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研究生： 洪德裕
Te-Yu Hung
論文名稱： 微小化介電質氮氣電漿放射光譜應用於氣相層析偵測器之研製
Micro Dielectric Barrier Discharge Nitrogen Plasma Emission Spectrometry for Gas Chromatograph Detector
指導教授： 呂家榮
Lu, Chia-Jung
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2013
畢業學年度： 101
語文別： 中文
論文頁數： 86
中文關鍵詞： 介電質 、常壓電漿 、氣相層析 、放射光譜
英文關鍵詞： dielectric barrier, atmospheric plasma, gas chromatography, emission spectrum
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：387  下載：6 
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    • 本研究成功發展出微小化介電質放電電漿裝置應用於氣體偵測，此微小電漿氣體偵測器的電極是以白金線四周包覆玻璃製作而成，且電極間距為200 μm。當在兩端電極連接高壓產生器，施加電壓8 kVp-p、頻率67 kHz正弦波形的交流電源，可在常壓環境下形成穩定電漿，電漿放電體積約為80.0 nL。本研究以氧氣、氫氣、空氣及氮氣四種氣體做為載流氣體進行測試，其中以氮氣作為背景氣體，最容易產生電漿。當有機揮發性氣體通過電漿區域時，有機物會與氮氣形成碳氮鍵，以光譜儀偵測放射光譜在384 nm的地方會有明顯光譜訊號產生。本研究也進一步探討流速、電壓、採樣袋背景氣體與訊號反應的關係，氮氣電漿對於烷類、醇類、酮類、酯類、芳香族及鹵化物等各種官能基有機氣體通過時，在光譜儀上皆有類似的訊號反應，並且會隨有機氣體碳鏈的長度增加放射光譜的訊號強度。在本研究的測試系統中，偵測極限已達到0.54 ng，此裝置具備微小、價格低廉、不耗損電極、可使用成本較低的氮氣作為載流氣體以及高靈敏度等優點。

    A micro dielectric barrier discharge (DBD) plasma device has been developed for gas chromatograph detector. The micro plasma device electrode employed a pair of platinum wires (100 μm diameter) which were sealed inside a glass tube. The distance between these two electrodes was less than 200 μm. A high-voltage alternating current (AC) sine waveform of 8 kVp-p and frequency of 67 kHz was applied to the electrodes stable plasma was generated under atmospheric pressure. The volume of plasma discharge region was smaller than 80.0 nL. In the study, we tested four background gases of oxygen, hydrogen, air and nitrogen and nitrogen had lowest breakdown voltage to form plasma. The volatile organic compounds react with nitrogen ion to form carbon-nitrogen bonds when they passed through the plasma region. The spectrometer detected carbon-nitrogen bonds emission spectrum at 384 nm. The study further investigates the correlation of flow rate, voltage and different background gas in tedlar bags to detector respones. The spectrometer had similar emission spectrum when volatile organic compounds passed through the plasma region such as alkanes, alcohols, ketones, esters, aromatic halides of various functional groups, and the emission spectrum intensity increase with alkanes carbon chain length to increase. The estimated limit of detection (LOD) was 0.54 ng for 2-heptanone. This μ-plasma device is an extremely small, inexpensive, no electrode erosion, and can operate under lower cost nitrogen with high sensitivity.

    中文摘要………………………………………………………………..… i 英文摘要……………………………………………………………….… ii 目錄………………………………………………………………………… iii 圖目錄……………………………………………………………………… v 表目錄……………………………………………………………………… viii 第一章 緒論……………………………………………………………… 1 1-1 前言……………………………………………………………..... 1 1-2 電漿性質分類比較……………………………………………… 3 1-2-1 不同溫度電漿性質比較….…………………………………. 3 1-2-2 不同氣壓電漿性質比較……….…………………………..... 6 1-3 介電質放電電漿…………………………………………………. 13 1-4 電漿應用於分析化學領域………………………………………. 17 1-5 電漿游離機制.…………………………………………………… 19 第二章 實驗部分…………………………………………………………. 22 2-1 實驗藥品、器材與儀器設備…………………………………… 22 2-1-1 實驗藥品……………………………………………………. 22 2-1-2 實驗器材……………………………………………………. 23 2-1-3 儀器設備…………………………………………………… 25 2-2 電漿偵測器製作……………………………………………..…. 26 2-3 LabVIEW程式撰寫…………………………………………..…… 31 2-4 樣品配製與高壓電源量測………………………………………. 36 2-4-1 氣體採樣袋配製……………………………………………. 36 2-4-2 高壓電源量測………………………………………………. 38 2-5 實驗系統組裝與測量……………………………..…………….. 40 第三章 結果與討論……………………………………………………… 42 3-1 不同背景氣體對電漿的影響………………………………… 42 3-2 電漿背景光譜分析………. ……………………………………. 46 3-2-1 有機樣品對氮氣電漿背景光譜影響……………………... 46 3-2-2 採樣袋氣體對氮氣電漿背景光譜影響…………………... 51 3-3 載流流速對電漿訊號的影響…………………………………… 53 3-4 電壓對電漿訊號的影響………………………………………… 58 3-5 環境溫度對電漿訊號的影響…………………………………... 63 3-6 再現性測試……………………………………………………… 67 3-7 氮氣光譜定量分析混合有機氣體……………………………… 68 3-8 電漿偵測器與火焰離子偵測器對化合物反應性比較…………. 75 3-8-1 不同碳數烷類反應性比較………………………………….. 75 3-8-2 不同官能基化合物反應性比較…………………………….. 78 3-9 電漿反應機制探討………………………………………… 80 第四章 結論……………………………………………………………… 82 參考文獻…………………………………………………………………… 83

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