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普考申論題 111年 [環境檢驗] 儀器分析概要

第 一 題

📖 題組:
四、請回答下列有關 X 射線螢光分析(XRF)的問題:
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

為何 X 射線螢光發射線的列表,只從鋰(Li)原子開始?(10 分)

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這是一題測試對 X 射線螢光分析(XRF)發光原理基本認識的題目。思考路徑如下:

  1. 回想 XRF 產生螢光的原理:高能入射線(如X射線)將原子的內層電子(通常是 K 層)擊出,造成空缺。接著,外層較高能階的電子(如 L 或 M 層)躍遷下來填補這個空缺,釋放出的能量差即為「特徵 X 射線(螢光)」。
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【考點分析】 本題考查 X 射線螢光(XRF)的產生機制與原子電子能階結構的關聯性,測驗考生是否理解產生特徵 X 射線所需的先決條件。 【理論/法規依據】

小題 (二)

為測量元素的發射電磁輻射能量小於 3 keV(3000 電子伏特)時,都必須將空氣從儀器中驅趕出來,而以氦氣(He)取代,原因何在?(15 分)

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這題探討 XRF 儀器在分析「輕元素」時的光路設計(氣氛控制)。

  1. 釐清條件:輻射能量 < 3 keV。根據 E = hc/λ,能量低代表波長較長(長波長 X 射線)。通常對應於原子序較輕的元素(如鈉、鎂、鋁等)發出的特徵射線。
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【考點分析】 本題考查 X 射線分析技術中,低能 X 射線(長波長 X 射線)的吸收衰減特性,以及儀器設計中樣品室氣氛控制(真空或氦氣吹掃)的目的與應用。 【理論/法規依據】

小題 (三)

電子捕捉偵檢器(Electron Capture Detector, ECD)(5 分)

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看到「電子捕捉偵檢器(ECD)」,首先要聯想其核心機制:「放射性同位素(如鎳-63)放出β射線」與「分析物捕捉電子導致背景電流下降」。接著,在適用範圍部分,務必點出它對「高電負度/高電子親和力物質(如鹵素、硝基化合物)」具備極高的選擇性與靈敏度,並舉出農藥殘留分析等實例。

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【破題】電子捕捉偵檢器(ECD)為氣相層析中具備高選擇性與極高靈敏度之偵檢器,主要用於微量電負性物質之分析。 【論述】 一、 作用原理:

小題 (四)

熱游離偵檢器(Thermionic Detector, TID)(5 分)

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看到熱游離偵檢器(TID),應立刻聯想到其另一個更常見的名稱——氮磷偵檢器(NPD)。解題時先以FID為基礎,說明TID是在其構造上增加「鹼金屬鹽珠」,進而解釋含氮或磷化合物在此環境下產生熱游離的化學機制,最後點出其在農藥與藥物分析上的高選擇性應用。

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【破題】 熱游離偵檢器(Thermionic Detector, TID),實務上常稱為氮磷偵檢器(Nitrogen-Phosphorus Detector, NPD),為一種建構於火焰游離偵檢器(FID)基礎之上,對含氮或磷化合物具有高度選擇性與靈敏度的偵檢器。 【論述】

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