白書禎臺灣大學：海洋研究所賴宜鴻Lai, Yee-HwongYee-HwongLai2007-11-272018-06-282007-11-272018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/56544本論文以「空時扭變」概念為基礎，推導出一條適用於流動注入分析法 (FIA) 的波形表示式，並以實驗佐證之。原理上，將傳統高斯數學式與「樣水體積」、「沿散作用」、「時移」等因子相結合，經過一個扭變的數學過程，導出空時扭變高斯表示式 (Temporally Convoluted Gaussian Function，簡稱TCG)；再代入實驗反算的參數來模擬波形，並與原記錄波形相比較。結果顯示，兩者無論在波形、波峰位置、波高、波面積上都相當的吻合，驗證本文提供的表示式能有效地模擬流動注入分析法的波形。A function based on the concept of “Spatial-Temporal Convolution” was derived to simulate peak shape of flow injection analysis (FIA). A standard Gaussian function was served as a platform, which combined with the “longitudinal dispersion effect”, “sample size effect”, and “temporal shift factor” in the standard deviation term, so that a longitudinal pattern was then generated. It was further convoluted along the time axis to create a “Temporally Convoluted Gaussian” peak. Good agreements between the experiment results and the theoretical predictions were found over a variety of experimental conditions (Length, flow rate…etc). The results show that the function proposed in this study can be used successfully for simulation of FIA peak shapes.目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ι 圖目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV 表目錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI 中文摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII 英文摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII 第一章 緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 流動注入分析法 (FIA) 之簡介 . . . . . . . . . . . 1 1.2 FIA波形的對稱性與傳統波形解釋理論 . . . . . . . 2 1.3 「空時扭變」在FIA波形上的解釋 . . . . . . . . . . 3 1.4 研究動機與目標 . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第二章 流動注入分析法 (FIA) 的參數與波形表示式之推導. 10 2.1 FIA的基本參數 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 一維空間波形表示式之推導 . . . . . . . . . . . . 11 2.2.1 標準偏差的推導 . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.2 起始變異係數 . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.3 沿散變異係數 . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.4 考慮「起始條件」與「沿散作用」的空間波形表示式. 14 2.2.5 其它空間波形參數. . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 記錄波形表示式之推導 . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.1 「空時扭變」現象的說明. . . . . . . . . . . . . 15 2.3.2 記錄波形表示式之推導. . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.3 其它記錄波形參數 . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3.4 併入時移的記錄波形表示式 . . . . . . . . . . . 18 2.4 一條由實驗參數代入的記錄波形表示式 . . . . . . . . 19 第三章 流動注入分析 (FIA) 實驗 . . . . . . . . . . . .23 3.1 一個簡單流動注入分析系統的設計. . . . . . . . . . 23 3.2 實驗步驟 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 3.3 實驗數據之處理. . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.3.1 波形指標參數 . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 3.3.2 實驗條件參數 . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 3.3.3 經驗縱向沿散係數(D*) . . . . . . . . . . . . . .28 3.3.3.1 利用反覆代入法逼近D*值 . . . . . . . . . . . . 29 3.3.3.2 由實驗結果計算D*和記錄波形表示式的指數因子(Z)的公式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 3.4 流動注入分析波形再現性的測試 . . . . . . . . . . .30 3.5 管路長度對記錄波形的影響 . . . . . . . . . . . . .31 3.5.1 改變管路長度的方法 . . . . . . . . . . . . . . .31 3.5.2 實驗結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.6 樣水體積對記錄波形的影響 . . . . . . . . . . . . .32 3.6.1 不同改變樣水體積的方法 . . . . . . . . . . . . .32 3.6.2 實驗結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.7 流量對記錄波形的影響 . . . . . . . . . . . . . . .34 3.8 流動注入實驗結果綜合分析 . . . . . . . . . . . . .35 第四章 波形模擬 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.1 波形模擬 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 4.1.1 模擬步驟 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 4.1.2 殘餘函數與誤差百分比函數的定義與計算. . . . . . 54 4.2 理論模擬波形與記錄波形之比較. . . . . . . . . . . 55 結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 附錄A 參數定義表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 附錄B 經驗沿散係數 (D*)、記錄波形表示式的指數因子(Z) 與時移(Φ)的計算公式表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 圖目錄 1.1 典型流動注入分析法的系統 . . . . . . . . . . . . .6 1.2 流動注入分析法波形的指標參數 . . . . . . . . . . .7 1.3 傳統理論對「流場」影響流動注入分析法波形的描述 . .8 1.4 時移表示圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 2.1 流動注入分析法的基本參數. . . . . . . . . . . . . 20 2.2 (a) 樣水區濃度分布和偵測過程隨時間的變化. . . . . 21 (b) 圖2.2(a)中每5秒所測之訊號值 . . . . . . . . . 22 3.1 本實驗的儀器組裝圖 . . . . . . . . . . . . . . . .36 3.2 染劑Blue#1的波譜 (400~800 nm) 掃描結果. . . . . . 37 3.3 積分法求記錄波形面積的示意圖. . . . . . . . . . . 38 3.4 染料注入法的基本步驟 . . . . . . . . . . . . . . .39 3.5 本實驗使用的5種迴圈管路 . . . . . . . . . . . . . 40 3.6 樣水流經管路的細部示意圖. . . . . . . . . . . . . 41 3.7 管路長度對流動注入分析法波形的影響 . . . . . . . .42 3.8 樣水體積對流通注入分析法波形的影響 . . . . . . . .43 3.9 流量對流動注入分析法波形的影響 . . . . . . . . . .44 3.10 5種參數(At*、tp*、h*、D*(3rd)、Φ)與實驗變數(Lc、Vs和Q)的相關性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 3.11 理論波形面積(At)與積分法求的波形面積(At*)之比較. 46 4.1 模擬波形的試算表 . . . . . . . . . . . . . . . . .58 4.2 管路長度對模擬流動注入分析法波形的影響. . . . . . 59 4.3 樣水體積對模擬流動注入分析法波形的影響 . . . . . .60 4.4 流量流動注入分析法波形的影響. . . . . . . . . . . 61 4.5 管路長、樣水體積、流量對誤差百分比函數 (Error (t)) 的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 4.6 波形指標參數 (tp*、h*和At*) 的模擬結果 . . . . . .63 表目錄 3.1 染劑Blue#1濃度與吸光值的關係 . . . . . . . . . . .47 3.2 使用反覆代入法計算經驗沿散係數 (D*)的誤差預估 . . 48 3.3 流動注入分析波形再現性的測試結果 . . . . . . . . .49 3.4 管路長度對於波形各種指標的影響. . . . . . . . . . 50 3.5 樣水體積對於波形各種指標的影響. . . . . . . . . . 51 3.6 流量對於波形各種指標的影響. . . . . . . . . . . . 521332716 bytesapplication/pdfen-US空時扭變流動注入分析法波形Flow Injection AnalysisTemporally Convoluted Gaussian Equationthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/56544/1/ntu-94-R91241402-1.pdf