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moea_joint_essay 107年 [化學] 分析化學、儀器分析

第 二 題

📖 題組:
請回答下列有關電化學及光譜學的問題:(每小題 3 分,共 15 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (二)

請說明標準電極電位?

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定義標準狀態條件,並提到與標準氫電極的相對電位比較。

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標準電極電位(standard electrode potential,E°)是指在標準狀態下(溫度通常為298 K,壓力1 atm,所有參與反應的溶質活度或濃度皆為1 M)時,該半電池反應相對於「標準氫電極」(Standard Hydrogen Electrode, SHE,人為規定其電位恆為 0.00 V)所測得的還原電位。數值越大表示該物質的還原力(得電子能力)越強。

小題 (一)

請說明鹽橋的功用?

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說明鹽橋在電化學電池中維持電荷平衡並閉合迴路的作用。

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鹽橋(salt bridge)的主要功用有兩點:

  1. 閉合電路:連接兩個半電池,讓離子得以移動,形成完整的電流迴路。
  2. 維持電荷平衡:提供惰性陰陽離子(如K+、NO3-)進入兩側半電池,中和氧化還原反應產生的多餘電荷,避免極化現象阻礙反應進行,並防止兩端溶液直接混合。

小題 (三)

請說明光電倍增管(photomultiplier tube,PMT)之功用?

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指出PMT將光信號轉為電信號並透過倍增極(dynodes)放大微弱信號的能力。

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光電倍增管(PMT)主要用於將微弱的光信號轉換為電信號並加以大幅放大。其運作原理是光子撞擊光電陰極釋放初級電子後,這些電子在真空中受電場加速,連續撞擊一系列倍增極(dynodes),每次撞擊均產生多個二次電子。最終電子流呈指數倍增並由陽極收集,使極微弱的光(甚至單光子)能產生足夠大的可測量電流,是靈敏度極高的光偵測器。

小題 (四)

何謂磷光?

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解釋發光機制,重點在於電子自旋狀態的改變(自激發三重態躍遷回基態單重態)。

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磷光(phosphorescence)是一種發光現象。當分子吸收能量後,其電子躍遷至激發單重態(excited singlet state),接著經過「系統間跨越」(intersystem crossing)轉變至自旋平行的激發三重態(excited triplet state)。由於從三重態回到基態單重態涉及自旋禁制躍遷(spin-forbidden transition),其發光速率非常緩慢。因此,即使移除激發光源,磷光物質仍可持續發光一段時間,發光壽命通常較長(約10^-4至數秒以上)。

小題 (五)

何謂史托克斯位移(stokes shift)?

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說明發射光波長大於吸收光波長(能量損失)的現象。

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史托克斯位移(Stokes shift)是指螢光或磷光物質的「發射光譜」最大波長,會大於其「吸收(激發)光譜」最大波長的現象。這主要是因為分子吸收光子達到較高振動能階後,會先透過非輻射衰變(如振動弛豫)快速失去部分能量降至激發態的最低振動能階,然後才以發光形式回到基態,導致發射出的光子能量較低,波長較長。

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