高考申論題
110年
[環境檢驗] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
五、回答以下有關質譜分析法的問題:
五、回答以下有關質譜分析法的問題:
📝 此題為申論題，共 5 小題
小題 (一)
質譜儀主要由六項組件所構成。除了注入系統、真空系統、離子源和訊號處理器與輸出裝置外,試寫出其餘兩項中的一項,並敘述(以30至60字)該項組件如何達成其主要功能。(2分)
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考生應先回想質譜儀的標準方塊圖，比對題目已知條件，找出缺漏的組件為「質量分析器」與「偵測器」。作答時只需擇一，並從物理化學原理（如電磁場作用或光電/電子訊號轉換）精煉描述其核心功能，嚴格控制在 30 至 60 字以內。
小題 (二)
(1)解釋為何質譜儀需要是一個高度真空系統。(2)一般質譜儀運作的大略真空範圍(torr)為何?(3)質譜儀六項主要組件中,那些需要維持在真空系統中操作?(5分)
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考生看到此題應立刻聯想到氣動力學中的「平均自由徑（mean free path）」概念。解題時，先從微觀的離子與背景氣體碰撞效應出發，解釋其對宏觀質譜訊號（解析度、感度）的負面影響；接著背出標準高真空數值範圍；最後梳理質譜儀構造，鎖定「離子飛行路徑」上的元件作為必須處於真空的組件。
小題 (三)
質譜法可用於分析固體。(1)寫出兩種將固體樣品轉換成氣態粒子的方式(除了快速原子撞擊法之外)。(2)各以約30至60字敘述這兩種方式如何達成轉換。(4分)
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面對固體樣品的質譜分析，應立刻聯想「脫附游離（Desorption Ionization）」技術群。除了題目排除的FAB外，最具代表性且常考的方法為利用光子能量的基質輔助雷射脫附游離法（MALDI），以及利用高能離子撞擊的二次離子質譜法（SIMS）。答題時需精準點出能量傳遞的物理機制與氣化/游離的化學過程，並嚴格控制字數。
小題 (四)
繪出快速原子撞擊法之離子源的構造圖(須清楚標示組成結構),並利用該圖,說明快速原子撞擊法的運作。(4分)
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看到快速原子撞擊法 (FAB)，應立即聯想其為一種『軟游離 (Soft Ionization)』技術，核心關鍵字為『高能中性原子 (Xe/Ar)』與『液態基質 (Matrix, 如甘油)』。解題時需先勾勒出三大硬體結構（原子槍、樣品探針靶、離子透鏡），再依序以物理化學角度解釋動能轉移、基質作用與二次離子產生的微觀機制。
小題 (五)
列舉質譜法的四項優點與四項限制。(4分)
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作答此題應從質譜法的核心原理出發：將分子氣化、離子化後依質荷比(m/z)分離。優點可由「訊號鑑別力（靈敏度、精確質量）」與「分子微觀特徵（碎片結構、同位素）」著手；限制則須思考「離子化過程的干擾（基質效應）」、「儀器物理條件（真空要求、破壞性）」與「分子對稱性（異構物區分）」等面向。