染劑嵌入孔洞吸附材之氨氣偵測研究

將染劑嵌入材料中進行目標污染物的感測技術早在1995年就有 團隊進行研究，由於初期之研究，孔洞型材料仍未蓬勃發展，大部分 污染物感知材料研究都著重在擬孔洞狀之纖維作為載體，利用染劑嵌 入方式以進行污染物之偵測。由表2.6中可見，Nakano et al. (1995)利 用指示劑EB (Eosine bluish)嵌入纖維貼布上，當帶有染劑的貼布和鹼 性氣體氨氣反應所產生之產物，在螢光探測技術下於波長550nm 產生 一坡峰進而達到氨氣偵測，而此種螢光顯色機制在總流量為400 ccm 條件下，其偵測極限為0.1 ppm 且反應時間僅需40秒。

Malins et al. (2000)將指示劑 BP (Bromocresol purple)作為前驅物 加入溶膠凝膠法的薄膜製備中，將帶有染劑結構的薄膜進行氨氣的感 Nivens et al. (2002)也是利用薄膜作為載體並結合 HPTS (hydroxyl -pyrenetrisulfonic acid)以螢光探測方式進行 NH₄OH 感測，最後得到偵 測極限及反應時間分別為10^-4 M 及30秒。

在2003年時 Yimit et al.利用 TiO2薄膜附著在玻璃片上，再利用溴

所示。此種 SBA-15和本研究所使用之 MCM-41皆屬於中孔洞型分子 利用和Fiorilli et al. (2004)相同方式，將載體換成中孔洞 SBA-3進行氨 氣感知測試。此種利用帶有染劑之中孔洞 SBA 材料進行氨氣感測，

其偵測極限在高氨氣濃度(1000 ppm 及1%)下可得到快速的反應時 間，此外，比較兩種不同孔洞排列型式的中孔洞 SBA 可得知，孔洞 排列形式並不會對氨氣感測造成影響。

Rivolo et al. (2004)利用孔洞型二氧化矽並嵌入染劑 CR (Congo red)來進行水中 NH₄OH 感測；Cao et al. (2005)也同樣地利用 BP (Bromocresol purple)嵌入薄膜結構中進行氨氣的感測，其在總流量為1 LPM 及偵測濃度145 ppm 時，材料反應時間僅需10秒。而 Oberg et al.

(2006)利用 BG (Bromocresol green)染劑批覆在二氧化矽顆粒表面上 進行水體胺鹽的感測，由研究中發現利用升溫方式加熱到80℃，可以 提高反應時間(2-20秒)以及降低偵測極限(1.4 ppb)。

NH₄OH 進行探測，由結果發現在液態 NH₄OH 可以得到較低的偵測極 限(5 ppb)比起氣態的 NH₃ (13 ppb)，另外，透過實驗也得知當濃度過 低時，在水體偵測的反應時間比氣體偵測時間要長，因此綜合以上文 獻可得知，許多實驗參數的改變會影響氣體感知器的汙染物偵測極限 (detection limit)及反應時間(response time)，例如：水氣、溫度及流量。

而本研究所選用的染劑和Oberg et al. (2006)相同，是利用中孔洞 MCM-41作為載體，結合溴甲酚綠染劑和 MCM-41製備出顯色型材 料，此外，本研究也將針對材料的親/疏水性對於染劑的結合以及目 標污染物的吸附感知進行探討，而目前大部分的研究皆專注在污染物 濃度為 ppm 等級，而為了要能應用在更廣泛的偵測場所，本研究也 期望能將汙染物偵測濃度降低到 ppb 等級下，仍有很靈敏的反應時 間。

表 2. 6 將染劑嵌入不同材料之偵測器

Adsorbent Dye Sensing target Detection limit Flow rate silica microsphere BG tert-butylamine 1.4 ppb 1.3 lpm 2-20 sec Oberg et al., 2006

porous silica BP NH3 13 ppb - 5 min Tao et al., 2006 porous silica BP NH4OH 5 ppb - 5 min Tao et al., 2006 EB: Eosine bluish

HPTS: hydroxypyrenetrisulfonic acid

RD: Reichartdt's betaine dye [ 2,6-diphenyl-4-(2,4,6-triphenyl-N-pyridinio)-phenolate ] CR: Congo red

BG: Bromocresol green BTB: Bromothymol blue BP: bromocresol purple