臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用微型發音哨，作為氣相層析儀的偵測器，藉由麥克風接收不同氣體經過發音哨時頻率的變化，透過音效卡加以記錄。當氣相層析毛細管柱之載流氣體與待分析的氣體混合後，因壓力差快速通過微型發音哨而發出不同頻率的聲響。即時的頻率變化量可藉由LabVIEW(Laboratory Virtual Engineer Workbench)程式同步進行傅立葉轉換，以獲得即時單一頻率。將此頻率變化對時間作圖，可得一即時層析音頻圖譜。本實驗便是依憑此音頻變化層析圖譜來進行實驗數據的即時分析。
為了提高發酵製醇的效率，本研究首次將學名為Saccharomyces cerevisiae的酵母菌株，以靜電紡織技術，將酵母菌包覆在聚左旋乳酸 (poly-L-lactide；PLLA) 的微管陣列薄膜中。酵母菌於室溫下約20小時會從106/mL 生長至108/mL，並於36小時後，生長至穩定。薄膜對酵母菌的活性不會有影響。使用包菌纖維可以解決發酵之後，乙醇溶液中移菌的困難步驟。再者，包菌纖維還可以回收持續使用，降低製造乙醇的成本。
本實驗使用自組裝電磁閥注射裝置，將發酵液放入注射裝置的樣品槽內，並將已包覆酵母菌的纖維共同置入發酵液中進行發酵。利用程式控制電磁閥，將發酵過程所產生乙醇的揮發氣體及二氧化碳等，以5分鐘的間隔，自動注入到毛細管柱中進行分離與記錄。實驗結果顯示，使用本實驗裝置，可以即時檢測並追蹤發酵程度，實驗過程可長達４日且完全自動化。根據頻率的變化量，可以即時偵測當下發酵液中乙醇的揮發氣體的濃度，並以其蒸氣壓判定溶液中乙醇的濃度。以1克的葡萄糖為起始物，用~106株酵母菌進行發酵時，在溫度28度之下，24小時後可以產生約0.12克的乙醇，並釋放出約20 mL的二氧化碳。三天發酵之中，合計生產了約0.43克的乙醇，並釋放出約41 mL的二氧化碳。將此包菌纖維進行第二次實驗，亦得到相同的結果,顯示本方法具有良好的再現性。

This study was conducted to a general understanding of the use of a milli-whistle as a gas chromatography (GC) detector in gas analysis.The milli-whistle is connected to the outlet of a GC capillary, and when the eluted gases and the GC carrier gas pass through it, a sound with a fundamental frequency is produced. The sound wave can be picked up by a microphone, and after a fast Fourier transform, the online data obtained for frequency-change vs. retention time constitute a new method for detecting gases with LabVIEW(Laboratory Virtual Engineer Workbench).In order to improve the efficiency of fermentation, in this study, yeast strain, Saccharomyces cerevisiae, using electrostatic spinning technology coated inside to the PLLA (poly-L-lactide; PLLA) microtubule arrays film. Yeast activated in film will not be affected. The film can be recycled and continue to use, reduce the cost of making ethanol. In this study, the fermentation broth and yeast that has been coated inside to fibers put into the container together to ferment. Using of program control self-assembled solenoid valve, the fermentation process produces ethanol and carbon dioxide vapors, etc., at 5-minute intervals, automatically injected into the capillary column to separate and record. Experimental results show that the use of our developed device, we can immediately detect and track fermentation. The experiment apparatus can detect at least 4 days with fully automated. According to the amount of change in frequency, it can instantly detect the concentration of ethanol that is in fermentation broth。

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 viii
第一章緒論 1
1-1 研究目的 1
1-2分析物-生質酒精 3
1-3高分子材料所製作的纖維薄膜 5
第二章 研究方法及原理 6
2-1 哨式發音器 6
2-1-1 哨式偵測器原理 7
2-1-2 哨式偵測器製作 10
2-2靜電紡絲 11
2-2-1靜電紡絲原理 12
2-2-2 靜電紡絲之參數 16
2-3 發酵-酵母菌 17
第三章 儀器、藥品與實驗方法 19
3-1 實驗儀器 19
3-1-2 哨式偵測器 23
3-1-3 靜電紡織儀器 25
3-2資料處理 27
3-2-1 LabVIEW 27
3-2-2 RENISHAWWiRE 3.2 32
3-2-3質譜資料處理 33
3-2 器設備以及藥品列表 35
3-2-1 藥品列表 35
3-2-2 儀器設備及周邊 37
第四章 研究過程和結果討論 39
4-1乙醇的檢測 41
4-2發酵實驗 48
4-3拉曼光譜儀輔助鑑定 54
4-4包覆酵母菌的纖維進行發酵 61
4-5驗證推論實驗 71
第五章 結論 77
學會發表 78
參考文獻 79

圖目錄
第二章 研究方法及原理 6
圖2-1哨子示意圖 10
圖 2-2 靜電紡絲示意圖 14
圖 2-3 自製同軸紡頭 15
第三章 儀器、藥品與實驗方法 19
圖3-1 實驗儀器裝置示意圖 21
圖3-2 實驗儀器裝置圖 22
圖3-3(a) 哨式偵測器側視照 24
圖3-3(b) 哨式偵測器俯視照 24
圖3-4 靜電紡絲儀器圖 26
圖3-5 哨音收音LabVIEW程式人機操作介面 29
圖3-6 哨音收音LabVIEW程式圖型程式區 29
圖3-7 哨音讀檔LabVIEW程式人機操作介面 30
圖3-8 哨音讀檔LabVIEW程式圖型程式區 30
圖3-9 理論計算輔助程式LabVIEW程式人機操作介面 31
圖3-10 理論計算輔助程式LabVIEW程式圖型程式區 31
圖3-11 RENISHAWWiRE 3.2 操作介面 32
第四章 研究過程和結果討論 39
圖4-1 乙醇的飽和蒸氣層析圖 43
圖4-2 乙醇不同體積百分比之譜圖 44
圖4-3 乙醇理論值與實際值比較圖 45
圖4-4 乙醇理論值與實際值誤差值圖 46
圖4-5 乙醇的MS層析圖 47
圖4-6 發酵之頻率-時間譜圖(葡萄糖：酵母=10：4) 50
圖4-7發酵之頻率-時間譜圖(葡萄糖：酵母=10：7) 51
圖4-8 發酵時間與醣/酵母菌關係圖 52
圖4-9(a) 葡萄糖粉末拉曼光譜圖 56
圖4-9(b) 2M葡萄糖水溶液拉曼光譜圖 56
圖4-10 乙醇拉曼圖 57
圖4-11發酵拉曼全圖 58
圖4-12 發酵拉曼圖-881/cm-1 59
圖4-13 發酵拉曼圖-2930/cm-1 59
圖4-14(a) 發酵前拉曼圖 60
圖4-14(b) 發酵後拉曼圖 60
圖4-15(a) 纖維的SEM圖 62
圖4-15(b) 纖維的SEM圖 62
圖4-16 酵母菌 ( Saccharomyces cerevisiae)SEM圖 63
圖4-17 酵母菌 ( Saccharomyces cerevisiae)培養菌落圖 63
圖4-18(a) 第一次纖維發酵的二氧化碳圖 67
圖4-18(b) 第一次纖維發酵乙醇圖 67
圖4-19(a) 第二次纖維發酵的二氧化碳圖 68
圖4-19(b) 第二次纖維發酵的乙醇圖 68
圖4-20(a) 二次纖維發酵的二氧化碳比較圖 69
圖4-20(b) 二次纖維發酵的乙醇比較圖 69
圖4-21(a) 第二次三次纖維發酵的二氧化碳比較圖 71
圖4-21(b) 第二次三次纖維發酵的乙醇比較圖 71
圖4-22(a) 第三次三次纖維發酵的二氧化碳比較圖 72
圖4-22(b) 第二次三次纖維發酵的乙醇比較圖 72
圖4-23(a) 發酵的乙醇圖 74
圖4-23(b) 發酵液中加入5毫克活性碳的乙醇圖 74
圖4-23(c) 發酵液中加入7.5毫克活性碳的乙醇圖 75
圖4-23(d) 發酵液中加入10毫克活性碳的乙醇圖 75
圖4-23(e) 發酵液中加入活性碳的乙醇比較圖 76


表目錄
第二章 研究方法及原理
表2-1 影響纖維粗細因素 16
第三章 儀器、藥品與實驗方法
表3-1 實驗條件 20
表3-2 不同掃描方式的優缺點 34
第四章 研究過程和結果討論
表4-1乙醇的MS訊號及換算 47
表4-2 發酵關係表 53

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