4-1 實驗儀器與材料備製
圖 4-1 為本研究所使用的石英晶體微量天平 QCM(泰藝電子, Taiwan)，
AT-cut 石英晶體直徑為 8mm，晶體厚度為 0.17mm，金電極直徑為 3.6mm，金 電極厚度為 100μm,中心頻率為 10MHz。
圖 4-1 石英晶體微量天平
將100μl 的 5 wt% PAMAM Dendrimer (ethylenediamine core，G5，化學結 構如圖 4-2) (ALDRICH，美國)和 900μl 的 30% 磷酸(原液為 80%以上)(小島化 學藥品株式會社，日本)混合成磷酸修飾的 Dendrimer 溶液，然後置於超音波震 盪機中持續震盪 7 小時 30 分鐘；選擇磷酸原因是因為磷酸親和性佳。由於樹枝 狀聚合物有著很強的吸水性，所以我們添加了聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，
PVC)(ALDRICH，美國)來增加其機械性。將 0.1g 的聚氯乙烯分別和 99%以上 的二甲基甲醯胺(Dimethylformamide，DMF)(Fluka，瑞士) 3、4.8 和 6ml 合成重 量百分比為 3.3、2.1、1.7wt%的 PVC 溶液，置於超音波震盪機(DC200，Delta，
美國)中震盪 20 分鐘後，將磷酸修飾的樹枝聚合溶液和 PVC 溶液各取 500μL 混 合成感測膜溶液，再次置於超音波震盪機中震盪 30 分鐘。流程如圖 4-3 所示。
金電極 石英晶體
圖 4-2 Dendrimer G5 化學結構圖
(每個顏色代表著一個代數和紫色為最外圍官能基團)
圖 4-3 PAMAM Dendrimer 感測薄膜的備製流程
取感測膜溶液滴到 QCM 金電極上之前，QCM 金電極會先使用食人魚溶液 (Piranha Solution, 30% H2O2:concentrated H2SO4= 1:3, v/v)進行清潔 30 秒，然而感 測膜溶液會先放在磁攪拌機(PC-420D，Corning，美國)上攪拌 1 小時後，再將 5 μl 的感測膜溶液滴到 QCM 的金電極上，然後放入真空烤箱(VO-30L，Channel，
台灣)中，在抽真空的情況下，於 80℃下乾燥 4 小時，之後用去離子水沖洗 3 次，
以洗掉多餘未吸附的膜，再用氮氣吹乾，把完成的感測器放入充滿氮氣的容器 中存放，如圖 4-4。
圖 4-4 QCM 感測器備製流程圖
塗佈 PAMAM Dendrimer 感測薄膜前後的 QCM 頻率響應，如表 4-1 示。
表 4-1 中震盪輸出功率是經由頻譜分析儀(E4440A，Agilent，美國)所量測，表 4-1 中顯示塗佈感測薄膜之前的 QCM 震盪輸出功率為 13.06 dBm，而塗佈感測 薄膜且經乾燥處理後的 QCM 震盪輸出功率下降為 12.95 dBm，兩者相差 0.11
dBm。表 4-1 中頻率是經由頻率計數器(5313A，Agilent，美國)測量， QCM 塗 佈感測薄膜之前的震盪頻率為 10003600Hz，塗佈感測薄膜且經乾燥處理後的 QCM 震盪頻率為 10004900Hz，感測薄膜經過乾燥處理後致使 QCM 震盪頻率增 加 1300Hz，這是感測薄膜變得比較鬆軟和膨脹所導致 [38]。薄膜的微結構和材 料分析將採用掃描式電子顯微鏡（Scanning electron microscope, SEM）(S-4700, Hitachi, Japan)和傅里葉轉換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）(NICOLET 5700, Thermo Nicolet, USA)來觀察。
表 4-1 塗佈 PAMAM Dendrimer 感測薄膜前後的 QCM 頻率響應比較
QCM 樣品 震盪頻率 (Hz) 震盪輸出功率(dBm)
塗佈感測薄膜之前 10003600 13.06
塗佈感測薄膜且經乾燥處理後 10004900 12.95
本研究設計一流體腔(Flow cell)，如圖 4-5 所示。將 QCM 以 2 個環型 Q-ring 夾住放置在腔體裡面進行檢測，QCM 會露出 2 根導線以連接震盪器，而為了不 要讓 Flow cell 和檢測的待測物產生任何的化學反應干擾，因此選擇了壓克力材 料來製作 Flow cell。Flow cell 的體積為 252520mm3，內部接觸 QCM 的腔體 體積為 0.1ml。
圖 4-5 Flow cell 上視圖和側視圖
本研究的實驗皆於 21oC 下操作。所使用的儀器設備包括超音波震洗機、磁
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(i) (j)
圖 4-6 儀器設備照。
4-2 系統架構和實驗流程
圖 4-8 檢測銅離子溶液的即時頻率響應
4-3 小結
此章節詳細地介紹各實驗儀器、感測膜備製方法、系統架構以及實驗流程，
在下一章將顯示最佳的感測膜備製條件和 QCM 感測器檢測不同濃度銅離子水 的感測特性，並且進行討論。
第五章 結果與討論