每一樣品需取三處進行量測，
最後將三處之接觸角數值計算，求得平均值。
圖 3-9 親疏水性之接觸角比較(陳，2003)
3.3.3 SEM & EDX 之分析
在本研究中，利用掃描式電子顯微鏡 (scanning electronic microscope, SEM)來觀察空白薄膜與複合薄膜之表面型態，並且同步使用X射線能量散 佈光譜儀 (energy dispersive x-ray spectrometer, EDX) 之分析，針對二氧化 鈦複合薄膜之表面進行鑑定。
SEM 之分析原理係將電子束集中在樣品的某一小塊面積上，然後利用 一組偏向線圈，使電子束的集中點緩慢移動而打在樣品上。成像原理即是 利用一束具有 0.5 ~ 30 KV 之電子束掃描試片的表面，並將表面產生的訊 號 (包括二次電子、背向反射電子、吸收電子、X射線等) 加以收集經放大 處理後，輸入到同步掃描之陰極射線管，顯現試片圖形之影像。
EDX是利用SEM觀測技術時所打出的X-光射線電子束來撞擊薄膜樣品，
使各不同原子層的光電子被激發出來，再根據被激發出來的電子強度高低，
顯現出一能量散佈圖譜。定性分析元素乃尋求波峰所對應的元素，以軟體 搜尋比較，必須完全符合元素所該存有的峰值。 EDX 技術除了定性外，
亦能做到半定量的技術。
3.3.4 ESCA之分析
本研究也利用化學分析電子能譜儀 (electron spectroscopy for chemical analysis, ESCA)來分析二氧化鈦複合薄膜之表面，測量表面或界面的電子結 構，以瞭解原子的鍵結狀態。將二氧化鈦複合薄膜之樣品抽真空以保持乾 燥後，試片以碳膠黏附於載台上，進入化學分析電子能譜儀中進行分析，
其廠牌與型號為 ESCA PHI 1600。
3.3.5 ICP-MS之分析
對 於 二 氧 化 鈦 薄 膜 之 穩 定 性 ， 會 利 用 感 應 耦 合 電 漿 質 譜 分 析 儀 (inductively coupled plasma-mass spectrometer, ICP-MS)，針對出流水水質中 的鈦金屬進行定量分析，廠牌與型號為美國Perkin Elmer SCIEX ELAN 5000，其儀器偵測極限可至 0.01 ppb。
3.3.6 薄膜阻抗分析
探 討 薄 膜 積 垢 程 度 最 簡 單 的 方 法 便 是 採 用 “ Resistance-in-series model”。本研究是利用截流式過濾系統搭配“Resistance-in-series model”，
以 3-step 過濾實驗模擬出薄膜改質前後與加入照光條件下，各個薄膜過濾 阻抗之來源。
我們將過濾系統之水力阻抗分為三部份，第一為薄膜本身具有之阻抗 (Rm)，第二為薄膜表面濾餅形成之阻抗 (Rc)，此阻抗是可藉由物理清洗方式 移除的，因此也稱為可回復性之積垢，第三則為溶解性或微小顆粒物質吸 附於薄膜表面及孔洞中所造成的阻抗 (Rf)，此阻抗僅可藉由化學清洗方式
所移除，因此也稱為不可回復性之積垢。
3.3.7 共軛焦螢光顯微鏡
共軛焦顯微鏡 (confocal laser scanning microscopy, CLSM) 是利用通過 光學針孔光圈 (pinhole)蒐集來自樣品聚焦面的光，將非同一聚焦面的光排 除於光學針孔光圈外，所形成的影像我們簡單的稱為共軛焦點影像。共軛 焦顯微鏡內建的掃描器可將影像由很多點組成線，很多線組成面。由點厚 度所組成的單ㄧ平面影像稱為光切片 (optical sections)。光切片配合電腦輔 助運算處理，可呈現出兼具高解析度和低背景雜訊的二維空間相片；或將 多張同平面不同螢光探針的相片重疊，可研究其相對部位的關係；或由一 系列不同平面的相片，可組合成三維空間的立體影像；再加入時間因子，
可創造出動態的4D影像。
在進行 CLSM 試驗之前，樣品需要先經過染色才能觀察。本研究所使 用之染劑，如表 3-4。全部均購買自 Molecular Probes®，染劑與其目標物之 間具有專一性。SYTO 63 的目標物為核酸 (nucleic acid)；而 Con-A 則是針 對多醣類中的 α-多醣 (α-glucopyranosyl)成份染色；Calcofour white 是對多 醣類中的β-多醣 (β-glucopyranosyl)成份染色；FITC 螢光物用於標記蛋白質 (protein)。所使用的激發波長和收光範圍如表 3-4 所示，使用之觀測物鏡為 40X 油鏡。
表 3-4 染劑之激發光源、收光範圍及染色對象
Dye Excitation/emission
(nm) Targets SYTO 63 633/650-700 Nucleic acids Con A (Concanavalin
A) -TRITC 543/550-600 α-mannopyranosyl, α-glucopyranosyl sugars Calcofour white 400/410-480 β-1,4 polysaccharides,
β-1,3 polysaccharides FITC 488/500-550 Proteins, amine-containing
compound
*All probes are supplied by Molecular Probes®