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研究生： 林彥宏
Yen-Hung Lin
論文名稱： VOC前濃縮與預警系統之建構
指導教授： 王家麟
Jia-Lin Wang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學學系
Department of Chemistry
畢業學年度： 88
語文別： 中文
論文頁數： 125
中文關鍵詞： 熱電子降溫晶片 、氣相層析 、皮爾特效應 、自動分析系統 、揮發性有機化合物
外文關鍵詞： Thermoelectric cooler, Gas Chromatography, Peltier effect, Automated analysis system, VOCs
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    • 1. 搭配熱電子降溫晶片冷卻裝置(Thermoelectric cooler)及吸附劑Carboxen1000的使用，可以在無須耗費液態氮的情況下，以熱電子晶片降低吸附劑捕捉樣品之溫度至-30℃，來捕捉大氣中之乙烷、乙烯及乙炔等物種，因此改善此吸附劑在室溫下無法捕捉C2物種之窘境。
    2. 搭配自行撰寫的自動控制軟體，能夠對廠區及存放場所之特定揮發性有機物之排放及洩漏進行監測與預警，本系統能在偵測周圍濃度達於事前設定之揮發性有機物質氣體濃度時，可於一分鐘內自動發出警報及燈示，並能對偵測物種做定性、定量的工作，作為長期監測廠區排放情形的數據，以使其符合現行環保法規。
    3. 搭配以TO-17方法為原則之吸附管熱脫附儀，可以進行以吸附管為採樣設備的分析方法，在完成此熱脫附儀之開發後，讓本實驗室能以自行開發的VOCs前濃縮系統為基底，搭配各種氣體採樣設備，來進行多元化之大氣中VOCs量測工作。

    目 錄 目 次 頁 次 摘 要 Ⅰ 目 錄 Ⅲ 圖目錄 Ⅴ 表目錄 Ⅸ 第一章 前言 1 第二章 熱電子降溫晶片於捕捉碳二至碳五VOC之應用 2-1 前濃縮原理 7 2-2 熱電子晶片降溫裝置 11 2-3 自動化VOCs前濃縮分析系統 21 2-4 系統分析流程 48 2-5 系統測試實驗及C2物種之吸附性質結果 55 第三章 揮發性有機氣體預警系統之開發 3-1 前言 78 3-2 預警系統運作原理 82 3-3 硬體架構 84 3-4 訊號擷取裝置與軟體架構 87 3-5 實驗與結果 98 第四章 吸附管熱脫附儀前濃縮系統之建立 4-1 前言 102 4-2 分析系統硬體架構 104 4-3 自動化系統分析流程 110 4-4 系統測試 117 第五章 總結 123 參考文獻 125 圖 目 錄 圖 號 圖 名 頁 次 圖一 熱電子降溫晶片運作原理示意圖 12 圖二 氣冷式熱電子晶片降溫系統示意圖 14 圖三 水冷式熱電子晶片降溫系統示意圖 15 圖四 熱電子晶片降溫裝置實際照片圖 16 圖五 複合式溫度控制機制示意圖 18 圖六 管線閥門轉向示意圖 22 圖七 氣缸驅動轉向機制示意圖 23 圖八 吸負管填充示意圖 25 圖九 PCL-818L ADC卡實際照相圖 28 圖十 PCL-724實際照相圖 29 圖十一 PCLD-785繼電器卡實際照相圖 31 圖十二 PCL-789D實際照片圖 33 圖十三 前濃縮系統與控制電腦之整合示意圖 34 圖十四 GenieDAQ自動控制軟體介面示意圖 36 圖十五 GenieDAQ手動控制程式人機介面示意圖 38 圖十六 GenieDAQ手動系統動作變化示意圖 39 圖十七 GenieDAQ系統狀態主程式畫面示意圖 42 圖十八 前版程式碼示意圖 43 圖十九 新版設定程式碼示意圖 44 圖二十 GenieDAQ設定畫面示意圖 45 圖二十一 GenieDAQ主程式介面部示意圖 46 圖二十二 a.分析流程-時間關係、b.吸附管溫度-時間流程 49 圖二十三 閥門轉向示意圖。A. Standby；B. StabilizingFlow 50 圖二十四 閥門轉向示意圖。C. Trapping；D. Dry Purging 52 圖二十五 閥門轉向示意圖。E. Injection；F. Bypass 54 圖二十六 氣相層析儀之升溫程式、供給氣體流速參數及載流氣體 流速-時間控制程式 56 圖二十七 測試系統再現性之FID層析圖譜 58 圖二十八 吸附劑Carboxen1000之Blank圖譜 62 圖二十九 A為吸附劑剛使用時之層析圖； B為吸附劑反覆實驗數 百次後之層析圖 63 圖三十 A為不經Dry Purging動作之層析圖；圖B為經Dry Purging 兩分鐘之層析圖 65 圖三十一 感度對吸附溫度的關係圖 68 圖三十二 進樣壓力-感度關係圖 71 圖三十三 物質之三相圖 72 圖三十四 C3〜C5物種以進樣體積對感度之線性關係 75 圖三十五 ethane、ethene及ethyne之進樣量-感度係圖 76 圖三十六 C2〜C5物種之進樣量-感度關係圖 77 圖三十七 VOC預警監測示意圖 81 圖三十八 預警運作原理示意圖 83 圖三十九 LabVIEW開發平台之程式設計視窗介面 88 圖四十 LabVVIEW使用者人機介面圖 92 圖四十一 隱藏鈕動作變化示意圖 93 圖四十二 LabVIEW層析訊號及偵測物種設定區域示意圖 94 圖四十三 LabVIEW層析圖放大顯示區域示意圖 95 圖四十四 LabVIEW圖譜暫存及解析能力 96 圖四十五 LabVIEW開發平台設計程式介面示意圖 97 圖四十六 Carboxen1000於室溫吸附捕捉之FID層析圖譜 99 圖四十七 警報發佈示意圖 100 圖四十八 熱脫附儀機構示意圖 106 圖四十九 熱脫附儀閥門轉向示意圖 108 圖五十 熱脫附儀及VOC前濃縮系統之整合示意圖 109 圖五十一 a熱脫附儀上之吸附管溫度-時間示意圖；b前濃縮系統上之聚焦吸附管溫度-時間流程示意圖 111 圖五十二 熱脫附儀閥門轉向示意圖。A. Standby； B. Trapping 112 圖五十三 熱脫附儀閥門轉向圖示意圖。C. Dry Purging； D. Injection 114 圖五十四 熱脫附儀閥門轉向圖示意圖。E. Condition； F. Bypass 116 圖五十五 多重床吸負管填充示意圖 118 圖五十六 吸附管採樣架構示意圖 119 圖五十七 吸附管採樣分析圖譜 122 表 目 錄 表 號 表 名 頁 次 表一 各種吸附劑之表面積與捕捉物種範圍 10 表二 系統穩定性之結果 57 表三 C2-C5等十個揮發性有機物種之再現性結果 61 表四 C2~C5各物種在經過DryPurging及不DryPurging動作之 層析峰感值度比較 66 表五 直接進樣250ml及吸附管採樣8倍量感度值比較 121

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