化學工程 103 年儀器分析考古題

氣相層析儀常用於分析揮發性的有機化合物。 請說明火焰離子化偵測器（flame ionization detector, FID）的工作原理。（10 分） 若以質譜儀偵測，應該選用那一種游離方法，才能看到分子離子（molecular ion）， 並獲得化合物的分子量。（5 分） 以質譜儀偵測時，常用四極柱質量分析器（quadrupole mass analyzer），請說明四 極柱質量分析器的構造。（5 分） 四極柱質量分析器要如何操作，才能獲得質譜圖。（5 分）

 根基於離子載體（ionophore）的離子選擇液態薄膜電極，若其薄膜材質為聚氯乙 烯（PVC），請說明其離子載體的性質與功能。（5 分）  以氯離子（Cl–）選擇薄膜電極量測地下水中Cl–的訊號為3.95 μV。若添加5 mL 的2.03 M NaCl 標準液於95 mL 地下水樣品後，測得Cl–的訊號增加為7.86 μV。 請求出地下水中Cl–的原始濃度。（15 分）

紅外光光譜儀（IR spectrometer）及拉曼光譜儀（Raman spectrometer）皆可用於觀 察分子的振動，請回答下列問題： 請問甲烷分子有幾個震動模式（vibration modes）？（5 分） 在拉曼光譜法中，隨著溫度升高，anti-stokes 和stokes 訊號的比值會上升，請說 明原因。（5 分） 請說明紅外光光譜儀及拉曼光譜儀的光源分別為何？（6 分） 二氧化碳分子的反對稱震動（asymmetric vibration）如下圖，此震動模式在紅外光 光譜圖中可觀察到訊號，但在拉曼光譜圖中沒有訊號，請說明原因。（9 分）

 請說明四種影響原子光譜譜線寬度的因素。（16 分）  原子化器（atomizer）的溫度如何影響原子光譜譜線強度？（4 分）

電位分析法（potentiometry）常用於測定溶液中分析物的濃度。 請說明電位分析法的工作原理。（10 分） 若以汞電極做為指示電極，如何能測得溶液中Hg2+的濃度？ （7 分） 同樣以汞電極做為指示電極，如何能測得溶液中EDTA 的濃度？（8 分） HgY2 的形成常數K = 6.3×1021 Hg2+ + 2e- = Hg(l) E° = 0.854 V Hg2SO4(s) + 2e- = 2Hg(l) + SO4 2 E° = 0.615 V HgY2 + 2e- = Hg(l) + Y4 E° = 0.21 V

 請說明產生分子螢光（fluorescence）光波的史托克位移（Stokes shift）現象之原 因。（5 分）  為何分子磷光（phosphorescence）較分子螢光慢發生且強度較弱？（10 分）  將含奎寧（Quinine）之1.664 g 抗瘧疾藥片，溶解於0.10 M 鹽酸形成500 mL 溶 液。取此溶液20 mL 再以0.10 M 鹽酸稀釋成100 mL。此稀釋樣品於347.5 nm 螢 光強度為245。於相同的條件下，量測100 ppm 奎寧標準品溶液的螢光強度為 125。計算奎寧於此藥片中的質量（mg）。（5 分）

以逆相層析法（reversed-phase liquid chromatography）分離藥物，移動相為30%甲醇 和70%水，分析物的滯留時間為25.5 分鐘，未滯留物質流經管柱時間為0.5 分鐘。 請計算滯留因子（retention factor, k）為何？（5 分） 已知水的極性係數（polarity index）為10.2，甲醇為5.1，若要使滯留因子k = 5， 甲醇和水的比例應該如何調整？（8 分） 請說明離子對層析法（ion-pair chromatography）的原理。（7 分） 請說明梯度流洗（gradient elution）。（5 分） Asymmetric

 請說明二相鄰層析峰若為基線分離（base line separation），則其解析度值 （Rs = ) 0.5( 2 1 r1 r2 W W t t   ）必須大於1。（6 分）  如何使用標準品（standards）進行層析峰的定性辨識？（14 分）

 請說明並定義質譜儀的解析度，然後計算分開C2H4 +（M = 28.0313）與 CO+（M = 27.9949）二質譜波峰所需的解析度。（6 分）  請說明液相層析質譜儀使用離子化界面（ionization interface）的主要目的。 （4 分）  請說明液相層析質譜儀兩種常用的電噴灑離子化界面（electrospray ionization interface, ESI）與大氣壓化學離子化界面（atmospheric pressure chemical ionization interface, APCI）的工作原理及其適用分析物的極性性質。（10 分）

 請解釋液相層析質譜儀的總離子層析圖（total ion chromatogram）及萃取離子層析 圖（extracted ion chromatogram）。（8 分）  請比較說明三重四極柱串聯質譜儀（triple quadrupole tandem mass spectrometer） 與離子阱質譜儀（ion-trap mass spectrometer）的運作方式。（12 分）