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調查局三等申論題 109年 [化學鑑識組] 分析化學

第 一 題

📖 題組:
請試述下列名詞之意涵:(每小題5分,共15分) (一)不準度的擴張(Propagation of Uncertainty) (二)偵測極限(Limits of Detection) (三)離子強度(Ionic Strength)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

不準度的擴張(Propagation of Uncertainty)

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看到「不準度的擴張」,應聯想到多個帶有誤差的測量值在進行數學運算時,誤差如何累積至最終結果的過程。答題時除了精確文字定義外,務必列出加減法(絕對不準度)與乘除法(相對不準度)的擴張公式,以展現分析化學的專業度。

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「不準度的擴張」(Propagation of Uncertainty,或稱誤差傳遞),是指當最終分析結果是由兩個或多個帶有隨機不準度(誤差)的實驗測量值,經由數學運算求得時,各獨立測量值的不準度相互傳遞並累積至最終結果的過程。 其計算原則取決於數學運算的類型,若設結果 y 由獨立變數 a, b, c 運算而得,且各變數之絕對不準度分別為 e_a, e_b, e_c: (1) 加減法(如 y = a + b - c):最終結果的「絕對不準度」為各變數絕對不準度的平方和之平方根,公式為:e_y = $\sqrt{e_a^2 + e_b^2 + e_c^2}$。

小題 (二)

偵測極限(Limits of Detection)

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看到「偵測極限」,應立即聯想其統計學定義,即「能與空白訊號顯著區別的最低濃度」。答題時務必寫出 IUPAC 建議的計算公式(空白平均值加上3倍標準差),並順帶提及與「定量極限(LOQ)」的差異(10倍標準差),以展現觀念的完整性與專業度。

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「偵測極限(Limits of Detection, LOD)」指在特定的分析方法與條件下,能以合理的統計信心水準,將待測物的訊號與空白(Blank)背景訊號確實區分開來的「最低待測物濃度或質量」。 特徵與數學定義包含: (1) 訊號偵測極限:計算公式為 $S_{LOD} = \bar{S}{blank} + 3s{blank}$。其中 $\bar{S}{blank}$ 為多次空白測試訊號的平均值,$s{blank}$ 為空白訊號的標準差,係數 3 代表在常態分佈下約具 99.7% 的信心水準。

小題 (三)

離子強度(Ionic Strength)

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作答此題務必給出精確定義,並明確列出數學公式(I = 1/2 Σ c_i z_i²)與變數意義以獲取基本分。進階的高分關鍵在於連結分析化學實務,說明離子強度如何透過 Debye-Hückel 理論影響活性係數,進而改變滴定環境中的化學平衡(如溶解度或酸鹼解離)。

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「離子強度(Ionic Strength)」係指溶液中所有存在離子所構成之整體電場環境的測度,用以評估溶液中離子間靜電交互作用的強弱程度。 其數學定義式為:I = 1/2 Σ (c_i × z_i²)。 其中,I 為離子強度,c_i 為溶液中第 i 種離子的莫耳濃度(mol/L),z_i 為該離子所帶的電荷數。

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