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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    金屬有機骨架複合材吸附揮發性有機化合物之研究與軟性X-ray巨觀結構鑑定技術
    (2024) 湯博翔; Tang, Po-Hsiang
    本論文主要使用金屬有機骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)與高分子複合進行揮發性有機汙染物的吸附移除,其中探討了靜態和動態等不同種類的吸附方式,並以理論計算來模擬和佐證實驗結果。後面的部分展現一種新型態的穿透式軟性X-ray成像方式,來建構非均相材料在巨觀結構的實際構形。論文第一部分為了能符合工業化的需求,我們針對MIL-68(Al)的製備做了改良,與先前報導相比,選用了更為環境友善的異丙醇(IPA)作為合成的主要溶劑,同時藉由晶種的預添加,成功地將製程的產能擴大至原先的500倍,並且在三次的溶劑回收重複合成實驗中,也取得優異的成果,在X-ray繞射圖譜以及N2表面積孔徑分析儀的結果表明,放大製成的產品效能與小量製程的效能一致,甚至更為優異。針對新製備方式的MIL-68(Al),示範了其對乙酸(AA) 吸附能力,即使在100 ppm 的低起始濃度下,也顯示出良好的AA 去除率(100% 去除率),表現出比市售活性碳和沸石更好的吸附效能。論文的第二部分同樣進行VOCs的吸附實驗,首先將多種MOFs進行對氣相的甲苯氣體的吸附實驗,進一步將MOFs與聚乙烯醇(PVA)複合生成MOF@PVA的複合粒材,並製備了不同比例的 MOF@PVA 珠複合材料,找出孔隙率最佳的比例進行揮發性有機物的吸附測試。結果成功製備出10%、20%、30% PVA/MOF混摻比例的高分子顆粒,且10% MIL-68@PVA有著高達0.7 g/g的甲苯氣體吸附量,與市售活性碳和沸石吸附劑相比有著1.5~3倍的吸附優越性。而在低濃度的甲苯動態吸附測試結果中,10% HKUST-1@PVA顆粒卻有著比10% MIL-68@PVA顆粒更好的甲苯吸附效率,總吸附量接近3倍差距,並且透過動力學模型的模擬成功找出了較適合解釋在低濃度動態下微孔MOFs對甲苯的吸附機理,表明在高濃度甲苯環境如工廠中更適合以MIL-68@PVA顆粒作為吸附劑,而低濃度工業及家庭廢氣則更適合小孔徑的HKUST-1@PVA。論文的第三部分介紹了一種新型態巨觀結構的鑑定技術,利用軟X射線斷層掃描技術透過目視觀察不同激發能量在不同能帶中的相應圖像來檢查金屬有機骨架的多維結構,例如核殼和空心骨架,或是不同的金屬元素。結果表明,利用軟X射線斷層掃描(SXT)可以更為直觀的觀察結構中金屬的分佈,以及觀察MOFs所具有的中空孔類型。這項透過 SXT 對 MOF 進行的開創性評估顯示了多維金屬有機框架結構識別的出色性能。
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    可攜式氣相層析儀應用於工業製程及排放物監控之研究
    (2022) 蔡孟然; Tsai, Meng-Jan
    本研究以實驗室自行開發、組裝的可攜式氣相層析儀,搭配桌上型氣相層析質譜儀,對工業製程排放之揮發性有機物(VOCs)進行分析。工業製程產生的揮發性有機物存在於作業場域環境、排放廢水甚至原料及產品等,必須透過合適的樣品前處理方法進行採樣分析。因此本篇研究將分為三個部分,第一部份,針對工業場所逸散之氣體VOCs使用氣袋配製,挑選工業常見十一種VOCs進行儀器性能測試,當中十種VOCs之偵測下限低於1 ppb;第二部份,為水中揮發性有機物之研究,選擇三種半導體製程常用溶劑,使用吹氣捕捉法進行採樣,並根據理論吹氣曲線之基礎,對水中低溶解度及高溶解度之VOCs使用不同定量方法,並設計活性碳過濾管模擬半導體製程廢水處理;第三部份,針對超吸水聚合物產品進行分析,以頂空法採樣,發現超吸水聚合物在吸水過後,有三種化合物之濃度增加為原始數百甚至數千倍以上,推測是造成異味的主因,綜合上述結果,建立以可攜式氣相層析儀為工具,達成快速連續偵測工業製程及排放物監控之系統。
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    微型氣相層析儀
    (2013) 簡日昇; Rih-Sheng Jian
    本研究以結合微機電與非微機電技術,開發一部能夠快速分析環境中複雜揮發性有機物的微型氣相層析儀,本研究之主要工作包含:(一) 利用微機電製程之關鍵元件:多段式微前濃縮晶片、微層析晶片以及奈米金-阻抗式感測器,搭配小型氣體幫浦與小型電磁閥,組裝整合出第一代之微小化氣相層析系統,以抽取周圍空氣,並透過除水分子篩與活性碳過濾水氣及背景有機物後,作為系統的載流氣體,不需使用氣體鋼瓶,達到儀器較小體積與輕量化並適合長時間的操作。結果顯示,7種有機氣體可在2分鐘內達到有效分離並由奈米金-阻抗式偵測器偵測之,其儀器偵測下限可達2.6 ng (n-octane)。 (二) 將第一代儀器調整關鍵元件並重新設計,使用多柱狀陣列微前濃縮晶片內含燒結碳膜作為吸附質更換原有之多段式微前濃縮晶片,以及用光游離偵測器取代奈米金-阻抗式偵測器,使整體系統穩定度提高,全系統體積最小達到20 × 10 × 6 cm之第二代原型儀器。6種有機氣體可在2分鐘內達到有效分離並由光游離偵測器偵測之,其儀器偵測下限可達10 ppb (m-xylene)於1.0 L採樣體積。 (三) 本階段開發一部高可靠度之應用型微型氣相層析儀,並以非微機電方式製作高流量採樣模組、快速溫控之毛細管層析分離模組、光游離偵測器,內嵌入式一部平板電腦,功能整合出第三代微型氣相層析儀,實驗結果顯示,隨著快速溫控程式該儀器可在2分鐘內有效分析10種有機化合物,儀器偵測下限值達0.02到 0.36 ppb於1.0 L採樣體積,儀器在超過24小時連續操作下,積分面積相對標準偏差值介於2.2 % (benzene, n=120)到5 % (m-xylene, n=120),且該原型儀器可手持式獨立操作,不需要外接電腦進行控制。 (四) 此原型儀器應用於鄰近工業區之學校與半導體無塵室內,進行現場有機氣體之即時分析,搭配不鏽鋼採樣筒之美國環保署TO-15標準分析方法,採樣結果藉由氣相層析質譜儀進行分析,以提供分析比對。結果顯示,個別分析出的有機化合物可呈現出濃度隨著時間變化之趨勢,學校內濃度範圍介於0.1到4.8 ppb,而無塵室內濃度範圍介於0.3到20 ppb,此數據可提供作為暴露於有機氣體汙染之健康評估;隨著呈現出的實驗結果,此微型氣相層析儀原型儀器證實可應用於有機氣體快速分析與現場環境監測。
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    以飛秒雷射誘發多光子離子化質譜法與電子撞擊離子化質譜法分析人體呼氣中氣體分子及對離子化效率之比較
    (2019) 陳冠豪; Chen, Kuan-Hao
    本研究分別利用氣相層析電子撞擊式質譜儀(gas chromatography-electron ionization-mass spectrometry, GC-EI/ MS)以及飛秒雷射誘發多光子離子化飛行時間質譜儀(femtosecond laser-induced multiphoton ionization/time-of-flight mass spectrometry, FL-MPI/ TOFMS)研究並且比較非吸菸者/吸菸者呼吸氣體中成分的質譜資訊。藉由固相微萃取(solid phase microextraction, SPME)提升分析物訊號強度後,本研究能夠在人體呼氣樣品中檢測出40種以上的揮發性有機化合物(VOCs)其中有24種揮發性有機化合物可以被鑑定出來。GC-EI / MS利於偵測己烷(hexane),乙脲(ethylurea),甲苯(toluene)和檸烯(limonene)。相對的,FL-MPI/ TOFMS則利於偵測鄰二甲苯(o-xylene),萘(naphthalene)和甲基丙基苯(methylpropyl benzene)等化合物。而有些化合物在兩種質譜儀中皆有被偵測到,例如丙酮(acetone)以及異戊二烯(isoprene)。除此之外,本研究亦利用FL-MPI/ TOFMS檢測同一名志願者吸菸後的呼氣樣品,發現其中含有有2,3-二甲基吡嗪(2,3-dimethly pyrazine),2-甲基吡啶(2-methyl pyridine)和吡嗪(pyrazine)等化合物。GC-EI/MS和FL-MPI/TOFMS的組合,成功地為研究人體呼氣中的VOCs提供一種新的檢測方法。
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    微型氣相層析儀應用於揮發性有機氣體之現場即時分析研究
    (2015) 王澤諭; Wang, Tse-Yu
    本研究將已經開發完成的微型氣相層析儀應用於半導體無塵室以及工業區鄰近鄉鎮地區8個採樣點,同時與國立臺灣大學職業工業安全與職業衛生系合作將儀器架設於車上成為可移動式監測站。利用微型氣相層析儀進行現場有機氣體之即時連續分析並於半導體無塵室時利用不鏽鋼採樣筒採樣8個小時,於鄉鎮地區8個採樣點使用不鏽鋼採樣筒以及吸附管並且採樣1天後送至工業技術研究院以氣相層析質譜儀分析進行定性及定量,並提供比對。 本研究結果顯示,微型氣相層析儀分析出的有機化合物可呈現濃度隨時間變化之趨勢,在無塵室的部份,我們分離出六種有機氣體,濃度0.8 ppb到343.9 ppb,在鄉鎮地區監測部分,我們選擇了五種重要氣體做分析,濃度0.05 ppb到8.2 ppb,透過微型氣相層析儀於短時間可以分析大量的數據並提供人員作統計分析,協助追溯其氣體原因。