摘要
由於工業排放、土壤礦物釋放及銅質管件的使用等因素，飲用水中常含有過 量的銅離子。本計畫擬設計一套檢測水中銅離子濃度之偵測方法。現行對銅離子 的檢測裝置往往因價格昂貴、不易攜帶或檢測時間長等因素而無法普及。本計畫 欲利用硫化鋅與硫化銅在水中不同的溶度積進行取代反應，製作成可偵測銅離子 的試紙。再利用兩者顏色與螢光激發波長的差異，設計偵測器將實驗數據量化並 分析。所提出之創新方法目前可在 30 分鐘之內，僅需 50 µl 的水樣，對含 5*10-3M 至 5*10-5M 的銅離子進行定量。此外，欲利用海藻酸鈉對水中重金屬的吸附能力， 結合先前所提出的偵測方式設計銅離子吸附/偵測裝置。其製作的方便性與成本的 低廉，更為此研究在應用上帶來實質的貢獻。Abstract
In response to increasing concerns for water pollution regarding Copper(II) ion in domestic and agricultural fields, numerous technics regarding detection and absorption of Copper ion have been developed both commercially and academically. However, high costs, sophisticated procedures and large component size have limited the access and usage of these technics to the general public. This proposal aims to create a
technique that will improve such problems shown above. Utilizing the substitution reaction driven by different solubility product of zinc sulfide (ZnS) and copper sulfide (CuS) to create test strips for copper ion, further using the difference of color and photoluminescence properties to design simple device for quantifying test results.
Currently, the proposal have successfully construct colorimetric device and method that could quantify copper ion ranging from 5*10-3M to 5*10-5M in just 30 minutes and 50 µl
of aqueous sample. Furthermore, utilizing the adsorption and ion exchange properties of calcium alginate beads, the project will construct an absorption/detection device for copper ion.
壹、研究動機
銅是人類史上已知使用最久的金屬之一。良好的導電、導熱與延展性也讓銅 成為現今社會中不可或缺的工業原料。由於電子產業需求，銅離子也是電鍍產業 與半導體工業的主要原料。然而，工業廢水的不當排放，加上土壤中礦物的自然 釋放，銅離子也成為台農地土壤汙染的主要來源之一。上述原因與銅質管件在住 家內的廣泛使用，讓飲用與民生用水中的銅離子濃度超過人體可接受的濃度。根 據國家環境毒物研究中心研究，大量的銅離子會造成嘔吐、腹瀉、甚至造成肝、 腎功能受損，進而導致死亡[1]。目前學術上存在多種對銅離子偵測的方法與儀器， 卻因價格昂貴、體積龐大、過程繁雜或檢測時間太久等因素而無法普及。 國中化學實驗時，進行了利用氫氧化鈉滴定並將沉澱物秤重來測量水中鈣離 子濃度的實驗。實驗後有個想法: 是否可利用沉澱物的顏色變化進行重金屬離子濃 度的測量? 硫化鋅奈米粒子 (ZnS Nanoparticle)是一長期受到關注的研究對象，其 獨特的光學與電學性質，使硫化鋅在螢光、生物標記等方面廣泛應用。是否也可 利用硫化鋅奈米粒子的螢光效應與顏色上的改變進行重金屬離子濃度的偵測? 因 此著手進行本研究。貳、研究目的及研究問題
本研究將利用硫化鋅奈米粒子的螢光效應與顏色上的改變，進行水中重金屬離子濃度的偵測:採用比色法與螢光偵測兩種方式，設計出一套價格便宜、操作簡 單方便、快速且可準確測得水中銅離子濃度的方法。本研究將細分為以下項目: 研究一: 用簡單便宜之方法合成硫化鋅奈米粒子(ZnS NP) 研究二: 利用硫化鋅與硫化銅不同的溶度積(Ksp)與顏色、螢光激發波長的差 異，製作可偵測水中的銅離子濃度的硫化鋅試紙並評估其效能。 研究三:將偵測方法結合海藻酸鈣可吸附重金屬的特性，製作偵測/吸收裝置。
參、 研究器材與設備
一、合成奈米粒子器材與藥品 二水合醋酸鋅 (ZnAc2 .2H2O ,98%) 九水合硫化納 (Na2S.9H2O, 98+ %) 微量滴管 (200µl, 5ml) Advantec 55mm 濾紙 125ml 錐形瓶 滴定管 噴霧瓶 燒杯 二、自製偵測器: CdS 光敏電阻 (ø=5mm) 10mW 藍紫光雷射 筆 320nm 紫外光源 噴漆(平光黑) 樹脂土(黑) 電木板 PET 瓶胚 TECPEL DMM-8062 三用電表 鋁箔 三、模擬水樣添加藥品與其他設備 1. 藥品: 三水合硝酸 銅(99%) 十二水合硫 酸銨鋁 二十四水合 硫酸鋁鉀 硫酸鎂 硝酸鉛 氯化鐵 硝酸鈷 碘化鉀 氯化鈉 氯化鈣 醋酸鈉 醋酸 氨水 氯化銨 鹽酸 Tris 丙酮 葡萄糖 2. 其他設備:PC420-D 加溫 攪拌器 SX720HS 數位 相機
肆、研究流程或方法及進行步驟
圖 4-1 研究流程 研究一 、硫化鋅奈米粒子的合成與試紙製作 一、實驗步驟: 1. 本研究參考並修改 Sookhakian[2]等人的研究進行硫化鋅奈米粒子的合成， 實驗先配置等量 0.5M Na2S 與 ZnAc2溶液。 2. 將裝有 ZnAc2的噴霧瓶置於含 Na2S 的錐形瓶上方，攪拌器轉速設為 300rpm。（圖 4-2） 3. 以 8ml/min 速率將兩溶液混合，反應溫度為 27 2° C。 4. 混合後，讓反應持續進行 15 分鐘。 5. 將 20µl 含 ZnS 奈米粒子的溶液滴在 Advantec 55mm 濾紙上，待其乾燥，CuS ZnS NP 成為可偵測銅離子的試紙。 二、合成裝置: 圖 4-2 合成裝置 研究二 、水中銅離子的偵測 一、試紙變色原理: 本研究將含硫化鋅奈米粒子的溶液滴在濾紙(Advantec, 55mm)上，製 成試紙。試紙的變色是由硫化銅與硫化鋅溶度積（Ksp）與顏色上的差異 而導致。當含銅離子的溶液滴在的試紙上，會進行銅離子的取代反應:
ZnS(s) + Cu
2+(aq) ⇌ CuS(s) + Zn2+ (aq) K＝2.5×1011 白色的 因此可利用與 圖 4-3 試紙變色前(左)與變色後(右)(以 10-2M 為例) 噴霧瓶 Cu2+二、偵測裝置介紹 本研究設計兩個裝置對試紙變化進行測量。分別為(1)顏色偵測裝置與(2)螢 光偵測裝置。以下將介紹兩裝置的設計、原理與訊號判讀。 (一)、顏色偵測裝置 由於人眼對顏色變化的判斷十分主觀，也只能透過比色的方法進行顏 色變化的判斷，因此本研究設計並製作出一套可將顏色變化量化的裝置。 1. 裝置外觀 如下圖，整個偵測裝置分為三部分:電源、三用電表與偵測腔。 偵測腔(圖 4-4)使用功率為 10mW 的 405nm 雷射模組作為光源，革 除外在光害後，於腔體的一端放置 CdS 光敏電阻和對準另一端中心的 雷射模組，空隙由約 10mm 厚的黑色樹脂土填充。另一端的中心則設 一直徑 5mm 的圓形開口，開口處放置待測的變色試紙。試紙後方在以 一後擋板隔離後方可能的光害。 雷射模組連接電池或直流電源供應器。為避免長時間實驗消耗電 池電力並降低電池電壓，使實驗產生誤差，我們以 3V 直流電源供應 器代替電池。 光敏電阻連接三用電表，測量其光電阻，進而判斷其變色程度。 2. 裝置設計與實體圖
1. 雷射朝試紙變色處射出光束 2. 光線經試紙反射，亮度由其顏色決定 3. 部分反射光反射至光敏電阻，反射光亮度決定電阻值 1 2 3 偵測腔原理 圖 4-5 完整偵測裝置 3. 偵測原理 如圖 4-6，當雷射電源開啟，雷射朝另一端開口的試紙射出一光束。 光敏電阻因試紙反射出的光線造成的亮度改變，產生光電阻的變化。 試紙顏色的不同會造成的反射光強度差異，進而造成光電阻的不同。 試紙顏色愈深，反射光越弱，光敏電阻的電阻值越高。因此可藉由光 電阻的高低，量化試紙顏色的深淺。 圖 4-6 偵測腔原理示意 4. 訊號判讀 Cu2+ 濃度 ZnS NP 試紙 試紙顏色 光的反射量 光電阻的電阻值 低 淡 多 小 高 深 少 大 偵測腔 三用電表 電源 風扇
表 4-1 (二)、螢光偵測器 本測量裝置與顏色偵測裝置的設計與原理雷同，差別在於以紫外光源 (約 320nm)取代雷射光源。該波長是硫化鋅奈米粒子的激發波長(吸收峰) 。 因此當光源照射到試紙，試紙上的硫化鋅便會產生波長位於可見光範圍的 螢光[9]。硫化銅的激發波長則較長(吸收峰為 429nm)，因此無法產生螢光 或強度較弱，因此可藉由螢光亮度差異測量水中銅離子濃度。而由於實驗 使用的 CdS 光敏電阻對紫外光敏感度遠不及可見光，因此可忽略紫外光對 光敏電阻產生的影響。 圖 4-7 實驗裝置設計。 訊號判讀: Cu2+ 濃度 ZnS 多寡 螢光強度 光電阻的電阻值 低 多 高 小 高 少 低 大 表 4-2 三、試紙針測效能之探討 實驗二-1、試紙反應時間與顏色變化之探討 實驗步驟: 1. 吸取 50µl 的 10-2 M 銅離子溶液，滴在試紙變色中心。
3. 分析兩裝置產生之訊號隨時間的變化。 實驗二-2、水樣體積與試紙顏色變化之探討 實驗步驟: 1. 取 20µl 含 ZnS 奈米粒子的溶液滴在試紙上，製成 20-粒子試紙。 2. 取 30µl 含 ZnS 奈米粒子的溶液滴在試紙上，製成 30-粒子試紙。 3. 取 20µl 銅離子溶液滴在 20-粒子試紙上。訂為 20-溶液-20-粒子樣本 (20-20)。 4. 重複上步驟，製作 30-30 樣本與 50-20 樣本。 4. 在反應後 30 分鐘後比較試紙變色情形。 實驗二-3、銅離子濃度與試紙顏色變化之探討 實驗步驟: 1. 配置 0.5 至 10-5M 之間不同濃度的銅離子溶液。 2. 吸取 50µl 的銅離子溶液滴在試紙變色中心。 3. 在反應後 30 分鐘以兩裝置測量試紙變化。 實驗二-4、環境溫度與試紙顏色變化之探討 實驗步驟: 1. 將 10-2 M 與 10-3M 銅離子溶液分別用水浴加溫至 65° C, 45° C, 25° C, 5° C。 2. 取 50µl 不同溫度的銅離子溶液滴在試紙變色中心。 3. 在反應後 30 分鐘以兩裝置測量試紙變化。 實驗二-5、環境酸鹼值與試紙變化之探討 實驗步驟: 1. 分別利用 0.1M 醋酸與醋酸鈉、Tris 與鹽酸、氯化銨與氨水溶液配 置 pH5, pH7,pH9 緩衝溶液。 2. 配置不同酸鹼值與銅離子濃度的水溶液。 3. 取 50µl 的待測溶液滴在試紙變色中心。 4. 在反應後 30 分鐘以兩裝置測量試紙變化。 實驗二-6、水樣中有機物與其他離子對試紙影響之探討
實驗步驟: 1. 分別配置不同有機化合物(10-2M)與無機化合物(10-3M)的溶液。 2. 取 50µl 的待測溶液，滴在試紙變色中心。 3. 在反應後 30 分鐘以兩裝置測量試紙變化。 實驗二-7、試紙實測效能與可行性之探討 實驗步驟: 1. 自來水的模擬: 本實驗參考詹舒斐等人的研究[3]進行水樣的模擬配 置，銅離子濃度則為 3.15*10-3M(約為 200ppm)。 2. 工業廢水的模擬: 加入電鍍工廠廢水中常見的鉛、鋅、亞鐵、鎂、 與銅離子。銅離子濃度為 3.15*10-3M，其餘離子含量則遵照我國放 流水標準(105 年)[4]的法定最高限制進行配置。 3. 將實驗室外洗手台取得的自來水配製成 3.15*10-3M 的銅離子溶液。 4. 將市售運動飲料配製成 3.15*10-3M 的銅離子溶液。 5. 取 50µl 的待測溶液滴在試紙變色中心。 6. 在反應後 30 分鐘以兩裝置測量試紙變化。 7. 分析試紙的實測效能。 研究三 、製作銅離子偵測/吸附裝置 一、實驗原理 海藻酸是一種存在於褐藻細胞壁的多糖類，常用於食品添加，對環境 亦無害。可製成溶於水的海藻酸鈉，再與鈣離子結合形成膠狀的海藻酸鈣 (calcium alginate)顆粒。海藻酸鈣具有吸附包含銅離子等多種重金屬離子 的能力，並可與銅離子進行離子交換[10]。將含銅離子的海藻酸鈣加入濃 食鹽水(氯化鈉溶液)，可使膠狀物與銅離子再度溶於水中，進行分離，循 環使用。此外，可將少量硫化鋅奈米粒子與海藻酸鈉混合，再進行海藻酸 鈣的製程，可製出含硫化鋅奈米粒子的海藻酸鈣顆粒。可望利用其顏色或 螢光特性進行銅離子定量。
二、實驗步驟 實驗三-1、硫化鋅/海藻酸鈣顆粒對水中銅離子的偵測。 1. 將 a ml 奈米粒子溶液與 b ml, x M 氯化鈣水溶液混合，並加入 y ml 針 筒中。 2. 將 b ml, c%(m/m)的海藻酸鈉置於燒杯中。 3. 將針筒中的溶液注射到燒杯中，形成球型顆粒狀，為硫化鋅/海藻酸 鈣顆粒。 4. 將顆粒置於不同濃度的水樣中，測量其顏色變化。 實驗三-2、利用硫化鋅/海藻酸鈣顆粒與海藻酸鈣顆粒製作銅離子吸附/偵 測裝置 1. 配置 b ml, x M 氯化鈣水溶液，並加入 y ml 針筒中。 2. 將 b ml, c%(m/m)的海藻酸鈉置於燒杯中。 3. 將針筒中的溶液注射到燒杯中，形成球型顆粒狀，為普通海藻酸鈣顆 粒。 4. 將含硫化鋅奈米粒子的海藻酸鈣顆粒與普通海藻酸鈣進行排列。製作 銅離子吸附/偵測裝置，並評估其效能。
伍、預期結果、已有初步結果
研究一 、硫化鋅奈米粒子的合成與試紙製作 (一)、合成粒子大小之判定: 1. 瑞氏散射 根據瑞氏散射理論，當一介質中的粒子小於入射波長的 1/10 時，即 會產生瑞氏散射，與其他散射不同，此散射對入射波長具有選擇性(細 節見附錄)因此在反應中用白光照射，若有瑞氏散射產生，溶液會成偏 藍色(因藍光散射量較紅光大)，通過溶液的光則會偏黃色，甚至紅色。 如圖 5-1，實驗結果符合上述特點。因此根據理論，溶液中的 ZnS 粒 子小於入射光波長的 1/10，可推論溶液中的粒子為奈米粒子。圖 5-1 左:反應前 中、右:反應後
2. 掃瞄電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）
瑞氏散射只能推測粒子為奈米等級，無法精確測量粒子大小，因 此透過 SEM 了解 ZnS NP 的顆粒大小。
圖 5-2 粒子 SEM 圖
3. 試紙介紹： 將 變色範圍，此範圍的中心即為試紙變色中心。 (1).試紙變色範圍: ZnS NP 覆蓋範圍，會和銅離子反應、變色。 (2).試紙變色中心: 試紙變色範圍的中心。 圖 5-3 反應前後的試紙(左圖為滴有 ZnS NP 溶液的試紙，右圖為反應後的試紙) 研究二、水中銅離子的偵測 實驗二-1、試紙反應時間與顏色變化之探討 1. 實驗結果(顏色偵測裝置) 1cm 1cm 35 分鐘 25 分鐘
圖 5-4 光敏電阻的電阻值隨反應時間的變化 圖 5-5 水膜對反射光的影響示意 2. 討論與分析 (1). 試紙在與銅離子反應後，短時間內即會變色。 (2). 將光敏電阻的電阻值對時間作圖，繪製圖 5-4，發現試紙在接觸銅離 子溶液的前五分鐘光敏電阻的電阻值會持續上升，五分鐘之後光敏 電阻的電阻值開始持續下降，至大約 25 分鐘時開始穩定。表示前五 分鐘反射光強度逐漸減少，五分鐘後，反射光強度逐漸增加到一個 穩定值。 (3). 當 ZnS NP 接觸到銅離子後，顏色由白轉深褐色，導致反射光強度 減少，電阻值增加，實驗結果符合推論，但為何在 0~25 分鍾之間光 反射量有奇怪的起伏現象？也就是為何在此過程中光反射量會減少 又再增加呢？推測此現象的成因和物理問題"濕衣服的顏色為何比較 深"相同。因為在反應後 5 分鐘，試紙尚未乾燥，因此表面附著一層 水膜(如圖 5-5)，因為水的折射率較空氣大，因此光線從試紙表面反 射後，反射角較大者會在水膜表面發生全反射，導致部分反射光線 被吸收，偵測器接收到的光線因而減少[5]。而 5 分鐘後，試紙逐漸 乾燥。上述現象開始減弱，反射光開始增加，電阻值因而下降。約 至反應 20-25 分鐘後，試紙完全乾燥，因此電阻值從反應後 25 分鐘
(4). 往後實驗中，樣品皆在反應後 30 分鐘進行數據測量。 實驗二-2、水樣體積與 ZnS NP 溶液體積對試紙顏色變化之探討 1. 實驗結果(顏色偵測裝置) 銅離子濃度: 待測水樣－ZnS NP 溶液體積 10-1 M 10-2 M 10-3 M 20-20 50-20 30-30 2. 討論與分析 (1). 由表 5-1 可發現，50-20 樣本在銅離子濃度為 10-2 M 和 10-3 M 時的 顏色變化較 20-20 與 30-30 樣本大。 (2). 承上，在水樣中銅離子濃度為 10-1 M 時，三者顏色變化相近。 (3). 由表 6-2 可看出 30-30 與 20-20 樣本在 10-3M 顏色變化較 50-20 樣本 不均勻，外觀顏色較深。 (4). 在往後實驗中，均會使用待測水樣 50µl，ZnS NP 溶液體積 20µl 的 組合進行。 實驗二-3、銅離子濃度與試紙顏色變化之探討 本實驗探討水樣中銅離子濃度對試紙顏色變化的影響，發現在銅離子濃度 小於 5*10-3 M 時，光敏電阻之電阻值與銅離子濃度成正比。而在 5*10-3 M 以 上則趨近於平緩，至 0.1M 以上幾乎成為一定值。
1. 實驗結果(顏色偵測裝置) 圖 5-6 光敏電阻的電阻值隨水樣銅離子濃度的變化 圖 5-7 光敏電阻的電阻值隨水樣銅離子濃度在線性範圍內的變化 Cu2+濃 度 電阻 值 1 電阻 值 2 電阻 值 3 平均電 阻 0 M 3.32 3.25 3.34 3.30
2. 討論與分析 (1). 水樣中銅離子濃度越高，試紙變色越明顯。至 0.025-0.1M 之間呈黑 色，水樣中銅離子濃度越低，試紙變色越淡。肉眼辨識極限大約在 10-4至 7.5×10-5M 之間。 (2). 將光敏電阻的電阻值對銅離子濃度作圖，繪製圖 5-6。由圖 5-6 可 發現，在銅離子濃度較低時，光敏電阻之電阻值與銅離子濃度成線 性，而在高濃度則趨近於平緩，至 0.1M 以上幾乎成為一定值。 (3). 由圖 5-7 可發現，在銅離子濃度小於 5×10-3 M 時，光敏電阻之電阻 值與銅離子濃度成線性關係，線性相關係數的平方 R2值可達 0.9885。 (4).表 5-2 是銅離子濃度分別為 0 M 與 10-5 M 下的電阻值，從數據中可 發現，10-5 M 的平均結果雖然大於 0 M 的結果，但部分數據與 0 M 重疊，表示無法辨識此濃度差異。故此方法的儀器偵測極限必大於 10-5 M，依實驗求得線性範圍為 5×10-5 M 至 5×10-3 M，R2＝0.9885。 實驗二-4、環境溫度與試紙顏色變化之探討 本實驗探討水樣溫度對試紙變色的影響。由實驗結果可得知，在 5 ˚C-65 ˚C 之間，溫度的改變對實驗結果的影響不顯著。 1. 實驗結果(顏色偵測裝置)
圖 5-8 試紙在不同水樣溫度下的顏色變化 2. 討論與分析 (1). 從 5 ˚C 至 65 ˚C 之間，兩種濃度的最大與最小值僅相差 3.29%與 1.96%(10-3M 與 10-2M)。而實驗結果也未看出和溫度直接的相關 性，因此可推論溫度變化對實驗結果的影響不顯著。 (2). 在本研究中，實驗環境的溫度皆在 27 3˚C，可忽略水樣溫度 差異對 實驗結果的影響。 研究預期結果: 1. 顏色偵測器 (1). 由於 CuS 的溶度積(8×10–37) 遠小於大多硫化物，因此可預測試紙對 銅離子的選擇性應良好。 (2). 酸鹼值的研究還尚未完成，但目前利用緩衝溶液製作 pH5 的檢量 線，發現線性關係良好(R2可達 0.97)。 2. 因現階段還尚未完成螢光偵測器的製作，因此尚未進行相關偵測實驗。 但可預測銅離子的存在可能會使試紙螢光的強度降低，是否呈線性或其 他規律則需實驗證實。而從顏色偵測裝置的結果可預測水樣溫度應該也
實驗求得。此外，因光敏電阻對紫外線的靈敏度也遠不及可見光，因此 可降低背景干擾，可望增加裝置的靈敏性。 3. 關於硫化鋅/海藻酸鈣顆粒對水中銅離子的偵測，預計利用比色法的方式 進行水樣中銅離子的偵測。不同於試紙因強度因素不試用太大的水樣， 海藻酸鈣可置於數毫升甚至更大的水樣中，因此 可望增加變色的偵測極限。 4. 對於吸附/偵測裝置，可在不同位置放置可變色 的硫化鋅/海藻酸鈣顆粒(如右圖)。利用普通海藻 酸鈣顆粒負責主要對銅離子的吸附，用硫化鋅/ 海藻酸鈉顆粒進行偵測效率的觀察，當放在下層 的硫化鋅/海藻酸鈉顆粒變色時，也可提醒使用 者更換吸附顆粒。
陸、本計畫之創見性及其未來應用
本計畫針對銅離子的偵測設計出一套簡便且快速的偵測方法。不同於以往研 究大多直接使用前人研究成果加以修改就可進行研究，本研究除 ZnS 奈米粒子的 合成，其餘均無套用現有的文獻(ZnS 合成的文獻原先也並未用於偵測，而是研究 其螢光性質)。結果方面，雖然目前僅設計出比色法試紙的偵測方式，但與其他現 有市售與研究上的偵測方法進行比較(如下表)，可發現試紙的偵測範圍廣，對溫度 變化亦具穩定度。且僅需所需的水樣體積(50μl)小於大部分的儀器所需(大多>1ml) 在水樣體積。雖然偵測極限不及現有商業化的方法，但可望藉由接下來的螢光偵 測器解決。加上快速的測量時間、十分低廉的成本(每張試紙中，濾紙成本約 2.07 元、粒子價格約 0.006 元)與易攜帶的偵測器(約 300 克)，適合應用於需要快速且方 便的野外實察或溫度差異大的工廠中。 分析方法 偵測極限 (LOD) 偵測範圍 反應所需時間本研究 ZnS NP/比色 法 50 μM 50-5000 μM 25 分鐘 Xiaoyang Xu 等人[6] DNA 修飾奈米 金粒子/比色法 20 μM 20 -100 μM 2 小時 市售比色偵測 器(ebay) 比色法 5 μM 5-50 μM(非線 性，無法定量) N/A Bogdan Feier 等人[7] 電化學法 6.35 μM 10 -2000 µM N/A Sanford C. Downs 等人[8] 原子吸收光譜 (AAS)(最廣泛 使用的方法) 0.02ppm (0.315 μM) 0.315-315 µM >30 分鐘 周美岑、白旻 昇[11] 比色法 100ppm(1575 μM) 1575-14175 µM(無法定量) N/A
柒、結論
本計畫旨於設計出一套價格便宜、操作簡單方便、快速且可準確測得水中銅 離子濃度的方法。研究已成功合成琉化鋅奈米粒子，並利用其與銅離子的取代反 應製成可偵測水中銅離子的試紙。針對將研究結果數據化，本計畫設計兩種可將 試紙變化量化的偵測裝置。分別為利用顏色差異的顏色偵測裝置與利用螢光激發 波長差異的螢光偵測器。目前已製作出顏色偵測裝置並已找出最佳量測時間與待 側水樣體積比，且發現試紙對溫度變化具有極佳的穩定性，在水樣酸鹼值為 pH=5 時銅離子濃度與偵測器訊號也具有高線性。在未來階段本研究則會繼續針對不同 酸鹼值、篩選度等變因進行探討，製作螢光偵測器且探討其效能，與設計出銅離 子偵測/吸附裝置，進行應用。捌、 參考資料
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玖、計畫執行進度表
民國106 年 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 十 一 月 十 二 月 文獻、參考資料查詢 研究一進行 研究一-SEM 拍攝 顏色偵測裝置的設計與製作 期間 工作項目螢光偵測器的設計與製作 研究二進行 研究三進行 研究三分析
![表 4-1 (二)、螢光偵測器 本測量裝置與顏色偵測裝置的設計與原理雷同，差別在於以紫外光源 (約 320nm)取代雷射光源。該波長是硫化鋅奈米粒子的激發波長(吸收峰) 。 因此當光源照射到試紙，試紙上的硫化鋅便會產生波長位於可見光範圍的 螢光[9]。硫化銅的激發波長則較長(吸收峰為 429nm)，因此無法產生螢光 或強度較弱，因此可藉由螢光亮度差異測量水中銅離子濃度。而由於實驗 使用的 CdS 光敏電阻對紫外光敏感度遠不及可見光，因此可忽略紫外光對 光敏電阻產生的影響。 圖 4-7 實驗裝置設計。 訊](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/7011974.4185/9.918.269.652.399.664/產生或強度較弱因此可藉由螢光亮度差異測量水中銅離子濃度訊.webp)
