系統識別號 | U0002-1902202116195800 |
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DOI | 10.6846/TKU.2021.00461 |
論文名稱(中文) | 可檢測氨氣的液晶感測器 |
論文名稱(英文) | Liquid crystal sensor for the detection of ammonia gas |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 化學學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Chemistry |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 109 |
學期 | 1 |
出版年 | 110 |
研究生(中文) | 洪堃皓 |
研究生(英文) | Kuen-Hau Hung |
學號 | 607160057 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2021-01-20 |
論文頁數 | 48頁 |
口試委員 |
指導教授
-
陳志欣
委員 - 廖尉斯 委員 - 李長欣 |
關鍵字(中) |
液晶感測器 甲基紅 氨氣 |
關鍵字(英) |
Liquid crystal Methyl red Ammonia gas |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
以往的氨氣檢測方法是依靠比色法、半導體式感測器,但有些方法會使用到危險的試劑、感測器毒化等問題,另外在比色法的結果判斷,會因為環境、人為因素造成分析的誤差,所以在本研究中,我們以5CB基礎,將甲基紅摻雜入其中,開發出檢測氨氣的感測器。因為甲基紅是一種酸鹼指示劑,在接觸氨氣後,會使甲基紅解離,生成陰離子,吸附於銅網上,擾亂液晶排列,訊號由暗轉亮,我們可以藉由光學訊號的變化得知氨氣的濃度區間。 另外我們也解決比色法容易受環境干擾的缺點,使用相互垂直的偏光片觀察液晶光學訊號,排除環境光,把訊號簡單化,並且分析色彩飽和度,定義氨氣檢測的濃度區間,我們的感測器最低檢測濃度為22 ppm。 液晶感測器具有低成本、容易觀察、操作簡單等特性,對未來氣體檢測很有潛力。 |
英文摘要 |
In the past, ammonia gas detection methods were mainly based on colorimetric and semiconductor sensors. However, some methods may use dangerous reagents and sensor poisoning. In addition, the results of colorimetric sensors may be influenced by environmental and personal errors. In this research, we use methyl red-doped 5CB as a sensing matrix to develop a sensor for ammonia gas detection. Because methyl red is an acid-base indicator, it will dissociate and generate anions when it exposes to ammonia gas. These anions further adsorb on the copper gird and disturb the original alignment of liquid crystal, which changes the image of liquid crystals from dark to bright. Therefore, we can define the concentration range of ammonia gas by the changes in optical signals. Besides, we also solve the disadvantage of colorimetric assay that are easily affected by environmental interference. We use polarizers to observe the optical signal of the liquid crystal, eliminate the ambient light, and simplify the signal. Next, we analyze the color saturation to define the concentration range of ammonia detection. The minimum detectable concentration is 22 ppm for our sensor. The liquid crystal sensor has the characteristics of low cost, easy observation, simple operation, which has great potential for gas detection in the future. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 一.緒論-1 1-1氣體檢測-1 1-2氣體感測器的種類-1 1-2-1 比色法-1 1-2-2 半導體式氣體感測器-3 1-2-3 電化學式氣體感測器-4 1-3液晶-5 1-3-1 液晶的起源-5 1-3-2 液晶的種類-6 1-3-3 液晶的排列-7 1-4 液晶感測器-10 1-4-1 感測器作用機制-10 1-4-2 感測器種類-13 1-4-2-1 液晶-液相介面(LC/aqueous interfaces)-13 1-4-2-2 液晶-氣相介面(LC/gas interfaces)-14 1-5 氨氣檢測探針的選擇-14 1-6 研究動機-16 二.實驗材料和方法-18 2-1 實驗藥品與器材-18 2-2 實驗儀器-18 2-3 實驗方法-19 2-3-1 製作氨氣檢測盒子-19 2-3-2 清洗TEM金屬網格-20 2-3-3 玻璃的製備-21 2-4 感測器的建立-21 2-4-1 製備甲基紅摻雜液晶-21 2-4-2 氨氣的製備-22 2-4-3 製備液晶感測器-20 2-5 反應機制的驗證-23 2-5-1 UV-Vis吸收光譜的驗證-23 2-5-1-1 UV-vis吸收光譜之液晶元件的製備與檢測-23 2-5-2 錯合物UV-vis、FTIR吸收光譜及質譜的驗證-24 2-5-2-1 甲基紅-銅離子錯合物製備-24 2-5-2-2 UV-vis吸收光譜液態固態樣品製備-25 2-5-2-3 FTIR固態樣品的製備-25 三.結果與討論-26 3-1 甲基紅對液晶訊號的影響-26 3-1-1 甲基紅摻雜濃度探討及最佳條件-28 3-2 甲基紅檢測氨氣的機制探討-29 3-2-1 不同金屬網格對液晶訊號的影響-29 3-2-2 液晶感測器的機制推測-30 3-2-3 甲基紅機制驗證-32 3-2-4 甲基紅對氨氣的檢測機制-35 3-3 檢測極限與選擇性-37 3-4 氨氣隨機濃度的檢測-40 3-5 感測器對濕度的穩定性-42 3-6 檢測方法的比較-43 四.結論-45 五.參考資料-47 圖目錄 圖1 Berthelot試劑檢測氨氣的反應式-2 圖2 甲醛檢測的反應式-3 圖3 半導體感測器裝置示意圖-4 圖4 電化學感測器示意圖-5 圖5 苯甲酸膽固醇脂結構-6 圖6 液晶排列示意圖-8 圖7 5CB的結構-8 圖8 盤狀液晶結構-9 圖9 盤狀液晶排列示意圖-10 圖10 偏光顯微鏡交叉偏光板示意圖-11 圖11 液晶網格裝置圖-13 圖12 檢測盒示意圖-20 圖13 氨氣生成步驟示意圖-21 圖14 氨氣檢測流程圖-22 圖15 測量液晶銅網的UV光譜,裝置示意圖-23 圖16 甲基紅對氨氣的半反應式-26 圖17 甲基紅、5CB檢測氨氣前後的光學訊號-27 圖18 甲基紅檢測氨氣前後的UV吸收圖譜-28 圖19 不同甲基紅摻雜濃度檢測氨氣的光學訊號-29 圖20 不同網格材質對於液晶光學訊號的影響-30 圖21 錯合物結構預測-31 圖22甲基紅的IR吸收圖譜-33 圖23 compound-MR的IR吸收圖譜-34 圖24不同溶劑的UV-vis吸收圖譜-35 圖25 氨氣檢測機制示意圖-36 圖26 感測器檢測氨氣的光學訊號(部分)-38 圖27 氨氣檢測檢量線-38 圖28 氨氣檢測檢量線22~48 ppm的線性分布-39 圖29 感測器檢測不同氣體的光學訊號-40 圖30 甲基紅對酸性分子的半反應式-40 圖31 氨氣隨機濃度檢測(光學訊號)-41 圖32 氨氣隨機濃度檢測-42 圖33 不同濕度對氨氣檢測訊號的影響-43 表目錄 表1-1 指示劑的pKa比較-16 表2-1 實驗材料-18 表3-1 各種檢測氨氣方法的比較-44 |
參考文獻 |
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