調查局三等申論題
105年
[化學鑑識組] 儀器分析
第 一 題
📖 題組:
某單位安裝完成利用一個石英毛細管的實驗設備。毛細管總管長 L = 1 m,而毛細管管長的有效長度 l = 90 cm。外加電場電位差所產生的電壓為 30 kV。偵檢器放置在靠近陰極處,而電解液為 pH = 5 的緩衝溶液。在一個標準溶液中,某化合物的遷移時間 tm = 10 min。 (一)試繪製上述實驗設備的概略圖,並說明之。(8 分) (二)從給定的資訊,能否推論此化合物所攜帶的淨電荷為正電或負電?試解釋之。(4 分) (三)試計算此化合物之總電泳遷移率(apparent electrophoretic mobility),μapp。計算出的答案,需註明所使用的單位。(4 分) (四)假設一個未帶電的小分子其遷移時間 tm = 5 min,試計算其電滲流遷移率(electro-osmotic mobility),μEOS。計算出的答案,需註明所使用的單位。(4 分) (五)試計算此化合物之電泳遷移率(electrophoretic mobility),μEP。計算出的答案,需註明所使用的單位。此化合物所攜帶的淨電荷是正電或是負電?試解釋之。(5 分)
某單位安裝完成利用一個石英毛細管的實驗設備。毛細管總管長 L = 1 m,而毛細管管長的有效長度 l = 90 cm。外加電場電位差所產生的電壓為 30 kV。偵檢器放置在靠近陰極處,而電解液為 pH = 5 的緩衝溶液。在一個標準溶液中,某化合物的遷移時間 tm = 10 min。 (一)試繪製上述實驗設備的概略圖,並說明之。(8 分) (二)從給定的資訊,能否推論此化合物所攜帶的淨電荷為正電或負電?試解釋之。(4 分) (三)試計算此化合物之總電泳遷移率(apparent electrophoretic mobility),μapp。計算出的答案,需註明所使用的單位。(4 分) (四)假設一個未帶電的小分子其遷移時間 tm = 5 min,試計算其電滲流遷移率(electro-osmotic mobility),μEOS。計算出的答案,需註明所使用的單位。(4 分) (五)試計算此化合物之電泳遷移率(electrophoretic mobility),μEP。計算出的答案,需註明所使用的單位。此化合物所攜帶的淨電荷是正電或是負電?試解釋之。(5 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題
小題 (一)
試繪製上述實驗設備的概略圖,並說明之。(8 分)
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看到此題,首先辨識出本實驗設備為毛細管電泳(CE)。繪圖時必須將題目給定的關鍵條件具象化並清晰標示,包含:高壓電源(30 kV)、正負電極位置、石英毛細管的總長(L = 1 m)與有效長度(l = 90 cm)、緩衝溶液(pH = 5)以及偵檢器的相對位置(靠近陰極)。
小題 (二)
從給定的資訊,能否推論此化合物所攜帶的淨電荷為正電或負電?試解釋之。(4 分)
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在毛細管電泳中,分析物的總遷移速度是電滲流(EOF)與本身電泳(EP)速度的向量和。要判斷未知化合物的電荷極性,必須將其遷移時間與不帶電的中性分子(僅受電滲流影響)進行相對比較。由於題幹僅給出該化合物的絕對時間而無參考基準,因此無法直接判定。
小題 (三)
試計算此化合物之總電泳遷移率(apparent electrophoretic mobility),μapp。計算出的答案,需註明所使用的單位。(4 分)
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看到計算總電泳遷移率(μapp),首先回想定義公式:μapp = 速度(v) / 電場強度(E) = (有效長度l / 遷移時間t) / (電壓V / 總長度L)。計算前務必將所有物理量轉換為標準單位(長度為cm、時間為s、電壓為V),以確保最終單位為 cm²/V·s。
小題 (四)
假設一個未帶電的小分子其遷移時間 tm = 5 min,試計算其電滲流遷移率(electro-osmotic mobility),μEOS。計算出的答案,需註明所使用的單位。(4 分)
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看到「未帶電小分子」,應立刻聯想到其在毛細管中的遷移完全由「電滲透流(EOF)」驅動,其遷移時間即為電滲透流時間。利用公式 μ_EOS = (l × L) / (t × V) 代入有效管長、總管長、時間(需換算為秒)及電壓即可求得,注意單位應一致轉換為 cm、s 與 V。
小題 (五)
試計算此化合物之電泳遷移率(electrophoretic mobility),μEP。計算出的答案,需註明所使用的單位。此化合物所攜帶的淨電荷是正電或是負電?試解釋之。(5 分)
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提示考生利用公式 μ_app = μ_EP + μ_EOS 來求解。將化合物的總遷移率與電滲流遷移率相減即可求得 μ_EP。接著,可透過 μ_EP 的正負號,或比較化合物與中性分子的遷移時間(t_m > t_EOS),來判斷化合物因受到往陽極的牽引而移動較慢,進而推論其帶負電。