化學工程 113 年儀器分析考古題

檢驗水中酚含量的標準方法為分光光度計法（spectrophotometer）。水樣先 經過蒸餾後，調整其pH 值至10.0，在鐵氰化鉀存在下，和4-胺基安替吡 碄（4-Aminoantipyrine）作用後，生成有顏色之安替吡碄（Antipyrine）， 經氯仿萃取後，以分光光度計在460 nm 波長處測其吸光度進行定量分析。 將空白樣品放入儀器中，讀數為450 mV。將分析物放入儀器中，讀數 為280 mV。請計算分析物的穿透率（percent transmittance）及吸光度 （absorbance）。（10 分） 請描述單光束分光光度計的儀器構造。（請詳細標示儀器組件的名稱） （10 分） 蘇丹紅一號結構如下圖，在溶液中呈現紅色。Co2+水溶液呈現粉紅色， 請說明這兩種物質呈現顏色的原理有何不同。（15 分）

離子層析法（ion chromatography）常用於檢驗水中陰離子的含量，此方法 適用於飲用水、放流水、地面水、地下水及廢水中一般陰離子的檢驗，如 F-、Cl-、PO43-、SO42-、NO3-等。 陰離子層析管柱的填充顆粒為含有陰離子交換官能基的苯乙烯－二乙 烯基苯（Styrene divinyl benzene-based）材質，請說明陰離子交換官能基 及分離的機制。（10 分） 分離陰離子時，移動相溶液含有NaHCO3，請說明應如何選擇抑制管柱， 才能以電導度偵測器偵測上述陰離子，並說明抑制管柱如何有效抑制背 景訊號。（10 分） 以離子層析法分離PO43-、SO42-、NO3-三種離子時，其滯留時間（retention time）順序為何？（5 分）

聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG ）為水溶性高分子，分子式為 H(OCH2CH2)nOH。若要測定聚乙二醇高分子的質量，可用基質輔助雷射脫 附游離質譜法（matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry）。 請說明基質輔助雷射脫附游離質譜法如何將高分子離子化。（10 分） 若要將[H(OCH2CH2)350OH+H]+及[H(OCH2CH2)351OH+H]+的訊號分離， 請問質量分析器的解析度需為多少？（C：12、H：1、O：16）（5 分）

差熱分析法（differential thermal analysis, DTA）可用於觀察化合物的物理 及化學變化。 請分別寫出氧化反應（oxidation）、結晶現象（crystallization）、脫附現 象（desorption）在差熱分析法中會產生放熱訊號（exothermic peak）或 吸熱訊號（endothermic peak）。（6 分） 請說明高分子的玻璃化轉變（glass transition）無法在DTA 產生放熱訊 號或吸熱訊號的原因。（4 分）

電位分析法（potentiometry）常用於檢測水溶液的pH 值，稱為pH 計 （pH meter）。以玻璃電極（glass electrode）為指示電極，飽合甘汞電極 （saturated calomel electrode, SCE）為參考電極，電池表示式為： SCE || [H3O+]=a1 | glass membrane | [H3O+]=a2, [Cl-]=0.1 M, AgCl(sat’d) | Ag 請說明： pH 計偵測未知樣品中[H3O+]的原理。（10 分） pH 計使用前應該如何校正。（5 分）