理學院
Permanent URI for this communityhttp://rportal.lib.ntnu.edu.tw/handle/20.500.12235/3
學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系（均含學士、碩士及博士課程），及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所，另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人，陣容十分堅強，無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內，座落於臺北市公館，佔地約10公頃，是個小而美的校園，內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年，在此堅固基礎上，理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現，更在臺灣許多研究中獨占鰲頭，曾孕育出五位中研院院士。近年來，更致力於跨領域研究，並在應用科技上加強與業界合作，院內教師每年均取得多項專利，所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上，臺灣師大理學院之排名更高居世界第一，此外更有獨步全臺的科學教育中心，該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務；是全國人力最充足，設備最完善，具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下，學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇，無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作，均是絕佳選擇。
Browse
9 results
Search Results
Item 以拉曼光譜技術鑑定東方繪畫顏料的實際與應用(2021) 張滙婷; Chang, Hui-Ting本研究以拉曼散射光譜儀分析顏料的拉曼指紋圖譜，做為標準參考物質顏料，建立鑑定維護或修復畫作時所需的標準拉曼光譜圖。再使用本實驗室開發的LabVIEW程式擷取背景螢光的功能，擷取螢光背景光譜圖分析，另一方面也使用表面增強拉曼散射技術，藉著增強拉曼訊號並降低螢光背景的方法，解決螢光干擾的問題。利用上述方法技術，以螢光光譜區分方解末及胡粉兩種碳酸鈣顏料和辰砂及鉛丹兩種無機顏料；而LabVIEW程式無法解決的背景螢光問題，以表面增強拉曼散射技術，增強拉曼訊號並解決螢光干擾的問題，藉著添加奈米銀及使用拉曼光譜儀分析，解決紅色有機顏料強烈的背景螢光問題。本研究分析顏料標準品的拉曼光譜圖，實際將表面增強拉曼散射技術應用於東方畫作未知樣品上，成功降低拉曼光譜中的螢光干擾，並與顏料之標準拉曼光譜比較，分析出未知樣品1中之成分顏料為鉛丹，未知樣品2中之成分顏料為鉛丹和鉛白，透過分析未知樣品的例子，證明本研究方法能成功應用於東方畫作顏料的鑑定上。Item 以氣相層析質譜在模式識別法下分析咖啡豆並開發新式電子鼻鑑定烘焙過程(2020) 葉耀中; Yeh, Yao-Chung使用氣相層析質譜技術為基礎，配合 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) 電腦語言程式，使用模式識別 (pattern recognition) 的方法，開發出成功識別相似度的程式，可用以研究咖啡產區的辨識。透過計算參考樣品和標準樣品彼此之間的交叉相關係數 (cross correlation factor , CCF) 來估量相似度的值。在本程式中定義兩組圖譜的相似度， A 圖譜為標準品， B 圖譜為對照圖，相似度會在0%到100%之間。當 (A⋂B)/(A⋃B)=1 時，相似度為 100% ；當 (A⋂B)/(A⋃B)=0 時，相似度為 0% 。比對市面上5種咖啡豆在三種烘焙度下，同條件的情況下的氣相層析圖，發現在淺烘及深烘下，地區相近的咖啡豆有較高的相似度。自行開發的程式具有將相似度量化、簡單操作、快速得出結果等優點，且已成功應用在氣相層析圖譜的比對上。揮發性有機氣體在深烘焙下的滯留時間較長，煙霧產出的速度比揮發性有機氣體還快，並且似乎沒有同時夾帶揮發性有機氣體。Item 拉曼光譜技術在顏料鑑定及建立資料庫上的應用(2020) 簡佩妏; Chien, Pei-Wen白色顏料是繪畫上一個分常重要的顏料，加上畫家需要呈現不同的繪畫感覺，因此有許多以不同材料來源所製成的白色顏料。本論文選擇檢測快速且具有獨一無二的拉曼散射訊號的拉曼光譜技術對胡粉、鉛白、珍珠粉、白雲石、方解末、鋅白、鈦白、立德粉與水干雲母共9種白色顏料進行鑑定，並應用於畫作上的顏料分析 除了白色顏料的研究，本論文也選用7種碳酸鈣顏料，搭配本實驗室開發的LabVIEW拉曼光譜背景螢光減去程式，解決碳酸鈣顏料拉曼光譜螢光訊號干擾的問題。並且透過此程式具有將扣除的螢光訊號重新繪製成螢光光譜的特點。將7種碳酸鈣顏料被扣除的螢光訊號重新繪製成螢光光譜，並根據螢光最大波長的數值成功分辨出這7種碳酸鈣顏料。 本論文也進行畫作上顏料的鑑定。進行檢測的有五月雨以及奈良市登大路町十四這兩幅畫。透過拉曼光譜的結果，以及LabVIEW拉曼光譜背景螢光減去程式的應用。推測五月雨的白色蝴蝶可能使用胡粉或方解末這兩種以碳酸鈣為主成分的白色顏料。奈良市登大路町十四的打底層則推測出是使用鉛白，白色建築物則是使用鋅白。 本論文也會介紹LabVIEW文物修復專用光譜資料庫，此資料庫為國立臺灣師範大學美術系與化學系共同建立的資料庫，是國立台灣師範大學獨有的資料庫。與其他資料庫相比具有未知物光譜檢索功能。並且搭配Data thief圖檔轉換程式，能夠快速的擴充資料庫，目前資料庫內已有20種天然材料製成的顏料拉曼光譜。Item 氣相層析儀結合微型發音哨對氣體分析的開發與研究(2014) 賀怡珊; Yi-San He本研究利用微型哨式發音器(milli-whistle)結合氣相層析儀(gas chromatography, GC)，並使用麥克風為偵測器，將毛細管柱之載流氣體與外加輔助的鞘流氣體混合後，偵測混合氣流以受迫性的高速通過哨式發音器時的單頻聲音。此時，聲音藉由麥克風接收並同步以 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)程式進行快速傅立葉轉換(fast Fourier transform, FFT)，獲得即時聲音頻率，並探究頻率變化與分子量大小等對頻率影響的公式計算和探討。在最佳化實驗條件下頻率訊號半高寬約為 1.6 Hz，並以層析時間與即時發音哨之頻率作圖，即得氣相層析譜圖。與實驗結果比對後，發現不僅能成功地驗證理論推導公式，更可以應用在各式氣體樣品之中。透過本研究開發之理論公式可推估氣體樣品含有的氣體組成成分及含量，搭配分析物的滯留時間與頻率訊號的檢量線驗算，將能更精確地進行樣品的定性和定量研究。本研究進行檢測健康人體志願者之呼氣中含二氧化碳/氧氣比例、固相微萃取法(solid-phase microextraction, SPME)檢驗丙酮蒸氣的含量，以及硼烷氨類釋氫量與金屬酵素(metalloenzyme)釋氫量的理論計算，都得到與實際值或理論值相近的計算結果。此外，哨式發音器的製作有許多方法，本研究也比較了各種不同的構型，發現對於哨式發音器的感度和發聲頻率有很大的影響。Item LabVIEW程式架構氣相層析譜峰模式辨識法對薰衣草精油之比對(2011) 吳昇鴻; Sheng-Hong Wu本實驗利用氣相層析質譜法（GC/MS），得到十六種市售薰衣草香精油層析圖譜，以常見的統計軟體SPSS（Statistical Product and Service Solutions）依照精油成份進行分類。先將層析圖譜中幾個重要成份的譜峰面積取出，分別為1,8桉油醇（1,8-cineol）、沈香醇（linalool）、樟腦（camphor）、龍腦（borneol）、4-松油烯醇（terpinen-4-ol）、α-松油醇（α-terpineol）、乙酸沉香酯（linalyl acetate）、乙酸薰衣草酯（lavandulyl acetate）。將得到的面積利用主成份分析法（Principal Comonents Analysis, PCA）以及群集分析法（Cluster Analysis）進行統計分類，結果各品牌精油有明顯分群，而越是聚集成一群的樣品代表樣品間的相似度越接近，且主成份分析法得到的分群結果與群集分析法得到的分群結果幾乎完全一樣，發現聚集在同群裡的香精油其價格和商譽皆優於分散群外的精油，表示這兩個方法可依照成份比例的不同確實分類各品牌的香精油。 接著利用LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench）開發出具有圖譜比對功能的程式，兩圖譜輸入後可得到一數值，此為彼此的相似度，將結果與主成份分析法以及群集分析法做比對，發現被前兩個分析法分在同一群內的樣品彼此相似度高，位於群外和群內的樣品彼此間相似度低，高價格樣品彼此相似度高，高價格與低價格彼此相似度低，這樣的結果和主成份分析法以及群集分析法非常相近。Item 以LabVIEW程式比對非破壞性光譜圖 - 以東方繪畫常用無機顏料為例(2019) 陳崇軒; Chen, Chung-Hsuan本研究基於文物保存與維護的安全，均 使用非破壞性光譜儀 拉曼光譜儀 (Raman) 、傅立葉轉換紅外光譜儀 (FTIR)、X射線螢光光譜儀 (XRF) 、X射線繞射儀 (XRD)。使用的無機顏料為台灣、日本所製造，大小為10號，此號數為 中間大小可獲得較佳代表性光譜。 本篇使用之重疊度運算程式，是基於模糊理論所開發， 計算光譜間的交集與聯集比例， 了解兩者之重疊程度 。並成功運用在非破壞性光譜之間 。 首先，計算印泥的螢光與拉曼特徵的重疊度推測畫作為相同作者的可信度 。去除螢光背景後 藉由資料庫計算重疊度，成功推測印泥成色物質為硃砂 (HgS)，並非鉛丹 (Pb3O4)或其他有機顏料 。另外，成功推測白色部分主成分為碳酸鈣 (CaCO3)，並非鉛白 (2PbCO3Pb(OH)2)、鈦白 (TiO2)或其他有機顏料 。 接著在資料庫 比對 過程中發現 黃色無機顏料 -岩肌的主成分改變，現在的岩肌並非以前所使用主成份為二氧化矽 (SiO2) 的紅玉髓，而是主成份為碳酸鈣 我們向製造商反應此結果，並 得知原礦已改變為主成份為碳酸鈣的紅色大理石。 最後，藉由拉曼及XRD辨別碳酸鈣顏料來源成功辨別珊瑚末與胡粉 其來源為動物性碳酸鈣，方解末為礦石性碳酸鈣。Item 開發以LabVIEW 程式控制的攜帶型氣體感測裝置之研究(2019) 吳羅賢; Wu, Lou-Xian本研究成功的開發以LabVIEW程式控制的攜帶型氣體感測裝置，並且利用自行所開發的氣體感測裝置進行應用探討。首先是二氧化碳/氧氣感測裝置：在植物光合作用與呼吸作用的探討中，藉由控制光源開關來控制植物的光合作用，由實驗數據可以觀察到隨著光源的開關，二氧化碳的濃度也會隨著呼吸作用上升、光合作用下降，後續可以使用不同溫度條件或更換不同色光的光源，來探討葉子呼吸作用及光合作用的速率差異。在人體呼氣差異的探討中，由實驗結果可以發現在經過40秒的憋氣後，氧氣的消耗量與二氧化碳的生成量皆有明顯增加，後續可以將此裝置應用於其他呼吸作用相關的研究上，此外，為了促進國際學術交流，研究室送出三組二氧化碳/氧氣感測裝置與德拉薩大學進行精緻農業相關的跨國合作研究。 接著是揮發性有機氣體感測裝置的應用，利用此氣體感測裝置來進行酒測的可行性探討，使用編寫的LabVIEW程式進行進樣控制，此裝置的酒測濃度範圍在24 ~ 360 μg/L之間，其酒測範圍可以因應現行酒測標準，說明自組裝揮發性有機氣體感測裝置具有與酒測儀相似的效能。 最後是氣相層析/微哨感測裝置的應用，在人體呼氣中二氧化碳濃度與血糖值之相關性探討中，從兩位受試者的測試結果可發現呼氣中二氧化碳濃度與血糖值具有相關性，此結果對於開發非侵入式血糖檢測方法是具有一定潛力。在產氫過程的化學動力學探討中，氣相層析/微哨感測裝置可以進行即時偵測並得知產氫速率，後續可以改變pH值來探討產氫速率差異，並從中找出最佳化的研究參數。Item 使用氣相層析/哨音檢測技術對酵母菌固化微管陣列薄膜發酵過程中乙醇之即時監測(2016) 吳明儒; Wu, Ming-Ju在生質酒精的發展上，篩選發酵效果良好的菌株，是其中一項重要的環節。透過發酵反應過程中葡萄糖含量、乙醇產量、細胞活性隨時間變化的曲線，能幫助我們了解菌株的表現。但為了得到這些數據，研究人員得固守在儀器與反應裝置旁，佔用機器與研究人員的時間。另外，由於將微生物細胞固定後，能提升其代謝活性，提高其代謝產物產量，並降低抑制物質對細胞的影響。 本研究利用同軸靜電紡絲的技術，製作出包覆酵母菌的微管陣列薄膜，並以在本研究中自組裝的電磁閥進樣裝置與自組裝氣相層析/哨音檢測裝置，以五分鐘作為間隔，對於酵母菌發酵反應過程中產生的二氧化碳、乙醇進行自動化的即時線上偵測，並評估酵母菌在此薄膜應用於酒精發酵的表現。本次研究中，對包覆釀酒酵母的微管陣列薄膜一共進行11次發酵反應循環。二氧化碳訊號隨時間變化曲線的部分，由於電磁閥進樣器，一次只將反應槽少量氣體注入到分析儀器中，直到發酵反應結束為止，二氧化碳不斷累積，而當發酵反應結束後，二氧化碳不在產生，隨每次進樣的動作，反應槽內的二氧化碳逐漸減少，導致二氧化碳的變化曲線，呈現類似於高斯分佈，此曲線的頂點即是發酵反應結束地時間點，第一次至十一次發酵反應的時間分別為1.65、1.07、1.04、0.88、0.62、0.71、0.69、0.67、0.66、0.48、0.57天，此時間點的二氧化碳造成的頻率變化分別為26.54、31.70、31.13、37.35、43.50、45.94、46.72、45.18、50.80、60.88、59.25 Hz，經檢量線換算後，進樣的二氧化碳體積分別為64.20、77.03、75.62、91.07、106.36、112.42、114.36、110.53、124.50、149.55、145.50 μL。乙醇訊號隨時間變化曲線的部分，由於在定溫、定壓下，乙醇飽和蒸氣壓與溶液中乙醇濃度相關，因此可以乙醇的飽和蒸汽壓結果推估乙醇溶液的濃度，但在發酵反應結束時，乙醇無法在此時就達到飽和蒸氣壓，因此，在曲線達平衡的時間點相較於二氧化碳得到的結果有延遲的現象，此處取實驗中最後時間點收取的數據判斷乙醇的濃度。第一次到第十一次達平衡後乙醇造成的頻率變化分別為0.92、0.97、1.07、1.00、0.93、0.95、0.93、1.15、1.16、1.27、1.22 Hz，經檢量線換算後，乙醇溶液的重量百分比濃度分別5.15、5.59、6.92、6.33、5.75、5.96、5.77、6.18、6.25、6.96、6.64%，而理論產量為8.27%。由此數據能證實，透過氣相層析/哨音檢測技術能成功地對酵母菌微管陣列薄膜發酵過程進行有效的即時線上偵測，同時，也說明酵母菌微管陣列薄膜是一項在生質酒精發酵上具有潛力的技術。 另一方面，本研究同時也進行可攜式氣相層析/哨音檢測裝置的開發。開發的裝置，長36 公分、寬29公分、高17公分，總重6公斤，以氮氣作為載流氣體下，對氫氣、氦氣、氧氣、氬氣、二氧化碳，都有良好的線性結果，線性範圍都有兩個數量級，也能在管柱烘箱溫度60℃下，分離並偵測混合樣品中，氧氣、丙酮、甲醇、乙醇的訊號，顯示在此成功地開發可攜式氣相層析/哨音檢測裝置。Item 氣相層析／音哨檢氣法對發酵製程中產生氣體之即時偵測法的研究(2015) 葉冠甫; Ye, Guan-Fu本研究使用微型發音哨，作為氣相層析儀的偵測器，藉由麥克風接收不同氣體經過發音哨時頻率的變化，透過音效卡加以記錄。當氣相層析毛細管柱之載流氣體與待分析的氣體混合後，因壓力差快速通過微型發音哨而發出不同頻率的聲響。即時的頻率變化量可藉由LabVIEW(Laboratory Virtual Engineer Workbench)程式同步進行傅立葉轉換，以獲得即時單一頻率。將此頻率變化對時間作圖，可得一即時層析音頻圖譜。本實驗便是依憑此音頻變化層析圖譜來進行實驗數據的即時分析。 為了提高發酵製醇的效率，本研究首次將學名為Saccharomyces cerevisiae的酵母菌株，以靜電紡織技術，將酵母菌包覆在聚左旋乳酸 (poly-L-lactide；PLLA) 的微管陣列薄膜中。酵母菌於室溫下約20小時會從106/mL 生長至108/mL，並於36小時後，生長至穩定。薄膜對酵母菌的活性不會有影響。使用包菌纖維可以解決發酵之後，乙醇溶液中移菌的困難步驟。再者，包菌纖維還可以回收持續使用，降低製造乙醇的成本。 本實驗使用自組裝電磁閥注射裝置，將發酵液放入注射裝置的樣品槽內，並將已包覆酵母菌的纖維共同置入發酵液中進行發酵。利用程式控制電磁閥，將發酵過程所產生乙醇的揮發氣體及二氧化碳等，以5分鐘的間隔，自動注入到毛細管柱中進行分離與記錄。實驗結果顯示，使用本實驗裝置，可以即時檢測並追蹤發酵程度，實驗過程可長達４日且完全自動化。根據頻率的變化量，可以即時偵測當下發酵液中乙醇的揮發氣體的濃度，並以其蒸氣壓判定溶液中乙醇的濃度。以1克的葡萄糖為起始物，用~106株酵母菌進行發酵時，在溫度28度之下，24小時後可以產生約0.12克的乙醇，並釋放出約20 mL的二氧化碳。三天發酵之中，合計生產了約0.43克的乙醇，並釋放出約41 mL的二氧化碳。將此包菌纖維進行第二次實驗，亦得到相同的結果,顯示本方法具有良好的再現性。