地特三等申論題
110年
[環境檢驗] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
六、前年4月,某芳香烴廠發生氣爆火警事故。當時新聞報導,行政院環境保護署在事故現場以光離子偵測器(PID)檢測,總揮發性有機物氣體濃度(TVOCs)為1.4~2.6ppm,以紅外線光譜儀檢測,未測出異常化學物質。行政院環境保護署確認該廠運作列管之毒性化學物質(苯及1,2-二氯乙烷)未洩漏。
六、前年4月,某芳香烴廠發生氣爆火警事故。當時新聞報導,行政院環境保護署在事故現場以光離子偵測器(PID)檢測,總揮發性有機物氣體濃度(TVOCs)為1.4~2.6ppm,以紅外線光譜儀檢測,未測出異常化學物質。行政院環境保護署確認該廠運作列管之毒性化學物質(苯及1,2-二氯乙烷)未洩漏。
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
光離子偵測器(PID)常用為氣相層析法的偵測系統。以至少40字,敘述 PID 的工作原理。(4分)
思路引導 VIP
看到「光離子偵測器(PID)」，應直覺聯結「紫外光子能量」與分子「游離電位(IP)」的物理化學交互作用。解題時需依序點出：紫外光源激發、分子光游離產生電子與正離子（微觀機制），以及電場收集帶電粒子形成電流（宏觀訊號）的完整轉換邏輯。
小題 (二)
(1)配合示意圖(須清楚標示圖示組成)輔助,以至少60字,敘述紅外線光譜術的原理。(2)PID 是否可以做為紅外線光譜術的偵測器?解釋之。(3)另外列舉一個紅外線光譜術的偵測器,並以至少20字,敘述其工作原理。(4)寫出 1,2-二氯乙烷之任何一個紅外線光譜術的吸收峰在其圖譜中應該出現的波數範圍,並說明該吸收峰與此化合物的那一個官能基的那一種活性機制有關。(9分)
思路引導 VIP
本題測驗核心在於電磁波頻譜能量與物質作用之微觀機制的對應關係。解題時應先從光子能量出發，區分紅外線（引發分子振動能階躍遷，需偶極矩變化）與紫外光（PID原理，能量足以使分子游離）之本質差異；接著針對1,2-二氯乙烷的分子結構，聯想其特定官能基（如 C-Cl 鍵或 sp3 C-H 鍵）的振動模式與對應的波數範圍。
小題 (三)
對上述紅外線光譜儀和光離子偵測器之檢測結果的差異,提出解釋。(2分)
思路引導 VIP
看到不同儀器對同一低濃度樣本（1.4~2.6 ppm）產生「一有數值、一未檢出」的結果，應直覺聯想儀器的「偵測極限 (LOD)」與「靈敏度」差異。接著對比 PID（游離電流機制，靈敏度極高）與 IR（分子偶極矩變化吸收，定性佳但靈敏度相對低）的偵測特性即可破題。
小題 (四)
上述報導亦提及,在事件現場,火焰離子偵測器(FID)所檢測之總碳氫化合物(THC)濃度為0.5ppm,而消防廢水之pH值為7。依上述所有資訊,是否同意行政院環境保護署所稱「該廠運作列管之毒性化學物質(苯及1,2-二氯乙烷)未洩漏」?解釋之。(2分)
思路引導 VIP
本題解題關鍵在於交叉比對不同儀器的偵測特性與待測物的物理化學性質。首先，對比PID與FID對水氣的干擾敏感度，以解釋為何兩者數據有落差並排除苯的洩漏；其次，利用含氯有機物高溫分解產生酸性氣體（HCl）的化學特性，結合消防廢水pH值為中性的線索，來排除1,2-二氯乙烷的洩漏。