高考申論題 105年 [化學工程] 儀器分析

第一題

📖 題組：
請回答下列問題：

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

以定量分析水溶液中銅(II)離子為例，請說明陽極剝除伏安分析法（Anodic stripping voltammetry，簡稱 ASV）的分析原理與操作方法。（10 分）

看到陽極剝除伏安法（ASV），應立刻聯想到其核心為『兩階段電化學過程』：先陰極沉積（濃縮），後陽極剝除（測量）。解題時務必分為這兩步驟來論述，並以銅離子的氧化還原半反應式輔助說明，最後強調其因『預先濃縮效應』而具備極佳偵測極限的特性。

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【破題】陽極剝除伏安分析法（ASV）是一種具備極高靈敏度的電化學分析技術，其核心原理為利用「電化學預先濃縮」結合「電位掃描溶出」，使待測物訊號大幅放大，常應用於水溶液中超微量（ppb至ppt等級）重金屬離子之定量。【論述】

為何伏安分析法必須使用電位儀（Potentiostat）配合三電極系統而非雙電極系統進行？（5 分）

本題測驗電化學儀器的核心設計理念。解題時應先指出雙電極系統的致命傷：『溶液電阻壓降（iR drop）』與『參考電極極化』，接著解釋三電極系統如何透過電位儀將『電流迴路』與『電位量測迴路』分離以解決此問題。

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【破題】伏安分析法旨在測量電流與施加電位的關係，必須精準控制工作電極電位。使用三電極系統與電位儀的核心目的，在於消除溶液電阻造成的電壓降（iR drop）誤差，並防止參考電極因電流通過而發生極化。【論述】