調查局三等申論題
108年
[化學鑑識組] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
請回答下列有關高效能液相層析術（High-Performance Liquid Chromatography, HPLC）的問題： (一)為何在逆相層析術中（reversed-phase chromatography），當溶劑的極性減小時，流動相的強度（strength）會增加？而在正相層析術中（normal-phase chromatography），卻是當溶劑的極性增加時，流動相的強度才會增加？（10 分） (二)在超臨界流體層析術中（supercritical fluid chromatography, SFC），是使用何種梯度（gradient）？（5 分） (三)為何在 HPLC 中需使用高壓？（5 分） (四)對一給定的管柱長度，為何較小的顆粒會有較高的板數（plate number）？（5 分）
請回答下列有關高效能液相層析術（High-Performance Liquid Chromatography, HPLC）的問題： (一)為何在逆相層析術中（reversed-phase chromatography），當溶劑的極性減小時，流動相的強度（strength）會增加？而在正相層析術中（normal-phase chromatography），卻是當溶劑的極性增加時，流動相的強度才會增加？（10 分） (二)在超臨界流體層析術中（supercritical fluid chromatography, SFC），是使用何種梯度（gradient）？（5 分） (三)為何在 HPLC 中需使用高壓？（5 分） (四)對一給定的管柱長度，為何較小的顆粒會有較高的板數（plate number）？（5 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
為何在逆相層析術中（reversed-phase chromatography），當溶劑的極性減小時，流動相的強度（strength）會增加？而在正相層析術中（normal-phase chromatography），卻是當溶劑的極性增加時，流動相的強度才會增加？（10 分）
思路引導 VIP
作答此題需扣緊「相似相溶」原理與「競爭性交互作用」。先分別界定正相與逆相層析中「固定相」的極性特性，接著說明「流動相強度（洗提力）」的本質是流動相與固定相競爭分析物的能力，最後依此推導極性變化對洗提強度的影響。
小題 (二)
在超臨界流體層析術中（supercritical fluid chromatography, SFC），是使用何種梯度（gradient）？（5 分）
思路引導 VIP
看到 SFC（超臨界流體層析），應聯想到超臨界流體的物理特性（如密度、溶解能力）受「壓力」與「溫度」影響極大。對比 HPLC 改變溶劑比例、GC 改變溫度，SFC 最核心的梯度控制是改變壓力，或是改變添加在 CO2 中的極性修飾劑濃度。
小題 (三)
為何在 HPLC 中需使用高壓？（5 分）
思路引導 VIP
看到此題，應先聯想 HPLC 中 'High-Performance' 的來源：為了提高分離效能，管柱必須填充粒徑極小（數微米）的固定相顆粒。接著運用流體力學概念，小顆粒會造成極大的流體阻力（壓力降與粒徑平方成反比），故必須施加高壓才能讓液體流動相以合理速度通過管柱。
小題 (四)
對一給定的管柱長度，為何較小的顆粒會有較高的板數（plate number）？（5 分）
思路引導 VIP
看到「顆粒大小」與「板數（或板高）」的關係，務必立刻聯想到層析核心理論：范底姆特方程式（van Deemter equation）。透過分析顆粒直徑（dp）對渦流擴散（A項）與質量傳送阻力（C項）的影響，推導出理論板高（H）的變化，進而證明板數（N）的提升。