2-1 實驗藥品、耗材及儀器設備
2-1-1 實驗藥品及耗材
methane Supelco
ethylene Supelco
ethane Supelco
propene Supelco
propane Supelco
methanol Fisher Chemical
methyl formate ACROS
acetonitrile Merck Schuchardt
butene Supelco
butane Supelco
acetone ACROS
methyl acetate 和光純藥工業
iso-hexane ACROS
2-butanone Riedel-de Haën
hexane TEDIA
THF ACROS
cyclohexane J. T. Baker
benzene ACROS
butanol ACROS
iso-octane Merck trichloroethylene J. T. Baker
1,4-dioxane Scharlau
heptane ACROS
propyl acetate Alfa Aesar
methyl isobutyl ketone Fluka
chloropentane ACROS
toluene Millinckrodt Chemicals
isobutyl acetate ACROS
cyclopentanone ACROS
1,3-dimethylcyclohexane ACROS
hexan-2-one ACROS
octane Fluka
butyl acetate SeedChem
1-bromopentane ACROS
chlorobenzene ACROS
ethylbenzene Alfa Aesar
2-heptanone Alfa Aesar
dibutyl ether ACROS
anisole ACROS
nonane ACROS
cyclooctane ACROS
bromobenzene ACROS
propylbenzene ACROS
bromohexane ACROS
mesitylene Janssen
2-octanone Alfa Aesar
decane Fluka
chlorooctane Alfa Aesar
5-nonanone Alfa Aesar
去離子水 (deionized water，18.2 MΩ) Millipore Bedford Polydimethylsiloxane(DB-1) Sigma Poly[methyl(3,3,3-trifluoropropyl)siloxane]
(OV-210)
新丹公司代理
50% Cyanopropylphenyl- 50% phenylmethyl polysiloxan(OV-225)
新丹公司代理
75% Phenyl-25%methylpolysiloxane(OV-25) 新丹公司代理 Polyethylene glycol(OV-wax)
Phenylsiloxane-carbowaxcopolymer
3 cm × 3 cm 致冷晶片 天地能源暨溫控器材行
風扇 捷藝科技
K type 0.127 mm 熱電偶線 宏軒科技代理
SKC 一公升氣體採樣袋 宸昶企業代理
SKC 三公升氣體採樣袋 宸昶企業代理
1/8”鐵氟龍管 思必可有限公司
1/4”鐵氟龍管 思必可有限公司
內徑 0.1 mm 去活性非極性毛細管 Polymicro Technologies
內徑 0.25 mm 去活性非極性毛細管 Supelco
玻璃連接管 Supelco
Y 型玻璃連接管 Supelco
1.5-1.8 × 100 mm 玻璃毛細管 Kimble Chase
環氧樹脂 3M
Plastic steel epoxy Chern Young
2-1-2 儀器設備
1. 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，簡稱 SEM)：JSM 6510。用於觀察碳分子篩碳材之分布情況。
2. X 光能譜散佈分析儀(Energy dispersive spectrometer，簡稱 EDS)：
OSGORD INCA 350 S-ACT。用於化學成分定性、半定量及定量分 析，檢測碳分子篩所含之元素。
3. 管狀高溫爐：鈞傑科技有限公司。用來燒製自製碳材，含有八段 控溫程式，最高可升溫至 1200℃。
4. 六向閥 (E2C6UWT-110)：宏濬儀器有限公司代理；配合氣體幫浦 及樣品環控制樣品採集，以及控制流道方向變換。
5. 三向閥 (LHDA0531415H)：The LEE Company；控制樣品及氣流 方向，或當作行止閥使用，阻絕氣體行進。
體、以及繼電器的運作。
10. LabVIEW 2010：撰寫程式用於程式控制與數據處理。
11. 電子式壓力計 (Lutron PM-9100)：聯勝儀器有限公司；用來測量 晶片兩端壓力差，或量測系統內某兩處壓力差。
12. 電子式氣體流量計：Varian analytical instrument；以數位方式顯示 氣體流量，用來確認晶片各端出口的氣流值。
13. 乾式流量計 (Model DC-2)：Tokyo Shinagawa；以指針指示通過的 氣體流量，用來固定標準品的氣體體積。
19. Solvent rinse kit (Supelco):將塗佈溶液放入此裝置內，經由載流氣 體推送將微量溶液送至微層析晶片進行塗佈。
2-2 碳分子篩微層析晶片之製作
自行設計之碳分子篩微層析晶片設計圖如圖 2-1，其流道總長大 約為 1 m，流道寬度約 100 μm，深約為 210 μm，壁寬約為 100 μm，
外觀大小為 2 cm × 2 cm，實體照片如圖 2-2；外接毛細管的區域，
流道寬度約 320 μm、深度約 210 μm，長度約 3 mm，如圖 2-2(b)。
圖 2-1 碳分子篩微層析晶片設計圖 (a)流道 (b)出口處放大圖
圖 2-2 碳分子篩微層析晶片實體照片
(a) (b)
2 cm
2 cm
2-2-1 碳分子篩微層析晶片之前處理
在進行實驗之前，需要將微層析晶片兩端出口封裝以便測試。取 兩 段 長 度 約 1.5 cm、 內 徑 0.1 mm 的 去 活 性 非 極 性 (deactivated non-polar)毛細管與微層析晶片兩端連接，連接處使用環氧樹脂密封；
再取兩段長度約 3.5 cm、內徑 0.25 mm 的去活性非極性毛細管，套 在內徑 0.1 mm 的毛細管上，重疊部分約 0.5 cm，示意圖如圖 2-3、實 體照片如圖 2-4。
圖 2-3 碳分子篩微層析晶片連接毛細管示意圖[46]
2-2-2 碳分子篩微層析晶片之靜相製作
將高分子材料 Saran- poly(vinylchloride-co-vinylidene chloride)0.5 g 溶於 20.0 mL 的 tetrahydrofuran (THF)中，以加熱攪拌器使溶液在 70~ 80℃下攪拌，在 Saran 完全溶於 THF 溶液時停止加熱及攪拌，以 1 mL 注射針取適量混合溶液，接著把混合溶液慢慢打入微層析晶片 中，如圖 2-5。待溶液完全通過後，將微層析晶片放入管狀高溫爐中，
通入高純度氮氣，以流速 60 mL/min 通 30 分鐘後，在以每分鐘 10
℃的升溫速率，升溫到 700℃，恆溫 7 hr 燒結此材料，待高溫爐設定 的溫度程序結束後，等其自然冷降至室溫，再從高溫爐中取出微層析 晶片，即完成碳分子篩微層析晶片。
圖 2-5 碳分子篩微層析晶片塗佈圖
2-3 單管柱微層析晶片之製作
單管柱微層析晶片設計圖如圖 2- 6，實體照片如圖 2- 7。單管柱 微層析晶片流道總長度約 3.31 m，流道寬度約 120 μm、深度約 200 μm、
壁寬約 80 μm、邊長約 1.5 mm，外觀大小為 3 cm × 3 cm，；外接毛 細管的區域，流道寬度和深度約 200 μm，長度約 3 mm。
圖 2-6 單管柱微層析晶片[47]
圖 2-7 單管柱微層析晶片實體照片
2-3-1 單管柱微層析晶片之前處理
進行實驗之前，需要將微層析晶片兩端出口封裝以便測試。毛細 管之連接方式同分子篩之方法，見圖 2-3。毛細管連接完成後，架設 清洗裝置如圖 2-8， Solvent rinse kit 內放入去離子水，利用氮氣做為 載流氣體將去離子水推動到流道內，清洗一分鐘後再用丙酮清洗一分 鐘，水與丙酮交替，共進行三次清洗，最後利用氮氣將微層析晶片吹 乾，完成晶片清洗。
圖 2-8 單管柱微層析晶片清洗及塗佈靜相材料之裝置[47]
2-3-2 單管柱微層析晶片之靜相塗佈
取 polydimethylsiloxane (DB-1) 1.0 g 溶於 10.0 mL 的正戊烷，以 加熱攪拌器攪拌其均勻混合；取適量混合溶液置於圖 2- 8 的 Solvent rinse kit 內，利用 30 Psi 的氮氣為載流氣體，靜置一段時間使內部壓 力達平衡狀態，將 Solvent rinse kit 內液面上方毛細管，迅速插入液面 再迅速抽離，取微量溶液進入微層析晶片塗佈，待溶液離開微層析晶
測氣體將無法順利進入三獨立流道內，蝕刻限制夾可避免此問題，如 圖 2-11(a)虛線所示。
圖 2-9 多管柱平行分離微層析晶片示意圖[48]
圖 2-10 多管柱平行分離微層析晶片實體照片
圖 2-11 多管柱平行分離微層析晶片設計圖 (a)入口處(b)出口處
(a) (b)
圖 2-12 多管柱平行分離微層析晶片實體照片 (a)入口處(b)出口處(c)流道轉彎處
2-4-1 多管柱平行分離微層析晶片之前處理
取四段內徑 0.1 mm、長 2.0 cm 的去活性非極性(deactivated non-polar)毛細管與微層析晶片之三端出口連接，連接處利用環氧樹 脂密封；再取四段長 2.0 cm、內徑 0.25 mm 的去活性非極性毛細管，
套在內徑 0.1 mm 的毛細管上，重疊部分約 0.5 cm。在清洗與塗佈微 層析晶片完成之前，不在入口處連接毛細管，待塗佈完成再將入口處 連接毛細管，此方法能避免塗佈溶液不逆流至其它流道，連接完成的
(a) (b)
(c)
微層析晶片示意圖如圖 2-13、實際照片如圖 2-14。
圖 2-13 多管柱平行分離微層析晶片連接毛細管示意圖[48]
圖 2-14 多管柱平行分離微層析晶片連接毛細管實體照片
2-4-2 多管柱平行分離微層析晶片之靜相塗佈
多管柱平行分離微層析晶片中三道流道可做同時分析，三流道互 相平行且獨立，分別塗佈 OV-210、OV-225、OV-330 三種不同的靜相，
結構如表 3-2，三個流道在入口處會產生交會點，為了避免塗佈溶液 不慎進入其他流道，導致靜相材料有互相混合情形發生，塗佈裝置如 圖 2- 15。
圖 2-15 多管柱平行分離氣相微層析晶片塗佈裝置示意圖[48]
取高分子聚合物 OV-210、OV-225、OV-330 各 1.0 g，分別溶於 10.0 mL 的丙酮中，攪拌混合後，即完成取塗佈溶液的配製。多管柱 平行分離氣相微層析晶片以動態塗佈進行，在入口處提供氮氣為載流 氣體，塗佈靜相溶液前需先利用丙酮進行試塗，確認塗佈溶液不會進
獨立氣流，在 1/8 in. Swagelok 中間放置墊片，使 1/8 in. Teflon tube 與毛細管互相連接，且無漏氣疑慮。在欲塗佈的流道，將 Solvent rinse kit 置於 1/8 in. Swagelok 與 Capillary Union 之間，無需塗佈的流道利 用毛細管連接如圖 2-15 虛線，改變毛細管長度可以使阻抗值改變，
2-5 玻璃管狀前濃縮裝置封裝
在前濃縮裝置中，可以在管內填充多種不同比例的吸附劑，在本 研究中使用 Carbopack B、Carbopack X 及 Carboxen 1000 三種吸附劑 聯用，可針對不同吸附性質之化合物進行吸附作用。填充吸附劑時，
溫淨化的步驟，加高溫到 350℃並維持一段時間，目的在除去吸附劑 本身吸附的雜質及水氣，使這些物質藉由高溫脫附出來，以確保進行 實驗時不受這些雜質的干擾。
圖 2-16 玻璃管狀前濃縮裝置 (a)吸附劑封裝 (b)完成圖 (a)
(b)
2-6 硬體架設及實驗流程
2-6-1 碳分子篩測試系統架設
本研究以致冷片進行各微層析晶片的溫度控制，溫控裝置圖如圖 2-17，微層析晶片、熱電耦線、致冷片、風扇由上至下依序擺設，在 致冷片上下面皆塗上散熱膏，能使其加熱時溫度均勻，降溫時幫助導 熱，並有固定微層析晶片及熱電耦線的作用。
圖 2-17 碳分子篩溫控裝置實際照片
碳分子篩測試系統架設如圖 2-18，將圖 2-17 的溫度控制裝置放入 HP 5890 烘箱中，載流氣體為氮氣，以自動進樣系統進行進樣動作，
由薄膜式抽氣幫浦、六向閥、採樣袋和樣品環(sample loop)組成，以 抽氣幫浦將採樣袋的待測樣品抽入樣品環中，之後轉動六向閥使載流 氣體推動待測樣品進入碳分子篩微層析晶片中進行分析。將碳分子篩
微層析晶片兩端接上玻璃連接管，中間連接管線使用內徑 0.25 mm 去 活性非極性毛細管作為連接管路，一端接上從六向閥流出之氣體管線，
一端接上火焰離子偵測器端(FID)進行偵測，FID 偵測溫度設定為 250
℃，氫氣流速 50 mL/min，空氣流速 450 mL/min，偵測到的訊號由 DAQ 6211 收集並由自行撰寫的 LabVIEW 程式處理，並顯示在電腦 螢幕上，資料擷取速率為 20 點/秒。
圖 2-18 碳分子篩測試系統架設圖[48]
2-6-2 三微層析晶片多維度層析系統架設 測器溫度設定為 250℃，氫氣流速為 50 mL/min，空氣流速 450 mL/min，
偵測到的訊號由 DAQ 6211 收集並由自行撰寫的 LabVIEW 程式處
圖 2-19 三微層析晶片多維度層析系統 (a)示意圖 (b)架構圖[48] (c)置於烘箱實體圖 (a)
(b)
(c)
2-6-3 前濃縮自動化進樣多維度層析系統架設
圖 2-20 為本研究使用的前濃縮自動化進樣多維度層析系統架設 示意圖。黃色虛框為模擬低濃度進樣系統，因本研究之樣品較多，把 待測樣品分袋配成高濃度到採樣袋中，實驗時再從高濃度採樣袋中分 別以氣體注射針抽出少量，再一起打入裝置中，前側有加裝活性碳管，
過濾非分析物之大分子，玻璃緩衝管提供一個緩衝的空間，使待測氣 體與空氣充分混合，產生低濃度之待測氣體，再進到層析系統中分析，
濃度控制在 1~100 ppm。
濃度控制在 1~100 ppm。