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地特三等申論題 107年 [環境檢驗] 廢棄物檢驗

第 一 題

📖 題組:
請說明廢棄物中碳、氫元素含量檢測方法-燃燒管法中之干擾因子及檢測方式:(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

於燃燒管後端置入銀網其作用為何?

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看到「燃燒管法」與「添加特定金屬(銀網)」,應立即聯想燃燒過程中產生的副產物(如鹵素、硫氧化物)會干擾後續吸收管對水和二氧化碳的定量。思考銀元素的化學特性,其極易與鹵素和硫反應生成穩定固體,藉此推導出其作用為「捕捉干擾氣體以防止正誤差」。

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於燃燒管後端置入銀網的主要作用為:去除鹵素(Halogens)及硫氧化物(SOx)等干擾物質。 詳細作用機制與原因如下:

  1. 干擾來源:廢棄物樣品中常含有鹵素(如氯)與硫元素,於高溫燃燒時會產生鹵化氫(如 HCl)、鹵素氣體(如 Cl2)及硫氧化物(如 SO2、SO3)。

小題 (二)

以酒精燈加熱爐外之管壁其作用為何?

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看到燃燒法檢測碳、氫元素,應聯想到產物為二氧化碳與水蒸氣。思考水蒸氣離開高溫爐區後的物理變化,即可推斷加熱爐外管壁是為了防止水分凝結,確保被後續裝置完全吸收以精準測量。

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以酒精燈加熱爐外之管壁,其主要作用為防止水蒸氣凝結於管壁上。 在燃燒管法中,廢棄物中的氫元素燃燒後會生成水蒸氣,若氣體離開高溫爐區遇冷凝結於管壁,將無法完全進入後方的水分吸收管(如過氯酸鎂吸收管)中。藉由酒精燈適度加熱爐外管壁,可確保生成的水蒸氣能完全被氣流帶入吸收管,以準確測量廢棄物中的氫元素含量,避免造成氫測定結果偏低(負誤差)。

小題 (三)

吸收瓶 I、II 裝何種物質,以吸收燃燒產生之水蒸氣。

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看到燃燒管法測定碳氫元素,應立即聯想其原理為將氫轉化為水蒸氣、碳轉化為二氧化碳,並利用吸收瓶增重法進行定量。針對「吸收水蒸氣」,需精確寫出環境檢驗標準方法中指定的高效乾燥劑名稱。

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吸收瓶 I、II 裝填的物質為無水過氯酸鎂(Anhydrous magnesium perchlorate,化學式:$Mg(ClO_4)_2$)。 在廢棄物燃燒管法檢測中,樣品燃燒產生的氫元素會氧化成水蒸氣。無水過氯酸鎂是一種極佳的高效乾燥劑,能有效且完全地吸收氣流中的水蒸氣,隨後藉由測量吸收瓶 I、II 實驗前後增加的重量差,即可定量推算廢棄物樣品中氫元素的含量。

小題 (四)

吸收瓶 III、Ⅳ裝何種物質,吸收燃燒產生之二氧化碳。

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看到燃燒管法測碳氫元素,應聯想碳燃燒後會生成酸性氣體二氧化碳(CO2)。要定量吸收酸性氣體必選用鹼性固體吸收劑,因此需回憶標準檢測方法中常用的二氧化碳吸收劑名稱及其伴隨的防護機制(如吸水)。

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吸收瓶 III、Ⅳ 應裝填鹼石棉(Ascarite,即氫氧化鈉塗佈於矽酸鹽或石棉上)鹼石灰(Soda lime)等鹼性吸收劑,以有效吸收燃燒產生的二氧化碳(CO2)。 實務應用與注意事項:由於鹼性吸收劑在吸收二氧化碳進行中和反應時會生成水分,為了防止水分逸散導致最終秤重時發生誤差,吸收瓶的後半部(氣體出口端)通常會再鋪設一層過氯酸鎂(Magnesium perchlorate)作為乾燥劑,以留住反應生成的水分。

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