本篇研究利用分子探針的折射性質變化建立了一種可檢測水溶液中的鈷離子的方法。使用的分子4'-2-(mercaptoethyl)-(1,1'-biphenyl)-4-carbonitrile (TAT-12)，是參考liquid crystal based-sensors常使用的液晶分子5CB (4-Cyano-4'-pentylbiphenyl)，將5CB的軟鏈端修改為硫醇，預期硫醇會與金屬離子配位，並改變TAT-12在偏光顯微鏡（POM）下的光學性質。我們發現TAT-12在室溫下為固態，並且在含有鈷離子的溶液中混合後會產生一新分子，透過NMR、質譜及根據過去的研究發現此分子是經鈷離子催化所產生之二聚體。由於折射率的不同，可簡易的利用亮度的變化來判斷溶液中是否含有鈷離子，不須判讀相對複雜的訊號來檢視結果。我們進行了選擇性、靈敏度和真實樣品的檢測，並研究了TAT-12如何檢測水溶液中的鈷離子。

In this study, a method for detecting cobalt ions in aqueous solutions was established by using changes in the refractive properties of molecular probes. The molecule 4'-(2-mercaptoethyl)-(1,1'-biphenyl)-4-carbonitrile (TAT-1) used in this study is a reference to the liquid crystal molecule commonly used in liquid crystal based-sensors, 5CB (4-Cyano-4'-pentylbiphenyl), the soft chain end of 5CB is modified to thiol, it is expected that sulfur will coordinate with metal ions and change the optical properties of TAT-12 under polarized light microscope (POM). We found that TAT-12 is a solid at room temperature and will produce a new molecule after mixing in a solution containing cobalt ions. Through NMR, mass spectrometry and past studies, we have found that this molecule is a dimer produced by cobalt ion catalysis. Since the refraction properties are obviously different, the change in brightness can be easily used to determine whether the solution contains cobalt ions, and there is no need to interpret relatively complicated signals to check the results. We carried out the detection of selectivity, sensitivity and real samples, and studied how TAT-12 can detect cobalt ions in aqueous solutions.

總目錄
第一章、緒論	- 1 -
1-1 鈷	- 2 -
1-1-1 鈷的性質與應用	- 2 -
1-1-2 鈷對於人體的危害	- 3 -
1-1-3 鈷的檢測方法	- 5 -
1-2 可攜式檢測	- 6 -
1-2-1 鈷離子檢測試紙	- 6 -
1-2-2 液晶感測系統	- 8 -
1-3 研究動機	- 9 -
第二章、實驗方法與材料	- 10 -
2-1 實驗藥品與器材	- 11 -
2-2 實驗儀器	- 12 -
2-3 實驗方法	- 13 -
2-3-1  TAT-12的合成	- 13 -
2-3-2玻璃的清洗	- 17 -
2-3-3 TAT-12元件的製作	- 17 -
2-3-4重金屬離子的檢測	- 17 -
2-3-5 真實樣品的檢測	- 17 -
第三章、結果與討論	- 18 -
3-1 TAT-12檢測系統的原理	- 19 -
3-1-1 TAT-12元件檢測鈷離子前後的POM光學影像	- 19 -
3-1-2 TAT-12元件檢測鈷離子後的變化	- 20 -
3-1-3 TAT-12和TAT-12二聚體在POM下光學性質差異	- 23 -
3-1-4 TAT-12元件檢測前後的折射率/薄膜厚度/粗糙度	- 24 -
3-1-5 TAT-12元件檢測水溶液中的鈷離子檢測原理及示意圖	- 26 -
3-2 TAT-12檢測系統之選擇性	- 27 -
3-3 TAT-12檢測系統之靈敏度	- 29 -
3-4金屬離子對TAT-12檢測系統的干擾	- 30 -
3-5 TAT-12檢測系統之真實樣品檢測	- 31 -
3-6 可攜式TAT-12檢測系統之真實樣品檢測	- 33 -
3-6-1 檢測盒的設計	- 33 -
3-6-2 TAT-12檢測盒的自來水檢測	- 34 -
3-7 TAT-12檢測系統與其他鈷離子檢測方法比較	- 35 -
第四章、結論	- 36 -
第五章、參考文獻	- 38 -
附圖	- 41 -
圖目錄
圖 1 以ZnS為探針的鈷離子檢測試紙檢測前後外觀	- 6 -
圖 2 以Zn3L2-type為探針的鈷離子檢測試紙檢測前後外觀	- 7 -
圖 3 以AuNCs為探針的鈷離子檢測試紙檢測前後外觀	- 7 -
圖 4 液晶感測器原理示意圖	- 8 -
圖 5 (a) 5CB (b) TAT-12分子結構	- 9 -
圖 6 TAT-12的合成步驟	- 13 -
圖 7 TAT-12元件浸泡5 mM Co2+的水溶液(a)前(b)後在偏光顯微鏡下的光學影像(c)圖3- b亮度提高在偏光顯微鏡下的光學影像	- 19 -
圖 8 TAT-12和鈷離子的反應式	- 20 -
圖 9 TAT-12/ CoCl2/ TAT-12 + CoCl2 浸泡於甲醇中的外觀	- 20 -
圖 10 (a)TAT-12 (b) 沉澱物之1H-NMR圖譜	- 21 -
圖 11 TAT-12 二聚體之質譜	- 22 -
圖 12 (a) TAT-12 (b)二聚體旋轉塗佈於玻璃後的光學影像	- 23 -
圖 13 TAT-12和TAT-12二聚體的UV吸收圖譜	- 23 -
圖 14 不同波長光源對TAT-12元件浸泡前/後的折射率n	- 24 -
圖 15 TAT-12元件浸泡前/後的薄膜厚度及粗糙度	- 25 -
圖 16 TAT-12元件檢測鈷離子的原理示意圖	- 26 -
圖 17 TAT-12元件浸泡於不同金屬溶液於之光學影像	- 27 -
圖 18 TAT-12元件浸泡於不同金屬溶液之亮度變化百分比	- 28 -
圖 19 TAT-12元件浸泡於不同濃度的鈷溶液之光學影像	- 29 -
圖 20 TAT-12元件浸泡於不同鈷濃度溶液之亮度變化百分比	- 29 -
圖 21 TAT-12元件浸泡於鈷和其他金屬溶液之光學影像	- 30 -
圖22 TAT-12元件浸泡於鈷和其他金屬溶液之亮度變化百分比長條圖	- 30 -
圖 23 TAT-12元件浸泡於自來水樣品於POM下之光學影像	- 31 -
圖 24 (a) TAT-12元件浸泡於自來水樣品之亮度變化百分比散佈圖 (b) TAT-12檢測系統於DI water（藍線）和自來水（紅線）的線性範圍	- 32 -
圖 25 檢測盒(a)側視圖(b)俯視圖(c)檢測前(d)檢測鈷離子後	- 33 -
圖 26 檢測盒填入不同濃度鈷離子溶液之影像	- 34 -
圖 27 檢測盒填入不同濃度鈷離子溶液之亮度變化百分比	- 34 -



表目錄
表 1 實驗藥品與器材	- 11 -
表 2 TAT-12系統和鈷離子檢測試紙的綜合比較表	- 35 -
附圖目錄
附圖 1 TAT-3之13C NMR (150 MHz, CDCl3)	- 41 -
附圖 2 TAT-3之1H NMR (600 MHz, CDCl3)	- 41 -
附圖 3 TAT-4之13C NMR (150 MHz, CDCl3)	- 42 -
附圖 4 TAT-4之1H NMR (600 MHz, CDCl3)	- 42 -
附圖 5 TAT-12之13C NMR (75 MHz, CDCl3)	- 43 -
附圖 6 TAT-12之1H NMR (600 MHz, CDCl3)	- 43 -

參考文獻
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