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普考申論題 110年 [環境檢驗] 儀器分析概要

第 一 題

📖 題組:
小銘與大雄分別使用分子質譜儀對同一分析物進行分析,卻得到了不同的質譜圖,相互討論的結果,發現他們選擇了不同的離子源(ion source)。
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

請由離子源能量的觀點,說明不同能量的離子源如何產生不同的質譜圖。(10 分)

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質譜圖的樣子(碎裂程度)取決於離子化時給予分子的能量。這涉及「硬離子化」與「軟離子化」的對比。高能量導致斷鍵多,低能量則保留分子離子。

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【考點分析】 質譜離子源的分類(Hard vs. Soft Ionization)及其對分子碎裂的影響。 【理論/法規依據】

小題 (二)

請說明氣相層析串聯質譜儀的工作原理。(10 分)

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串聯質譜(MS/MS)通常是為了提高選擇性與靈敏度。核心概念是:第一級選取(Precursor ion)、第二級碰撞碎裂(Collision-induced dissociation, CID)、第三級分析(Product ions)。

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【考點分析】 GC-MS/MS(串聯質譜)的結構與運作機制(多重反應監測 MRM)。 【理論/法規依據】

小題 (三)

請說明小銘與大雄所得到的質譜圖,其基峰(base peak)的質荷比(mass-to-charge ratio, m/z)不同,原因為何?(5 分)

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基峰是質譜圖中強度最強(100%)的峰。不同的離子源能量不同,會導致分子最容易發生斷裂的位置或離子化產物不同。如果是軟離子化,基峰可能是分子離子;如果是硬離子化,基峰通常是某個最穩定的碎片離子。

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【考點分析】 基峰(Base Peak)的定義與影響因素。 【理論/法規依據】

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)

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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。

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【破題】以 pH 電極檢測水樣前,必須使用已知 pH 值的「標準緩衝溶液(Standard buffer solutions)」進行兩點或三點校正,以修正電極的「不對稱電位(截距)」與「實際響應斜率」,確保測量準確度。 【論述】 具體校正程序應依下列步驟進行:

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)

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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。

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【破題】 萬用試紙(比色法)與 pH 電極(電位測量法)的基本原理不同。面對真實環境中成分複雜的滲流水,兩者的測量結果常因環境變數與儀器特性而產生偏差。 【論述】

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