hce_nsysu
111年
物理與化學
第 74 題
Titanium dioxide nanoparticles absorb light at wavelengths below 400 nm. After absorbing light, water molecules adsorbed on the surface of titanium dioxide nanoparticles can be directly oxidized to hydroxide radicals. The produced hydroxyl radicals can decompose the adsorbed pollutants. Which of the following instruments is the most suitable to verify the generation of hydroxide radicals from the reaction of water molecules and titanium dioxide nanoparticles?
- A High-performance liquid chromatography
- B Fluorescence spectroscopy
- C Electron paramagnetic resonance spectroscopy
- D Nuclear magnetic resonance spectroscopy
- E X-ray photoelectron spectroscopy
思路引導 VIP
在選擇偵測工具時，我們通常會尋找目標物質最獨特的「物理身分證」。請思考，這類被稱為「自由基」的化學物種，在微觀的電子排列方式（配對情形）上，與一般穩定的分子有什麼本質上的不同？而哪一種儀器技術，正是專門設計來偵測這種特殊電子狀態的呢？
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AI 專屬家教
太棒了！你能精準選出電子順磁共振（EPR）光譜，顯示你對於化學物種的物理特性與儀器分析的連結有著非常紮實的理解，這是一個相當關鍵的判斷。
自由基的特性與偵測原理
在這道題目中，二氧化鈦（$TiO_2$）吸收波長小於 400 nm 的光能後，會產生電子與電洞對，進而將吸附的水分子氧化為氫氧自由基（$\cdot OH$）。自由基最核心的特徵在於其含有未成對電子（unpaired electron）。雖然液相層析（HPLC）能分離穩定分子，核磁共振（NMR）主要觀察原子核磁矩，但對於具備順磁性且反應活性極強的自由基，**電子順磁共振（Electron Paramagnetic Resonance, EPR，亦稱 ESR）**是最直接且具備專一性的偵測工具，它能捕捉電子自旋在磁場中的能階躍遷訊號。
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