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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖蕙雯
研究生(外文):Hui-Wen Liao
論文名稱:多頻道奈米金有機氣體感測系統的開發
論文名稱(外文):Development of Multi-Channel Monolayer-Protected Gold Nanoparticles Sensor Array System for Volatile Organic Compounds
指導教授:張宏維張宏維引用關係
指導教授(外文):Hung-Wei Chang
口試委員:呂家榮施正雄
口試委員(外文):Chia-Jung LuJeng-Shong Shih
口試日期:2012-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:單層有機分子膜包覆奈米金顆粒揮發性有機化合物指叉微電極感測器石英微量天平線性溶合能量關係
外文關鍵詞:monolayer-protected gold nanopaticlesvolatile organic compoundsinterdigitated electrodesquartz crystal microbalanceLSER
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本研究合成出六種不同的單層有機分子膜包覆奈米金顆粒(monolayer-protected gold nanopaticles, MPNs)做為揮發性有機化合物(volatile organic compounds, VOCs)感測陣列中的感測材料。包含兩種具有單一結構有機分子膜,以及四種混合兩種不同結構之有機分子膜,透過修飾不同官能基的MPNs 材料來對揮發性有機化合物進行感測。經由紫外光/可見光光譜儀(UV/vis spectrum)及穿透式電子顯微鏡(TEM)來鑑定粒徑大小;1H核磁共振光譜儀(1H NMR)及傅式紅外線光譜儀(FT-IR)鑑定外圍有機膜組成。將MPNs 材料塗佈於指叉微電極感測器(interdigitated electrodes, IDEs)及石英微量天平(quartz crystal microbalance, QCM)測量材料對常見揮發性有機化合物的吸附特性與電阻變化情形。
由於外圍有機分子膜的組成不同,使得材料對待測有機氣體分子具有不同的選擇性,透過線性溶合能量關係(LSER)來研究材料與揮發性有機物之間的作用力;並透過化學統計分析(chemometrics)的方法來處理感測器陣列的訊號。發現無論於IDEs 或QCM 主成分分析法皆能將11種常見揮發性有機物區別開;由群聚分析結果證實單一類型感測器訊號即可把11種VOCs 分類,並且由於感測原理不同,兩種感測裝置具有不同的區別效果;區別分析結果中,兩類型感測器都具有超過87% 的鑑別率,而合併兩種感測器後鑑別率更可提升至100%,因此利用此六種奈米材料的不同感測特性可以構成一具有區別效果的揮發性有機化合物感測器陣列。

In this thesis, six unique monolayer-protected gold nanoparticles (MPNs) were synthesized and were employed as interface materials in a micro sensor array system for common volatile organic compounds (VOCs). All six MPNs characterized by 1H NMR, FT-IR, UV/vis spectroscopy and TEM for particle size distribution and outer organic ligand composites. Two micro-sensors, interdigitated electrodes (IDEs) and quartz crystal microbalance (QCM) were used to measure the correlation of resistance change and the mass adsorption when exposes with varied VOCs vapors.
Six MPNs showed different sensitivities to VOCs due to different outer organic ligands. Linear solvation energy relationship (LSER) indicated MPNs materials had their unique partition coefficients because of their different interaction force to target VOCs. All MPNs sensor responses were analyzed with different chemometrics methods to understand capability VOCs identification. With QCM or IDEs individual signals, target VOCs were effectively separated in score plots by principal components analysis (PCA). Cluster analysis results showed these six MPNs materials can distinguish 11 common VOCs. Discriminant analysis also demonstrated more than 87% recognition rate. With combination of QCM and IDEs responses, the recognition rate increased to 100%. The sensor array system combined with different sensing mechanism can clearly identify common VOCs targets.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 奈米材料基本理論 2
1.2.1 奈米科技的發展 2
1.2.2 奈米結構 2
1.2.3 奈米特殊性質 3
1.2.4 奈米材料製備 6
1.3 奈米金感測材料製備 6
1.3.1 合成方法介紹 6
1.3.2 表面置換反應的介紹 8
1.4 奈米材料結構及組成檢測 9
1.5 化學感測器 10
1.5.1阻抗式化學感測器 11
1.5.2 石英微量天平 13
1.6 MPNs應用於氣體感測之發展 18
1.7 線性溶合能量關係 21
1.8 迴歸分析 23
1.9 群聚分析 27
1.10 區別分析 29
1.10.1 區別分析法簡介 29
1.10.2 基本原理 31
1.11 主成份分析 33
1.11.1主成份分析法簡介 33
1.11.2 基本原理與應用 34
第二章 實驗器材及方法 38
2.1實驗藥品及儀器設備 38
2.1.1實驗藥品及試劑 38
2.1.2 儀器設備 40
2.2 材料合成與鑑定 43
2.2.1材料合成 43
2.2.2 材料鑑定 47
2.3 儀器分析方法 48
2.3.1 鍍膜控制 48
2.3.2動態標準有機氣體生成系統 49
2.4 資料處理 50
第三章 實驗結果與討論 52
3.1 奈米金感測材料合成與鑑定 52
3.2 有機氣體濃度校正 58
3.3 有機氣體感測 60
3.3.1 QCM與阻抗式化學感測器反應訊號圖之比較 60
3.3.2 數據處理 63
3.3.3 氣體感測之選擇性及靈敏度分析 64
3.3.4 材料對有機氣體感測之探討 72
3.3.5六種MPNs 材料對各類有機氣體之偵測極限 75
3.3.6 線性溶合能量關係式之建立 77
3.3.7 群聚分析 81
3.3.8 區別分析 84
3.3.9主成份分析 93
第四章 結論 96
第五章 參考文獻 98
附錄 103


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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