濃度變因衝破實驗管內空圖

在 4.2.2 節中曾經提到，不同濃度的亞甲基藍水溶液，在達到相

亞甲基藍 甲基橙

(a)

(b)

(c)

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同莫耳數載入量時，較高濃度的亞甲基藍水溶液其載入速度較低濃度 的亞甲基藍水溶液慢(圖 18)。

由於圖 18 中，亞甲基藍水溶液的濃度分別為 7.5μM、10μM 與 12.5μM，濃度差異太過接近，使得管內空圖雖略有差異，但變化不 大，不易觀察。而在 4.3 節的 k 值變因衝破實驗(甲基橙衝破實驗)中，

由於甲基橙之 k 值與亞甲基藍之 k 值差距達到近 6 倍，使得兩者的管 內空圖差異十分顯著。

因此，此處選擇 10μM 與 60μM 的亞甲基藍水溶液進行濃度變 因實驗，希望在濃度差距高達 6 倍的情況下，能使不同濃度但相同載 入量的管內空圖出現應有的顯著差異。並將不同濃度造成的管內空圖 差異與不同 k 值造成的管內空圖差異互相比較，以得知 k 值和濃度對 管內空圖各會造成何種影響。

從圖 26 可明顯觀察到在不同濃度、相同載入量的管內空圖中，

高濃度(60μM)的亞甲基藍水溶液其載入速度較低濃度(10μM)的亞甲 基藍水溶液慢：在相同的 3000nmole 載入量時(圖 26 中的紫色線)，

10μM 的亞甲基藍已經幾乎要載滿整支玻璃管柱，然而此時 60μM 的 亞甲基藍卻只載滿約二分之一的玻璃管柱。

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(圖 26) 不同濃度、相同莫耳數載入量的亞甲基藍衝破實驗管內空圖；

由左至右各波段所代表的亞甲基藍載入莫耳數(nmole)皆為：2, 67, 167, 417, 833, 1333, 1833, 2333, 2667, 3000。(a)濃度 10μM，由左至右 之波段的取點時間(sec.)為：1, 40, 100, 250, 500, 800, 1100, 1400, 1600, 1800。(b)濃度 60μM，由左至右之波段的取點時間(sec.)為：1, 7, 17, 42, 83, 133, 183, 233, 267, 300。從圖中可看出，在相同莫耳數載入量下，

濃度越高者，其載入速度較慢；濃度較低者，載入速度較快。

在 2.4 節及 2.5 節中曾提及有效管柱容量(effective column capacity, ECC)之定義及推導過程，此值可藉由公式(13)計算：

ECC =

nR0 (13)

式中，經由 4.2.1 節與 4.2.3 節之計算，已知 k 值為 0.0266，nR₀值為 5203.4。因此，從公式(13)可計算出在亞甲基藍水溶液濃度為 10μM

(a)

(b)

10μM

60μM

55 雜的聚合體(high-order aggregate) [77][78]，其可能形成的聚合體如表 2 所示： stacking 而形成類似三明治的型態(sandwich form)，其平衡反應方程 式如公式(20)，聚合常數(dimerization constant)為 4.71×10³ M^-1。

2MB (MB)2 K=4.71× 10³ M ^-1 (20)

經由 K 值計算得知，當亞甲基藍濃度為 10μM 時，則其中亞甲 基藍單體之比例為 99.58%；若亞甲基藍濃度為 60μM，則亞甲基藍單

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體之比例為 97.57%。從圖 28 中也可觀察到，當濃度為 10μM(紅色線) 時，於代表二聚體吸收峰的 16529cm^-1處之訊號已有些微上升，當濃 度提高到100μM(綠色線)時，16529cm^-1處之訊號將有顯著提升；由 此可見本實驗中使用的60μM 亞甲基藍所含之二聚體之量可能已足 夠影響實驗結果。

(圖 27) 亞甲基藍二聚體之聚合反應

(圖 28) 亞甲基藍聚合體之光譜圖^[77]

二聚體及聚合體的形成將使原本可分別吸附於不同 C₁₈吸附劑上 的亞甲基藍分子，因為亞甲基藍互相聚合而同時吸附於同一個 C₁₈的 active site 上，造成載入速度變慢。

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因亞甲基藍聚合體在溶液中至多只占約 2%之比例，故影響此單 位莫耳數載入量下，高濃度載入速度較慢的原因，主要還是因為有效 管柱容量增加所致。

然而，從實驗結果得知，在同莫耳數下，雖然高濃度會因有效 管柱容量增加及聚合體的形成而造成載入速度較慢，但在相同時間下，

高濃度的樣品還是會比低濃度的樣品更快衝破。