化學工程 112 年儀器分析考古題

請說明氣相層析火焰電離檢測器法（GC-FID）的儀器構造、原理與應用。 （25 分）

某機構檢驗水中金屬的標準方法是使用電熱式原子（electrothermal atomization）吸收光譜法。此方法干擾主要來自分子吸收和基質等干擾效 應，可使用連續光源背景校正技術進行背景校正。 請說明電熱式原子化法的過程。（10分） 請畫出電熱式原子吸收光譜儀的裝置，並清楚標示組件名稱。（10分） 請說明連續光源背景校正技術。（10分） 在高溫度下，許多元素如鋇、鉬、鎳、鈦等會與石墨管表面物質發生化 學作用而形成難熔性碳化物，導致原子化信號變寬、拖尾和靈敏度降 低。請說明應該如何避免此情形發生。（5分）

請說明核磁共振（NMR）的基本儀器構造、原理與應用。（25 分）

檢驗環境禁藥五氯酚（C6Cl5OH）的標準方法是使用氣相層析質譜法。樣 品注入氣相層析儀分離後，以質譜儀偵測。 請說明要如何設定注射器的溫度。（5分） 若實驗室有2種管柱，一種固定相為聚二甲基矽氧烷（polydimethyl siloxane ），另一種固定相為三氟丙基聚二甲基矽氧烷（50%- trifluoropropyl-polydimethyl siloxane），請問應該選那一種管柱？請說明 原因。（5分） 對於含氯的化合物，電子捕捉偵測器（electron capture detector）可提高 偵測的靈敏度。請說明電子捕捉偵測器的原理。（10分）

近年來環境與食物鏈中的塑膠微粒污染已經不容忽視。塑膠微粒可以從塑 膠瓶、海產以及都市淡水中發現，因此塑膠微粒相關的立法更加嚴格，希 望可以降低塑膠微粒對生態系統的破壞。廠商更是開發出金屬或生物可分 解的甘蔗生質材料吸管來減少塑膠吸管的氾濫，政府也實行限塑政策，期 望減少塑膠袋的使用量。傅立葉紅外線光譜法（FT-IR）與拉曼光譜法 （Raman Spectroscopy）常用於聚合物的分析與鑑別，面對塑膠微粒的危 害，FT-IR 與拉曼光譜法可以應用於塑膠微粒分析。塑膠微粒（microplastic particles）主要來自塑膠碎片，目前的尺寸定義在小於5 mm 的尺寸範圍， 即為塑膠微粒。但事實上有許多塑膠微粒遠小於這個定義，其多半分布於 100 微米至1 微米之間，最大的可以由肉眼觀察到，但隨著尺寸變小，就 必須使用顯微鏡方式進行觀察。最常見的塑膠微粒來自於聚丙烯 （polypropylene, PP）與聚乙烯（polyethylene, PE），前者最常見於寶特瓶 的瓶蓋或類似包裝，後者則是以塑膠袋為大宗，這些塑膠微粒可以漂浮於 淡水河流與海洋上，在全世界循環。請說明拉曼光譜法的基本原理。（25 分）

液相層析質譜儀（LC/MS）為鑑定未知化合物常用的工具。在商品化的 LC/MS中，常使用離子阱質量分析器（ion-trap mass analyzer），請畫出離 子阱質量分析器的構造、標示組件的名稱，並說明如何選擇特定荷質比 （m/z）的離子。（15分） 38240

請說明火焰式和石墨爐式原子吸收光譜儀的儀器構造、原理和應用。（25 分）

熱重分析儀（thermogravimetric analyzer, TGA）用於觀測化合物的熱穩定 性及成分分析。 請說明熱重分析儀的儀器有那些組件組成？（7分） MgC2O4•2H2O（分子量148.4 g/mol）在熱重分析儀中加熱至478℃生成 MgO（分子量40.31 g/mol）。有一個2.5 mg 樣品，在熱重分析儀中加熱至 500℃時重0.9 mg，請計算MgC2O4•2H2O含量百分率為多少？（8分）

土壤中多氯聯苯的標準檢驗方法為氯離子電極法。土壤樣品以有機溶 劑萃取並濃縮，濃縮之萃取液在觸媒催化下與金屬鈉反應，釋出樣品中 多氯聯苯（PCB）之氯離子，氯離子再被萃取於水相之緩衝溶液中，然後 以偵測氯離子之選擇性電極檢測。以飽合甘汞電極（saturated calomel electrode, SCE）當參考電極，及一個銀電極（silver electrode）當指示電 極，飽合甘汞電極的標準電極電位為0.244 V。 請完成下面的電池表示（cell representation）來說明氯離子之選擇性電極。 SCE ‖ ∣ （5分） 請說明電池電位和氯離子濃度的關係為何？（10分） Ag+ + e- Ag Eo = 0.799 V AgCl + e- Ag + Cl- Eo = 0.222 V Hg2Cl2 + 2e- 2Hg + 2Cl- Eo = 0.244 V AgCl Ksp = 1.8 × 10-10