調查局三等申論題
105年
[化學鑑識組] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
飲用水中的氯酸鹽(ClO3-)、次氯酸鹽(ClO2-)、溴酸鹽(BrO3-)及碘酸鹽(IO3-)，在 1-ppb（十億分之一）的濃度層級，可以用選擇性反應監控（selected reaction monitoring），在 1%的準確度下，被測量出來。氯酸鹽及次氯酸鹽是來自飲用水的殺菌劑 ClO2。溴酸鹽及碘酸鹽可由 Br 或 I-，當水以臭氧(O3)殺菌時形成。對於高度選擇性的氯酸鹽測量，第一個質量分離器所選擇的負離子的質荷比 m/z 為 83，而第二個質量分離器所選擇的負離子的質荷比 m/z 為 67。 (一)試繪製三重四極體式質譜儀（triple quadrupole mass spectrometer）的示意圖，說明什麼是選擇性反應監控（selected reaction monitoring）？為什麼它又被稱為串聯質譜儀（MS/MS）？為什麼它可以對特定的分析物改善其訊號/雜訊比？（15 分） (二)試解釋上述的氯酸鹽測量方法為何有效及為何它能將氯酸鹽(ClO3-)自次氯酸鹽(ClO2-)、溴酸鹽(BrO3-)及碘酸鹽(IO3-)中區分出來？（10 分） 與本題有關元素的同位素自然存在比例，表列如下： 元素 質量數 原子量（Da） 所占百分比（%） O 16 15.99491 99.757 17 16.99913 0.038 18 17.99916 0.205 Cl 35 34.96885 75.78 37 36.96590 24.22 Br 79 78.91834 50.69 81 80.91629 49.31 I 127 126.90447 100
飲用水中的氯酸鹽(ClO3-)、次氯酸鹽(ClO2-)、溴酸鹽(BrO3-)及碘酸鹽(IO3-)，在 1-ppb（十億分之一）的濃度層級，可以用選擇性反應監控（selected reaction monitoring），在 1%的準確度下，被測量出來。氯酸鹽及次氯酸鹽是來自飲用水的殺菌劑 ClO2。溴酸鹽及碘酸鹽可由 Br 或 I-，當水以臭氧(O3)殺菌時形成。對於高度選擇性的氯酸鹽測量，第一個質量分離器所選擇的負離子的質荷比 m/z 為 83，而第二個質量分離器所選擇的負離子的質荷比 m/z 為 67。 (一)試繪製三重四極體式質譜儀（triple quadrupole mass spectrometer）的示意圖，說明什麼是選擇性反應監控（selected reaction monitoring）？為什麼它又被稱為串聯質譜儀（MS/MS）？為什麼它可以對特定的分析物改善其訊號/雜訊比？（15 分） (二)試解釋上述的氯酸鹽測量方法為何有效及為何它能將氯酸鹽(ClO3-)自次氯酸鹽(ClO2-)、溴酸鹽(BrO3-)及碘酸鹽(IO3-)中區分出來？（10 分） 與本題有關元素的同位素自然存在比例，表列如下： 元素 質量數 原子量（Da） 所占百分比（%） O 16 15.99491 99.757 17 16.99913 0.038 18 17.99916 0.205 Cl 35 34.96885 75.78 37 36.96590 24.22 Br 79 78.91834 50.69 81 80.91629 49.31 I 127 126.90447 100
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
試繪製三重四極體式質譜儀（triple quadrupole mass spectrometer）的示意圖，說明什麼是選擇性反應監控（selected reaction monitoring）？為什麼它又被稱為串聯質譜儀（MS/MS）？為什麼它可以對特定的分析物改善其訊號/雜訊比？（15 分）
思路引導 VIP
首先，腦中需浮現三重四極體質譜儀的三大核心組件（Q1, q2, Q3）並以文字示意圖精準標註其各自功能與相對位置。其次，將選擇性反應監控（SRM）的概念與 MS/MS 空間上的串聯機制結合。最後，從『雙重過濾化學背景雜訊』的角度，運用訊雜比（S/N = Signal/Noise）中分母極小化的數學及物理化學原理，切入解釋其高靈敏度的原因。
小題 (二)
試解釋上述的氯酸鹽測量方法為何有效及為何它能將氯酸鹽(ClO3-)自次氯酸鹽(ClO2-)、溴酸鹽(BrO3-)及碘酸鹽(IO3-)中區分出來？（10 分）
思路引導 VIP
本題需結合元素的同位素質量，分別計算目標物與干擾離子的質荷比(m/z)。透過比對各離子在第一四極體(Q1)與第三四極體(Q3)的m/z設定值，說明SRM模式如何利用「母離子篩選」與「特徵子離子監控」達成排除干擾與提高選擇性的目的。