高考申論題
107年
[環境檢驗] 儀器分析
第 二 題
📖 題組:
骨骼是由蛋白質膠原及無機氫氧基磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2所組成。由石墨爐原子吸收光譜術(graphite furnace atomic absorption spectroscopy,GF-AAS)所測量出的考古人類骨骼中的鉛含量,可透露出遠古時期人類的習俗與其經濟狀況。
骨骼是由蛋白質膠原及無機氫氧基磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2所組成。由石墨爐原子吸收光譜術(graphite furnace atomic absorption spectroscopy,GF-AAS)所測量出的考古人類骨骼中的鉛含量,可透露出遠古時期人類的習俗與其經濟狀況。
📝 此題為申論題,共 3 小題
小題 (二)
試問 GF-AAS 實驗中的溫度對時間之變化歷程(temperature profile)為何?試解釋各不同加熱階段的目的。(10 分)
思路引導 VIP
看到 GF-AAS(石墨爐原子吸收光譜術),應立刻聯想到其核心機制為『電熱式原子化』,必須依賴階梯式的溫度程式(Temperature Program)來處理樣品。作答時需按時間順序精確列出四大階段:乾燥、灰化(熱解)、原子化與清除,並從物理化學的角度(如溶劑蒸發、有機物熱分解、鍵結斷裂與基態原子形成)詳細解釋各階段的溫度設定原則與目的。
小題 (一)
試解釋為何在以 GF-AAS 分析骨骼樣品中的鉛元素時,可添加三價的鑭離子 La+3,以抑制基材干擾(matrix interference)?(5 分)
思路引導 VIP
面對 AAS 的干擾問題,考生應先拆解『骨骼基材』的成分特性(富含磷酸鹽),並聯想『化學干擾』的發生機制。接著帶入化學平衡與競爭反應的觀念,將 La³⁺ 定位為『釋放劑』,說明其如何透過更強的化學親和力搶奪干擾陰離子,從而提升待測物鉛的原子化效率。
小題 (三)
配有 Zeeman 裝置(Zeeman device)的 GF-AAS 儀器,其目的在於背景校正。試以示意圖說明如何利用 Zeeman effect 校正背景吸收?(10 分)
思路引導 VIP
看到「Zeeman效應背景校正」,應立刻聯想到其物理本質:外加磁場導致原子能階分裂(分裂為具偏極性的 π 與 σ 分量)。解題時須對比「目標原子吸收(會受磁場分裂與偏極片影響)」與「寬頻背景吸收(不受磁場影響)」,並清楚說明儀器如何利用旋轉偏極片交替測量「總吸收」與「背景吸收」進行相減。