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高中「電化學」概念媒體教學與教師教學策略之研究

本研究選擇高中電化學概念為主題，蒐集文獻探討學生常見的另有概念，發展電化學概念教學媒體，做為教學輔助之用，以協助學生建立電化學的微觀世界。 為驗證所發展的教學媒體在協助學生電化學概念的成效，以台北市某公立高中之69名高二升高三的學生為研究樣本，分實驗組與對照組各一班，比較該教學媒體對學生之影響，並對實驗組學生施以問卷調查，了解學生對此種教學的看法。再者，本研究亦想探討老師的教學策略對學生的學習成效。 由研究結果顯示，教學時有使用此教學媒體為輔助的學生的學習成就顯著高於未使用者；並分析不同先備知識學生的學習成效，顯示只有低先備知識的學生經此教學媒體輔助的學習成效顯著高於未使用者。推測低先備知識的學生經具體的呈現概念，較能得到全盤的了解。另外，問卷結果顯示，學生對本教學媒體於學習的幫助給予正面的肯定，也喜歡此種的上課方式，但也建議需在畫面的精緻度與測驗題的數量上做改進，並且需提供講義來輔助教學。 而在教學策略方面，學生對於研究教師給予正面的評價，因此一個優良的教學，應可沿用傳統講述教學法之優點，並結合教學媒體加以輔助，提昇學生學習的成效。

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國中生學習「電化學」微型實驗教材研究

在學習化學的過程中，實驗是不可缺少的，然而由許多研究發現，目前仍有許多學校由於儀器設備、消耗藥品、經費不足及實驗的安全性等因素導致實驗教學實際困難所在，但往往也是被用來忽視實驗的藉口，學生缺乏由實際操作中獲得具體經驗的機會。因此本研究以電化學為主題，設計開發微型化學實驗裝置，使實驗更為簡單、有趣、安全，更有助於學生的學習。 為驗證所發展之微型化學實驗的價值與可行性，以桃園縣某公立國中之95名國三學生為樣本，分實驗組與控制組各一班，進行前測、教學活動及後測，以比較該微型化學實驗對學生學習之影響，最後則分析學生對於電化學的迷思概念，提供教師從事教學活動時之參考。再者，為了解學生對所使用之實驗裝置的看法，本研究利用問卷對學生進行調查研究，並選擇實驗組與控制組各十名學生進行晤談。 由結果發現，使用微型化學實驗裝置進行實驗的學生的學習成就顯著高於使用傳統實驗裝置進行實驗者，顯示本研究所開發之微型化學實驗能有效地促進學生概念的學習與學習興趣。另外，在問卷調查方面，學生對於微型化學實驗給予高度的肯定與興趣，然而，學生也建議若教學能有更充裕的時間則效果會更好。

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氧化?的製備及其與三乙基硼之反應

中文摘要 β-nitrostyrene系列與穩定的親核試劑反應後加入稀酸水溶液（5% HCl(aq)）水解後可得到1,4-加成的產物（硝基烷類）。如果將反應所形成之中間體nitronates 加入冰浴的濃鹽酸水溶液中，預期會進行Nef or Meyer反應得到羰基或羧酸的化合物。但分析實驗結果卻意外地發現氯離子可以捕捉住活潑的中間體而形成hydroximoyl chlorides。hydroximoyl chlorides 在鹼性條件下可脫去HCl 而形成nitrile oxides，隨即和烯或炔類進行1,3-dipolar cycloaddition反應而生成具有立體專一性或高度立體選擇性的產物2-isoxazolines或isoxazoles。若穩定性親核試劑具有不飽和鍵的，在1,4-加成反應(Michael addition)後用35% HCl(aq)及Et3N處理，可以進行分子內反應而產生5,5-環之環狀化合物或環醚類。 大部份的nitrile oxides在室溫下不能穩定存在，會在很短的時間內進行自身1,3-dipoalr cycloaddition形成furoxan。在過去的文獻發現有一些在α碳位置具有較大立體障礙的nitrile oxides，在室溫下能夠穩定存在，這一類的nitrile oxides可以和親核試劑進行加成反應。本實驗設計利用親核試劑與β-nitrostyrene系列反應產生的hydroximoyl chloride來合成有較大立體障礙的nitrile oxides，並利用Et3B在氧氣的催化下產生的乙基自由基對nitrile oxides進行親核加成反應，發現在較溫和的條件下，可以得高產率的產物oximes。

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大黃葛根黃芩之定量分析研究

高效液相層析（HPLC）及毛細管電泳（CE）是目前最常用來測定中藥成分含量的分析方法。綜合兩者的優點，合併運用，可以拓展中藥化學評價的範疇。 本研究分三個部分，第一部分為開發大黃藥材的分析方法。大黃(Rhei Rhizoma)為蓼科植物的乾燥根莖，是重要的瀉下藥材。本研究利用高效液相層析儀(HPLC)與毛細管電泳(CE)分析其anthraquinones，dianthraquinones，stilbenes，galloylglucoses等十九個組成成分。實驗結果顯示利用醋酸與甲醇混合液為沖提液，HPLC可在75分鐘內成功地分析這十九個成分；CE無法一次完成分離，但以CZE模式，用硼酸鹽及磷酸二氫鈉配製成兩種不同pH值緩衝溶液，則可達到分離二十二個成分的目標。利用所開發的HPLC條件，分析含大黃製劑之小承氣湯，可分析其中大黃十九個成分、厚朴兩個成分和枳實四個成分，共二十五個組成成分的含量。運用該分析方法於大黃之安定性及炮製研究，發現加熱對各成分的含量有很大影響，而且加熱溫度越高，對藥材的保存越不利，此變化於加熱七天後漸趨平穩；酒浸後陰乾或烘乾的成分含量變化不大，酒炒則使各成分大為減少，酒蒸炮製品之anthraquinones和dianthraquinones類化合物普遍減少，stilbenes和galloylglucoses類化合物則增加。 第二部分為開發葛根藥材之HPLC分析方法。葛根是豆科植物（Leguminosae）甘葛藤(Pueraria lobata Ohwi.)的乾燥根，為重要的解表藥材，主要含黃酮類化合物。本研究利用醋酸、氰甲烷和甲醇混合液為沖提液，在65分鐘內分析出十二個成分。市售葛根藥材有野葛與粉葛兩種，各成分總含量以野葛較多，其中3’-methoxypuruerarin與puerarin兩成分的比值是它們的主要分辨點，該值野葛大於0.1，粉葛小於0.03；同時，本分析方法可作為葛根單方及葛根湯製劑之原料藥材基原鑑別。 第三部分為開發黃芩藥材HPLC之分析方法。黃芩為唇形科(Labiatae)植物黃芩(Scutellariae baicalensis Georgi)的乾燥根部，具有清熱燥濕、瀉火解毒之效。本研究利用醋酸和氰甲烷混合液為沖提液，可在50分鐘內分析baicalin(1, BG)，oroxylin A 7-O-glucuronide(2, OG)，wogonin 7-O-glucuronide(3, WG)，baicalein(4, B)，wogonin(5, W)與oroxylin A(6, O)等六個黃酮類成分，並可應用於分析三黃瀉心湯及探討三黃瀉心湯製劑在人工腸液中的成分變化。黃芩成分在人工胃液中幾不發生變化，但在人工腸液中，配醣體成分則有明顯水解現象，該水解現象可為大黃藥材所抑制。另外，以三黃瀉心湯餵予小白鼠，發現三小時後的尿液量明顯增多，而以六小時最多，黃芩各成分含量分別是BG 102.20 mg/mL，OG n.d.，WG 57.37 mg/mL，B 5.70 mg/mL，W 1.39 mg/mL，O 1.74 mg/mL；分析血清中黃芩成分含量，則以餵食三小時後有最高黃芩成分含量(BG 1.82 mg/mL，OG n.d.，WG 1.26 mg/mL，B 1.14 mg/mL，W 0.18 mg/mL，O 0.47 mg/mL)。

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麻黃、厚朴、吳茱萸之成分分析研究

高效液相層析（HPLC）和毛細管電泳( CE )同屬液相分離技術，具有多種分離模式，為目前最常用於定量中藥材指標成分的分析方法，本研究應用這兩種儀器於厚朴、吳茱萸藥材的分析。LC-UV及CE-UV的偵測範圍有一定的極限，對藥材微量成分或動物血液組成的分析，常有困難，本文開發毛細管電泳掃集法，成功地測定小白鼠血液中麻黃生物鹼的含量及厚朴藥材中微量生物鹼的含量。 麻黃的主要藥效成分為六個麻黃生物鹼，1-ephedrine (E)、d-pseudo- ephedrine (PE)、1-norephedrine (NE)、d-norpesudoephedrine (NPE)、1-methylephedrine (ME) 和d -methylpseudoephedrine (MPE)，利用場放大電動注射掃集法（CSEI-Sweep）分析，偵測極限可達20.0∼70.3ppb；本分析方法以50 mM SDS之25 mM 磷酸溶液，及氰甲烷為緩衝溶液( 80：20,v/v )，在27分鐘內能完全分離出六成分峰，再現性良好，RSD值在1.06∼2.86 ﹪之間。該方法並可應用於小白鼠的血液分析，測定極稀溶液中組成成分的存在及含量。 厚朴為常用中藥材，具溫中下氣、燥濕消痰之效，含有酚類magnolol（M）、honokiol（H），及微量生物鹼magnocurarine（A1）、salicifoline（A2）、magnoflorine、anonaine、michelarbine、liriodenine及laurifoline等成分，其中以A1及A2較豐。本研究用HPLC及CE分析厚朴藥材：HPLC的P法，以流動相(a) 20 mM CH3COONH4及(b) CH3CN/H2O = 80/20(v/v)為沖提液，使用Cosmosil 5C18-MS為層析管柱，可在45分鐘內分析M及H兩酚類成分；A法則以 (a) buffer / CH3CN＝60/40（buffer為50 mM NaOAc及5 mM SDS之混合液，以10﹪AcOH調至pH=3.63）及(b) CH3OH /CH3CN /H2O = 45 /45 /10(v/v)為沖提液，可在50分鐘內同時定量酚類H、M及生物鹼A1、A2等四成分。CE則用電壓注射樣品，以負電壓進行掃集，緩衝溶液為50mM磷酸、100mM SDS與10mM diethylamine溶液，及氰甲烷( 75：25,v/v)，在此條件下放大倍數可達6.4 ×103，於45分鐘內可檢測出七個厚朴生物鹼成分吸收峰。 市售厚朴來源極為複雜，除正品的川厚朴、凹葉厚朴及和厚朴外，並有非藥用部位樣品或偽品在市場上流通。本研究從台灣及日本市場收集32批藥材，用HPLC分析M、H、A1及A2含量，用CE掃集圖譜比對其批次間成分差異，發現各厚朴樣品中的酚類含量差異不大，但M/H及A1/A2比值則有明顯區隔，以M/H比值來看：凹葉厚朴＞4.59，川厚朴＜1.41，和厚朴則介於3.12~3.91之間；至於A1/A2比值：和厚朴＞20.09是三者中最大者，凹葉厚朴＜1.98，川厚朴則介於2.16~9.81之間。利用CE掃集法可區別厚朴正品與偽品，兩者的掃集峰圖紋迥異。正品厚朴樣品有一致的七個掃集峰，而混用藥材掃集結果有二：一是圖紋為成群交雜的重疊小峰，含量較少，看不出正品吸收峰的相對應成分；一是除正品七個掃集峰外，另有其他成分吸收峰夾雜或重疊其中。推測前者為偽品，後者為非藥用部位樣品。因此，結合LC定量及CE掃集圖譜不但可用來分辨厚朴藥材基原，且可用於辨識厚朴偽品的摻雜與混淆。 市售吳茱萸藥材分吳茱萸和石虎兩品種，前本實驗室化學分析結果顯示，兩者在成分含量上沒有差異，但成熟與未成熟樣品則有明顯不同，前者有較高的生物鹼含量，後者則有較多的黃酮類成分。檢視市售樣品，發現同批藥材在成熟度、顏色、顆粒大小方面就有很大差別，本文的目的在開發一種以二或三成分辨識這些樣品的方法。首先依外觀性狀將十四批樣品分類，利用HPLC方法，以流動相(a) buffer / CH3CN＝80/20 (buffer為30 mM NaOAc與1.25﹪AcOH混合溶液，pH=3.68 )及(b) CH3OH /CH3CN /H2O / AcOH = 45 /45 /10/0.25 (v/v)沖提分析，發現開口樣品之DE與E的總含量大於閉口樣品，而且以色黑、顆粒大、成花狀者為佳；然而，開口者的DE/E比值（0.699∼2.460）卻小於閉口者（1.672∼11.541）。文獻記載，具有類似腎上腺素功能的Synephrine與生長期有直接關連，分析結果顯示，不同批次間的差異極大，但同一批樣品中，閉口者總大於開口者。傳統上，吳茱萸以陳者良，本研究將吳茱萸樣品置於不同溫度、時間及環境中，發現高溫環境下藥效成分含量變動較大。室溫下的吳茱萸樣品，DE與E衰減速率緩慢且穩定，DE/E比例幾乎維持一定值；置於50℃烘箱之開口吳茱萸DE/E比值漸增，閉口者漸減，由於閉口樣品的DE快速遞減，其藥效成分比例與開口樣品漸趨一致。將以吳茱萸為君藥的吳茱萸湯製劑，存放於室溫下，發現藥效成分含量沒有太大的變動；而在高溫環境中DE與E的含量變化明顯減少，其衰變趨勢與開口吳茱萸藥材極為相似，其中Rutaecarpine與Evocarpine有先減後增的傾向，含量變化最小。

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非水相毛細管電泳/低溫螢光分析法對尿液中3,4-亞甲雙氧甲基安非他命(3,4-MDMA)之分析研究

3,4-MDMA（3,4-methylenedioxymethamphetamine）俗稱快樂丸，服用之後會導致腦內關於思考與記憶的功能長期下降，甚至可能會損害腦的永久功能，現已經成為國內最常見的濫用藥物。文獻記載MDMA與其異構物的鑑定法，大多使用GC-MS，必要時輔以衍生化的反應來協助分析。然而，此類化合物結構類似，尤其是經體內代謝過後的物質，不容易單由質譜的斷裂譜峰來加以判別。為了能快速且可正確判知MDMA類化合物的種類，本研究首創非水相毛細管電泳層析/超低溫螢光分析法，先以電泳的方式分離樣品，當待測物到達螢光偵測窗時，瞬間倒入液態氮，將毛細管冷卻到極低（77 K）的溫度。由於MDMA在低溫之下光譜的頻寬要比室溫時更窄，而且可以觀測到明顯的振電躍遷譜線，因此有利於光譜之指紋比對。本研究更發現以非水相螢光偵測的方法，相對於一般水相緩衝溶液的分離法，可使樣品螢光強度不受水相溶液的削弱影響，當使用SC 100 mM、ammonium acetate 20 mM，溶於formamide/methanol/ethanol（30:20:50 v/v/v）所配製成的緩衝溶液來分離，每次分離所需時間僅約10分鐘，即可將分析物與尿液中的干擾物分開。本研究所開發的方法其偵測極限為1 ppm（5.2 ´ 10-6 M），加上使用簡單的液-液萃取法，可使偵測極限降至150 ppb。本研究使用憲兵司令部刑事鑑識中心提供的標準品與不同濫用藥物者的尿液，經由低溫光譜比對能有效鑑定MDMA吸毒者尿液中的MDMA含量。再者，本研究獨創非水相冰溫分離法，將1/3長的毛細管浸於零下50度的乾冰槽中的分離方式，相對於一般在室溫之下進行分離的方法，可以提高電泳分離的解析度2.5倍！

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非水相毛細管電泳�77K低溫螢光光譜分析法對逆轉醇Resveratrol之分析研究

" Resveratrol "（3,5,4’-trihydroxystilbene）是一種黃酮類的抗氧化物，存在於許多的天然花果中，尤其以葡萄及紅酒中含量最多。它具有抗氧化的功能，可以有效防止人體機能老化、動脈粥狀硬化、心血管病變以及癌症的發生。市售的葡萄酒中內含的resveratrol有trans-及cis-兩種幾何異構物的存在，雖然所含的cis-resveratrol含量很少，但由於目前我們對cis-resveratrol相關的生物藥理活性仍不甚瞭解，因此有必要將此二種異構物分離。目前最常見的分離方法以HPLC為主，並輔以photodiode array來進行偵測及鑑定。但一般市售組裝的儀器大多只能量得室溫吸收光譜，而在室溫下吸收光譜譜峰又相當寬廣，若在複雜的基質中，難免混雜有相似吸收光譜的物質，造成譜峰判定上的困難。 為了能快速分離且正確判知resveratrol的異構物，本研究開發非水相毛細管電泳層析/超低溫螢光分析法，先以毛細管電泳法分離trans-及cis-resveratrol，當樣品電泳至偵測窗的瞬間冷凍至77 K，以便得到低溫螢光光譜，做為譜峰的確認及更精確的光譜比對。本研究更發現，非水相螢光偵測法比一般使用的水相緩衝溶液在進行分離時，可增強分析物的螢光強度並增加偵測的靈敏度。由實驗結果顯示，使用最佳化的分離條件50 mM SC（Sodium cholate），20 mM醋酸銨（Ammonium acetate），70%甲醇（Methanol），30%氰甲烷（Acetonitrile）的非水相緩衝溶液以及超低溫（77K）螢光法的量測，對於偵測極限有很大的助益，可提高大約150倍。應用於葡萄酒中，可偵測到trans-resveratrol約3.8 ppm的含量。 本研究還開發了零度（0 ℃）以下（subzero）的非水相毛細管電泳分離方式—冰溫分離法，將全長1/3的毛細管至於零下70度的乾冰槽中進行分離。實驗結果顯示，在低溫下分離不僅可增強分析物的螢光強度，相對於一般在室溫下進行的分離更可以提高電泳分離的解析度。結合冰溫分離及on-line螢光77 K光譜偵測法，不僅可以成功地將resveratrol異構物完全分離，更可以獲知個別異構物的77 K螢光光譜。輔以stilbene異構物的標準螢光光譜比對，更可以進一步確認本實驗量得resveratrol螢光光譜的正確性。

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石英壓電晶體感測器應用於無機化合物與DNA作用力的研究

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石英壓電晶體感測器應用於有機化合物與DNA作用力的研究

本實驗是利用自組式CPS (carboxypropyl disulfide)/EDAC (1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl) carbodimide)/NHS (N-hydroxy- succinimde)修飾的單層膜與雙股螺旋DNA共價鍵結固定在石英晶片的銀電極上，固定化DNA的石英壓電晶體感測器設計來作為DNA與有機化合物間作用力研究之用。 有機化合物吸附在DNA固定的石英晶片導致石英晶片上質量增加和石英壓電晶體感測器振盪頻率下降，有機分子脫附的研究用來決定DNA與有機分子間是化學吸附或物理吸附。研究發現DNA與有機酸、醛類、pyrrole、pyridine及多環芳香族碳氫化合物(PAH)間存在有化學吸附，反之DNA與醇類或酮類間只有物理吸附存在，固定化DNA石英壓電晶體對有機分子的頻率變化大小依序為：正己酸>正戊酸>正丁酸>丙酮酸>丙酸=pyridine>丙醛=pyrrole>戊二醛=乙醛>甲醛>乙酸>甲酸，而DNA每個核甘酸與有機分子反應的鍵結數大小依序為：正己酸>丙酮醛>正戊酸>正丁酸>丙醛>乙醛>丙酸>pyrrole>pyridine>甲醛>戊二醛>乙酸>甲酸，隨著有機化合物直鏈長度的增加，會增加DNA與有機化合物間反應的鍵結數，本研究亦研究單股和雙股DNA和有機分子作用，雙股DNA和有機分子作用力顯然比單股DNA大。 本研究同時也探討了溶劑、有機化合物的濃度、溫度、pH值和不同種類的DNA對固定化DNA石英壓電晶體感測器之感應頻率變化及DNA和有機分子作用力的影響，DNA與有機酸間反應所引起的頻率變化並不會受到溶劑變化的影響，相反的，DNA與醛類反應所引起的頻率變化則會受到溶劑變化的影響，頻率變化的大小依序為：丙醇>乙醇=丙酮>甲醇>>純水中，而有機化合物的濃度與頻率變化關係的曲線發現都趨向蘭穆爾式的飽和吸附，在pH效應研究中發現當溶液pH值的增加，會加速DNA與醛類間的反應速率，可能為鹼性溶液會催化DNA鹼基N-1或胺基的反應，而當pH值小於7時，頻率變化相差不大，隨著pH值(>7)增加，會增加DNA與醛類反應的頻率變化，在溫度效應研究中發現當反應溫度升高，會大大的降低DNA與醛類的反應時間，而最好的化學吸附溫度約在37°C左右，不同種類的雙股DNA與有機酸反應時，發現頻率變化相差不大，此可能由於各種DNA的鹼基組成類似。 利用固定化DNA石英壓電晶體感測器成功地即時研究DNA與有機化合物間作用力，不需要複雜的分離步驟就可以計算出化學鍵結之有機分子的含量及DNA每個核甘酸可與有機分子反應的鍵結數。

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對稱雙苯-十九-冠-六醚與鹼金屬離子錯合及應用初探

合成一系列新的碳軸側臂雙苯十九環冠醚，用以探討對鹼金屬離子之錯合現象及形式，利用13C-NMR金屬誘導變化效應輔以1H-NMR光譜變化，可看出冠醚與金屬離子錯合時構形的改變情形，十九環碳軸冠醚與鉀離子及銀離子形成1：1錯合，而且橋頭碳上的氧原子在錯合過程中具重要地位。 引入不同發光團側臂可以快速地以螢光光譜在定性上測得金屬離子對冠醚螢光訊號強弱的影響：鹼金屬離子使螢光強度增強，銀離子使螢光強度減弱；並可測知冠醚與金屬的錯合能力大小，測得對K+有最大的錯合穩定常數。 利用快速原子撞擊質譜法迅速地測知冠醚與金屬離子錯合的形式與能力，亦可看出十九環碳軸冠醚與鉀離子及銀離子形成1：1錯合。 利用十九環冠醚對鉀離子的選擇性，應用於選擇性薄膜電極的材料。實驗結果顯示，以冠醚3c-PVC-NaTPB -NPOE和冠醚3d-PVC-NaTPB-NPOE製成鉀離子選擇薄膜電極，分別得到55.38和53.27mV/decade接近於能士特斜率，這兩支電極對鉀離子的選擇性皆比對其它鹼金、鹼土族金屬離子為佳。