地特四等申論題
110年
[環境檢驗] 儀器分析概要
第 一 題
📖 題組:
近年來,部分不肖業者,先深挖所承租之農地來販賣其土石,再以中鋼廢爐渣等回填鋪平表土,且在回填過程中,可能又混入其他有毒廢棄物,以致回填後的農地,不僅損害農作物,且污染地下水,造成鄰近池水生物死亡,並導致空氣中瀰漫刺鼻惡味,嚴重危害農民健康。滲流水的酸鹼性可利用電位分析法檢測出。 (一)繪出電位分析法之電位測定裝置的示意圖(示意圖之各組成必須清楚標示)。(4 分) (二)電位分析法是否須要外加電位至其測定裝置內?試解釋之。(2 分) (三)玻璃薄膜電極可以用為電位測定裝置中的指示電極,稱為 pH 電極,來檢測滲流水之酸鹼性。試繪出 pH 電極的結構示意圖(示意圖之各組成必須清楚標示),並說明之。(5 分) (四)以 pH 電極檢測滲流水之酸鹼性時,必須先如何進行校正?(4 分) (五)民眾可以自行購買萬用試紙,檢測滲流水的酸鹼性。若萬用試紙與 pH電極的檢測結果不同,試列舉四個可能的誤差來源。(4 分)
近年來,部分不肖業者,先深挖所承租之農地來販賣其土石,再以中鋼廢爐渣等回填鋪平表土,且在回填過程中,可能又混入其他有毒廢棄物,以致回填後的農地,不僅損害農作物,且污染地下水,造成鄰近池水生物死亡,並導致空氣中瀰漫刺鼻惡味,嚴重危害農民健康。滲流水的酸鹼性可利用電位分析法檢測出。 (一)繪出電位分析法之電位測定裝置的示意圖(示意圖之各組成必須清楚標示)。(4 分) (二)電位分析法是否須要外加電位至其測定裝置內?試解釋之。(2 分) (三)玻璃薄膜電極可以用為電位測定裝置中的指示電極,稱為 pH 電極,來檢測滲流水之酸鹼性。試繪出 pH 電極的結構示意圖(示意圖之各組成必須清楚標示),並說明之。(5 分) (四)以 pH 電極檢測滲流水之酸鹼性時,必須先如何進行校正?(4 分) (五)民眾可以自行購買萬用試紙,檢測滲流水的酸鹼性。若萬用試紙與 pH電極的檢測結果不同,試列舉四個可能的誤差來源。(4 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題
小題 (一)
繪出電位分析法之電位測定裝置的示意圖(示意圖之各組成必須清楚標示)。(4 分)
思路引導 VIP
作答時應在腦中建構電位分析法的基本電化學電池模型。核心組件包含測量電壓的「高阻抗電位計」、提供穩定基準的「參考電極」、對待測物有響應的「指示電極」,以及盛裝樣品的「待測溶液」槽,繪圖時務必將這四個元件完整標示並連成迴路。
小題 (二)
電位分析法是否須要外加電位至其測定裝置內?試解釋之。(2 分)
思路引導 VIP
看到「電位分析法」,首先聯想其基本定義:在零電流或微小電流下測量電化學電池的電位。因為它是利用伽凡尼電池(自發反應)的原理來量測系統本身的電動勢,所以不需要外加電源驅動,這點與伏安法(需外加電壓驅動電解)截然不同。
小題 (三)
玻璃薄膜電極可以用為電位測定裝置中的指示電極,稱為 pH 電極,來檢測滲流水之酸鹼性。試繪出 pH 電極的結構示意圖(示意圖之各組成必須清楚標示),並說明之。(5 分)
思路引導 VIP
面對此題,應將 pH 玻璃電極的構造『由內而外』拆解,核心概念是『內部參考電極+已知濃度的內部溶液+感測薄膜』。作答時必須清晰標示出導線、內部參考電極(通常為 Ag/AgCl)、內部溶液(如 0.1 M HCl)及對 H⁺ 敏感的玻璃薄膜,並逐一條列說明其功能與運作原理。
小題 (四)
以 pH 電極檢測滲流水之酸鹼性時,必須先如何進行校正?(4 分)
思路引導 VIP
考生看到此題應立刻聯想到玻璃電極反應遵循 Nernst 方程式,實際測量時會有『不對稱電位』與『斜率偏差』,因此必須使用已知 pH 值的『標準緩衝溶液』進行校正。答題時應具體寫出『清洗』、『零點/截距校正(pH 7)』與『斜率校正(pH 4 或 10)』的操作步驟。
小題 (五)
民眾可以自行購買萬用試紙,檢測滲流水的酸鹼性。若萬用試紙與 pH電極的檢測結果不同,試列舉四個可能的誤差來源。(4 分)
思路引導 VIP
看到本題,應直覺聯想到「比色法(萬用試紙)」與「電位分析法(pH玻璃電極)」兩者在測量原理上的根本差異。答題時可從「樣品特性(顏色/濁度)」、「人為判讀(主觀 vs 客觀儀器)」、「環境變數(溫度補償)」以及「儀器限制(校正狀態、鹼誤差/酸誤差)」等四個層面進行條列式比較分析,展現對分析化學原理的全面理解。