高考申論題
109年
[環境檢驗] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
請回答下列有關原子光譜術（atomic spectroscopy）的問題： 在牙齒與骨骼的微量金屬，可透露出1991年所發現的5300年前的冰人奧茨（一具因冰封而保存完好的天然木乃伊），其在孩童及成年時期的飲食與環境資訊。在牙齒與骨骼的無機礦物基質（matrix）是氫氧基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2。在利用鐳射剝蝕測量（laser ablation measurements）的冰人奧茨考古研究上，與基材吻合的材料為測量校正之所需。石墨爐原子吸收（graphite furnace atomic absorption, GF-AA）與感應耦合電漿質譜術（inductively coupled plasma-mass spectrometry, ICP-MS）曾被用來測量在標準參考骨骼中的鎂金屬含量。
請回答下列有關原子光譜術（atomic spectroscopy）的問題： 在牙齒與骨骼的微量金屬，可透露出1991年所發現的5300年前的冰人奧茨（一具因冰封而保存完好的天然木乃伊），其在孩童及成年時期的飲食與環境資訊。在牙齒與骨骼的無機礦物基質（matrix）是氫氧基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2。在利用鐳射剝蝕測量（laser ablation measurements）的冰人奧茨考古研究上，與基材吻合的材料為測量校正之所需。石墨爐原子吸收（graphite furnace atomic absorption, GF-AA）與感應耦合電漿質譜術（inductively coupled plasma-mass spectrometry, ICP-MS）曾被用來測量在標準參考骨骼中的鎂金屬含量。
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
解釋為何硝酸鎂（Mg(NO3)2）添加在骨骼樣品中，能在石墨爐原子吸收術分析錳（Mn）金屬時，抑制基材干擾。（9分）
思路引導 VIP
本題測驗石墨爐原子吸收光譜（GF-AAS）中「基質修飾劑（Matrix Modifier）」的原理。作答時應先點出骨骼基質（磷酸鹽）造成的熱揮發干擾，接著說明硝酸鎂如何藉由化學反應提高待測物或基質的熱穩定性，從而允許使用更高的灰化溫度來排除干擾。
小題 (二)
解釋為何添加三價的鑭離子La3+在骨骼樣品中，能在石墨爐原子吸收術的替代測量中，分析錳（Mn）金屬。（8分）
思路引導 VIP
看到骨骼基質中含有大量磷酸根（PO4 3-），以及在原子吸收光譜中添加特定金屬離子（La3+），應直覺聯想到「化學干擾」的消除。解題關鍵在於說明磷酸根會與待測物形成難熔化合物，而 La3+ 作為「釋放劑」，透過競爭結合機制保護待測物順利原子化。
小題 (三)
解釋為何添加氨（NH3）在動態反應槽中（dynamic reaction cell），能在感應耦合電漿質譜術（ICP-MS）的測量中，抑制干擾。（8分）
思路引導 VIP
考生看到這題應立刻聯想到 ICP-MS 分析中棘手的「多原子離子干擾（Polyatomic interference）」，並將動態反應槽（DRC）視為一個微型氣相化學反應器。答題需從物理化學角度出發，解釋氨氣如何透過「熱力學選擇性反應（如電荷轉移、加合物形成）」改變干擾物的質荷比或使其電中性化，再配合儀器電場物理篩選，達到消除干擾的目的。