高考申論題
107年
[衛生檢驗] 分析化學(包括儀器分析)
第 四 題
📖 題組：
紅外光吸收光譜儀（IR absorption spectrometer）可用來觀察分子的振動情形。
紅外光吸收光譜儀（IR absorption spectrometer）可用來觀察分子的振動情形。
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (四)
請說明邁克森干涉儀所獲得的干涉圖和紅外光光譜圖有何不同。（6 分）
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看到本題，應立刻聯想到傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）的運作原理。解題關鍵在於對比兩者的「座標軸物理意義（X軸與Y軸）」以及「訊號域（時域/光程差域 vs. 頻域）」的差異，最後務必點出兩者需透過「傅立葉轉換」來連結。
小題 (一)
理論上，二氧化硫分子在紅外光光譜圖中會有幾個訊號？（3 分）
思路引導 VIP
看到這題，首先聯想到計算分子振動自由度的公式（線性分子3N-5，非線性分子3N-6）。接著判斷二氧化硫（SO₂）的分子構型與原子數，代入公式求出基本振動模式數量，最後確認這些振動是否皆會引起偶極矩改變而具備紅外線活性（IR active）。
小題 (二)
製備固體粉末樣品常用的方法為壓片法（pelleting）和糊狀法（Mulls），請說明這兩種樣品的製備步驟。（8 分）
思路引導 VIP
看到此題應先聯想 IR 固體樣品製備的核心目的：「減少光散射（粒徑須小於紅外光波長）」並「避免基質在測量區間有強吸收」。壓片法應強調 KBr 基質的比例、研磨與高壓真空壓製的步驟；糊狀法則需點出研磨劑（如 Nujol）的作用及夾於鹽片間的操作細節。
小題 (三)
在傅立葉轉換紅外光光譜儀（FT-IR）中，使用邁克森干涉儀（Michelson interferometer），請畫出邁克森干涉儀的裝置圖，並標示組件名稱。（8 分）
思路引導 VIP
看到邁克森干涉儀，首先回想其核心目的是讓光束產生光程差以形成干涉圖（Interferogram）。畫圖時必須精確標出四大核心組件的相對位置：光源、分光鏡（呈45度）、固定面鏡與移動面鏡，以及光線合併後經過樣品抵達偵測器的路徑與光束方向箭頭。
干涉圖與紅外光譜差異
💡 透過傅立葉轉換將時域干涉訊號轉為頻域吸收光譜。
| 比較維度 | 干涉圖 (Interferogram) | VS | 紅外光譜圖 (IR Spectrum) |
|---|---|---|---|
| 所屬域別 | 時域 / 光程差域 | — | 頻域 (Frequency domain) |
| 橫座標 (X軸) | 光程差 (δ) 或時間 | — | 波數 (cm⁻¹) 或頻率 |
| 縱座標 (Y軸) | 總輻射光強度 | — | 吸光度 (A) / 透射率 (%T) |
| 物理特徵 | 複合型原始數據 | — | 分子振動特徵圖譜 |
💬干涉圖為儀器測得之原始時域訊號，經傅立葉轉換後方成可供定性分析之頻域光譜。
