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系統識別號 U0002-1808201615100700
中文論文名稱 可即時檢測多重金屬離子/酸鹼度的液晶檢測系統
英文論文名稱 Real-time Liquid Crystal Based Sensor System for pH Determination/Multiplex Detection of Metal ions
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生中文姓名 陳韋龍
研究生英文姓名 Wei-Long Chen
學號 603160044
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2016-06-16
論文頁數 75頁
口試委員 指導教授-陳志欣
委員-李偉
委員-林孟山
中文關鍵字 液晶  感測器  酸鹼度  重金屬 
英文關鍵字 liquid crystal  pH  metal ion 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要  液晶感測系統 (liquid crystal based sensor system) 是利用液晶在排列狀態的不同在偏光下可以得到不同的訊號,是一種便宜、操作簡單等特性的檢測系統,能夠讓使用者馬上判斷出實驗結果。
  我們的研究分為兩部分,第一部分為金屬離子的檢測,我們將能夠與金屬離子配位的參雜分子與液晶混和,當溶液中含有金屬離子時,錯合物產生於液晶/水溶液界面,使液晶方向改變,而液晶的光學訊號會由暗轉為亮。
  第二部分為酸鹼度的檢測,我們將能不同pKa參雜分子與液晶混和,當酸鹼度發生變化時,參雜分子解離或質子化於液晶/水溶液界面,造成液晶方向改變,而得到不同的液晶的光學訊號。
英文摘要 Recent studies on design liquid crystal based sensor which was focused on liquid crystal/aqueous interface property to control liquid crystal arrangement. In detection of metal ions system, This system was composed of five individual detection wells in which the nematic LC 4-cyano-4’-pentyl biphenyl (5CB) was doped with a metal selective ligand including. When the solution containing metal ions was injected into the well, the formation of metal complex disrupted the orientation of LCs, which led to a transition of the image. Multiplex screening of the metal ions was achieved through the specific binding of ligands to various metal ions; while the quantitative determination was achieved by applying the ligands with different sensitivities toward the same metal ion. This system can be readily understood through human naked-eye under ambient light, it provides a simple approach for fast-screening water quality with less limitations.
In pH determination system, 4-cyano-4’-pentyl biphenyl (5CB) was doped with pH sensitive probe, respectively. When the system was injected with the different pH solution, the dissociation of charged dopants would reorientate LCs and lead to transition of the image. The results of the LC based sensor have defined the range of the pH from pH 7 to pH 8 by used different dopants. In addition, the system used different concentration dopant have defined the range of the pH from pH 6.2 to pH 7. The results show the real time and accurate measurements of the pH range specifically and with great stability.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1液晶感測器簡介 1
1-1-1液晶 2
1-1-2液晶的種類 3
1-1-3液晶感測器 6
1-1-3-1液晶感測器檢測機制 6
1-1-3-2固相/液晶感測系統 7
1-1-3-3氣、液相/液晶感測系統 9
1-1-3-4液滴感測系統 14
1-2金屬離子檢測 16
1-2-1金屬離子檢測 17
1-3酸鹼度 19
1-3-1酸鹼度檢測 19
1-4研究動機 20
第二章 實驗方法與材料 22
2-1實驗藥品與器材 22
2-2實驗儀器 23
2-3實驗方法 24
2-3-1製備PDMS培養皿 24
2-3-2製備DMOAP玻璃 24
2-3-3清洗TEM金屬網格 25
2-3-4金屬離子檢測製備 25
2-3-4-1 FTIR檢測 25
2-3-4-1-1汞錯合物配製 25
2-3-4-1-2 18-crown-6-5C-Fe3+/Co2+ 錯合物配製 25
2-3-4-1-3 EDTA-Fe3+ 錯合物配製 26
2-3-4-1-4 FTIR固態樣品 26
2-3-4-1-5 FTIR液態樣品 26
2-3-4-2 液晶檢測部分 27
2-3-4-2-1製備不同參雜5CB 27
2-3-4-2-2製備不同濃度之SDS水溶液 27
2-3-4-2-3製備不同濃度之過氯酸汞水溶液 27
2-3-4-2-4製備金屬氯化物水溶液 27
2-3-4-2-5製備液晶元件 27
2-3-5 酸鹼度檢測製備 28
2-3-5-1 製備pKa測量之溶液 28
2-3-5-2 pKa測量 28
2-3-5-3製備參雜之5CB 28
2-3-5-4製備tris buffer 29
2-3-5-5製備液晶元件 29
2-3-5-6酸鹼液晶感測系統 30
第三章 結果與討論 31
3-1 金屬離子檢測部分 31
3-1-1 PBA結合探討 32
3-1-2 POA結合探討 36
3-1-3 EDTA結合探討 39
3-1-4 18-crown-6-5C結合探討 41
3-1-5液晶性質探討 43
3-1-6不同濃度SDS的訊號 45
3-1-7 選擇性探討 47
3-1-8不同參雜之液晶偵測極限探討 52
3-1-9 多重離子檢測 55
3-2 酸鹼度檢測 58
3-2-1不同酸鹼度中的液晶訊號 59
3-2-2參雜分子pKa探討 60
3-2-3不同烷基參雜之液晶檢測酸鹼度 61
3-2-4不同濃度參雜之液晶檢測酸鹼度 63
3-2-5離子強度對檢測酸鹼度影響 64
3-2-6穩定性探討 66
3-2-7不同參雜之液晶檢測系統 67
3-2-8不同濃度參雜之液晶檢測系統 68
3-2-9可逆性探討 69
第四章 結論 71
4-1金屬離子檢測 71
4-2酸鹼度檢測 72
參考資料 73


圖目錄
圖1 感測器設計機制 1
圖2 向列液晶於偏光下的訊號 2
圖3 苯甲酸膽固醇酯結構 3
圖4 熱致型液晶排列方式 4
圖5 液晶4-cyano-4'-pentylbiphenyl 結構 5
圖6 液晶不同排列下之光學訊號 7
圖7 固相/液晶感測系統 8
圖8 氣、液相/液晶感測系統裝置組成 10
圖9 氣、液相/液晶感測系統 10
圖10 (a) DMOAP (b) OTS 結構 12
圖11 4-cyano-4'-biphenylcarboxylic acid (CBA)結構 13
圖12 4'-pentyl-biphenyl-4-carboxylic acid (PBA) 結構 13
圖13 4-decyloxy benzaldehyde (DBA) 結構 14
圖14 液晶液滴感測系統 15
圖15 PAA-b-LCP 結構 16
圖16 C-dots-R6G 結構 18
圖17 金屬離子感測器之參雜分子結構 31
圖18 檢測金屬離子反應機制 32
圖19 PBA 與Hg2+ 配位IR 光譜 33
圖20 PBA 與Hg2+ 結合Job plot UV-vis 光譜圖 35
圖21 PBA 與Hg2+ 結合Job plot 35
圖22 PBA 與Hg2+ Benesi-Hildebrand plot 36
圖23 POA 與Hg2+ 配位IR 光譜 37
圖24 POA 與Hg2+ 結合Job plot UV-vis 光譜圖 38
圖25 POA 與Hg2+ 結合Job plot 39
圖26 POA 與Hg2+ Benesi-Hildebrand plot 39
圖27 EDTA 與Fe3+ 配位IR 光譜 40
圖28 18-crown-6-5C 與Co2+ 配位IR 光譜 42
圖29 18-crown-6-5C 與Fe3+ 配位IR 光譜 43
圖30 玻璃對液晶訊號影響 45
圖31 在不同濃度SDS 溶液中的液晶變化 46
圖32 金屬離子檢測機制 47
圖33 PBA 選擇性探討 48
圖34 POA 選擇性探討 49
圖35 ZT 選擇性探討 50
圖36 EDTA 選擇性探討 51
圖37 18-crown-6-5C 選擇性探討 52
圖38 ZT 對Hg2+ 偵測極限探討 53
圖39 PBA 對Hg2+ 偵測極限探討 53
圖40 POA 對Hg2+ 偵測極限探討 53
圖41 18-crown-6-5C 對Fe3+ 偵測極限探討 54
圖42 EDTA 對Fe3+ 偵測極限探討 54
圖43 18-crown-6-5C 對Co2+ 偵測極限探討 55
圖44 多重離子檢測 57
圖45 酸鹼度感測器之參雜分子結構 58
圖46 酸鹼度檢測機制 59
圖47 不同酸鹼度溶液對液晶訊號 60
圖48 不同烷基參雜分子之pKa 61
圖49 不同參雜分子對液晶訊號之影響 62
圖50 不同濃度參雜分子對液晶訊號之影響 64
圖51 離子強度對檢測酸鹼度影響 65
圖52 不同參雜分子之液晶感測器穩定性探討 66
圖53 不同濃度參雜分子之液晶感測器穩定性探討 67
圖54 不同參雜分子之液晶檢測系統 68
圖55 不同濃度參雜分子之液晶檢測系統 69
圖56 不同參雜分子之液晶檢測系統可逆性探討 70
圖57 不同濃度參雜分子之液晶檢測系統可逆性探討 71



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36. 楊儒翰,淡江大學化學系碩士論文 2016
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