理學院

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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。

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    阿達瑪轉換法在液相層析/拉曼光譜法之應用
    (2011) 林暐智; Wei-Chih Lin
    本研究首次將阿達碼轉換(Hadamard transform)技術應用在液相層析/拉曼光譜法(liquid chromatography/Raman spectrometry, LC/RS)上。分析物溶液置於精密注射針內,配合注射泵(syringe pump)推擠進樣,在三向連接頭(Tee connector)中,與來自液相層析泵的流析溶劑匯流以後,共同經過層析分離管柱。經分離之分析物的拉曼訊號則由市售拉曼光譜儀(Renishaw Invia Raman spectroscope)收集。配合阿達瑪序碼(Hadamard code)的使用,由電腦可以控制注射泵的進樣順序,因此可以得到阿達碼-層析圖碼。此編碼之層析圖經過阿達碼轉換以後,可還原得到解碼之液相層析/拉曼光譜圖。實驗結果發現,此方法非常有助於提高雜訊比值,亦有助於提高偵測靈敏度。當以結晶紫(crystal violet, CV)作為測試樣品,編碼後的層析圖譜經由阿達瑪轉換後,訊號/雜訊比提高了7.29倍。這數值與理論值8.02 相當接近。再者,本研究同時發現,經過層析分離管柱後的分析物若能與奈米銀溶液再次匯流混合的話,藉由表面增強拉曼光現象,可提升拉曼散射光的強度,使分析物的的偵測極限下降。即使分析物的濃度為 500 ppb,依舊可觀察到清楚的拉曼光譜圖。
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    阿達瑪轉換/氣相層析質譜術對揮發性氣體偵測法的開發與研究
    (2011) 鄭元凱; Yuan-Kai Cheng
      本研究利用阿達瑪轉換/氣相層析質譜術 (HT-GC/MS) 成功偵測到人體呼出氣體內及晶圓廠中無塵室內的揮發性有機氣體。將編碼的層析圖譜阿達瑪轉換後與大多數 GC/MS 系統單次進樣比較,可使得訊號與雜訊比值 (signal-to-noise ratio) 大幅提升。在第一個飲酒者的呼出氣體情況下,使用傳統單次進樣得到的小離子強度 (相當於 ~0.1 ng 乙醇)約等於或低於偵測極限。在第二個吸菸者的呼出氣體情況下,使用傳統單次進樣只得到微弱離子訊號 (相當於 ~0.7 pg 甲苯) 的偵測邊緣。在這兩個實驗中,當加入阿達瑪轉換技術時,便能讓 S/N 比分別得到 8.0 及 7.9 倍的提升,雖然利用此技術偵測出的呼出氣體成分有待確認,但卻不需要任何前處理的步驟。另外在無塵室內環境空氣情況下,利用更高進樣次數的阿達瑪矩陣 255、1023、2047 分析 HMDSO,其提升的 S/N 比分別得到 7.4、15.1、20.1 倍,與理論值(8.0、16.0、22.6 倍) 皆相當地接近。在未經過前處理的 HMDSO 樣品,其單次進樣 (4 uL) 的濃度偵測極限在 20 ppbv。然而在使用了阿達瑪 2047 次的轉換後,其偵測濃度可達 1 ppbv (S/N = 3)。與此相比,當加入吸附/脫附系統時,其 HMDSO 濃度偵測極限可改善至 0.03 ppbv。實驗結果發現,此技術大幅改善了 S/N 比,並也提高了偵測靈敏度。
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    阿達瑪進樣器的設計及其在氣相層析質譜法對揮發性有機物偵測上的應用
    (2009) 范貞貞; Zenzen Fan
    本研究設計並製造一個新型阿達瑪進樣器(Hadamard injector),能使待分析的揮發性有機物(volatile organic compounds, VOCs)依據阿達瑪序列(Hadamard code)注射到氣相層析質譜儀(gas chromatography/mass spectrometry)中。配合阿達瑪轉換(Hadamard transformation)技術,相較於傳統的單一注射方式,能更有效地提高訊號的雜訊比值(signal-to-noise ratio)。此阿達瑪進樣器本身構造類似脈衝噴嘴(pulse nozzle),可由電腦控制開放的時間與樣品進入氣相層析氣化管(inlet liner)的量。視實驗情況所需,氣態樣品的單一注射量可控制在30 nL ~ 3 mL之間。同日與異日的RSD(related standard deviation)值分別為0.24 ~ 0.38%及0.27%,顯示本進樣器具有極佳的再現性。本實驗亦詳細探討氣相層析分離時進樣時間、進樣量與分流比等因素對阿達瑪轉換效率的影響。在最佳化進樣條件下,當測試樣品以阿達瑪序列次數為255、511、1023次分別進行實驗時,雜訊比值可得到7.7、10.8、14.8倍的改良效果。這樣的增加倍率與理論值(8.0、11.3、16.0)相當吻合。最後,本研究也對真實樣品進行實際偵測。將10.0 L的實驗室內空氣,以抽氣採樣方式,經活性碳吸附後,加熱脫附之同時,以阿達瑪進樣器將空氣樣品注射到氣相層析氣化管中,實際分析化學實驗室內揮發性有機物。實驗結果發現,有阿達瑪進樣器之協助,空氣中即使含有低濃度的丙酮、二氯甲烷及己烷,亦能輕易地被檢驗出來。
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    液相層析質譜法對色胺類衍生物之分析研究
    (2008) 陳雯雄; Wen-Xiong Chen
    本研究以LC-ESI/MS (liquid chromatography-electrospray ionization/mass spectrometry,液相層析電噴灑質譜儀)分析色胺類濫用藥物,歸納出色胺類濫用藥物的特徵譜峰。在ESI游離模式下,一級胺類(α-methyltryptamine, AMT;5-methoxy-α-methyltryptamine, 5-MeO-AMT)與三級胺類(N,N-dimethyltryptamine, DMT; N,N-diethyltryptamine, DET; N,N-dipropyltryptamine, DPT; N,N-dibutyltryptamine, DBT; N,N-diisopropyltryptamine, DIPT; 5-methoxy-N,N-dimethyltryptamine, 5-MeO-DMT; 5-methoxy-N,N-di-isopropyltryptamine, 5-MeO-DIPT)藥物,可觀察到兩種特殊斷裂途徑。此兩種斷裂途徑分別為α-斷裂(α-cleavage)和β-斷裂(β-cleavage),可做為刑事鑑定的特徵峰。此外,為了改善色胺類的偵測靈敏度,本研究引用阿達瑪轉換(Hadamard Transform)技術來提高訊號/雜訊的比值。實驗中使用了一個高效能液相層析(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)幫浦與一個高壓精密注射泵來完成進樣的工作。將阿達瑪序列由電腦經RS232介面傳輸到注射泵,使樣品溶液與HPLC流析溶劑,可按照阿達瑪序列的方式,流入Tee connector再進入分離管柱。分析物經管柱分離以後,以ESI的方式,可在SIM (selected ion monitoring)或SRM (selected reaction monitoring)的模式下讀取數據。以DMT為測試樣品,在阿達瑪序列n = 1023 時,訊號/雜訊的比值可提高約一個數量級。
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    阿達瑪轉換氣相層析質譜法檢測健康正常人與糖尿病患呼氣中丙酮的應用與研究
    (2014) 范綱庭
    本研究成功以阿達瑪轉換-氣相層析質譜法 (Hadamard transform-gas chromatography/mass spectrometry, HT-GC/MS) 對人體呼出氣體中的糖尿病生物指標 (biomarker)-丙酮進行偵測。將待測樣品經由阿達瑪進樣裝置系統,在最佳化條件下,以阿達瑪矩陣255、1023及2047次編碼分別進行實驗時,訊號雜訊比可以得到改良效果,增加倍率與理論值(8.0、16.0、22.6)相當吻合。一次測量時間最短在8分鐘內即可完成,並得到良好的訊號雜訊比改善。本實驗分別採自於17名正常志願者以及37名糖尿病患,每次採集測試者1 L吐氣。在實際測量志願者的呼出氣體,合計108個採氣袋,得到丙酮平均濃度為正常人0.1 ~ 1.0 ppmv;糖尿病患1.0~10 ppmv,在此情形下阿達瑪轉換法能有效的提高訊號雜訊比,最低偵測極限(limit of detection, LOD)為0.1 ppmv。阿達瑪轉換法適用於各類氣體樣品,且不需經過前處理,便進行阿達瑪序列編碼進樣,進而得到更佳的訊號雜訊比。