高考申論題
112年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
二、進行環境樣品或材料重金屬之檢驗分析時，一般多利用酸消化方式，在添加硝酸的加熱環境中，將重金屬由固體樣品中的基質中溶出。雖然大部分樣品在使用適當之消化條件下，可被完全消化分解，但當樣品含有氧化矽（SiO2）、二氧化鈦（TiO2）或氧化鋁（Al2O3）等固體成分或複雜有機物時，部分重金屬元素可能會被包覆在難分解物中，而無法完全溶出。此基質干擾問題可藉由添加不同種類的酸萃取液加以克服，請問：
二、進行環境樣品或材料重金屬之檢驗分析時，一般多利用酸消化方式，在添加硝酸的加熱環境中，將重金屬由固體樣品中的基質中溶出。雖然大部分樣品在使用適當之消化條件下，可被完全消化分解，但當樣品含有氧化矽（SiO2）、二氧化鈦（TiO2）或氧化鋁（Al2O3）等固體成分或複雜有機物時，部分重金屬元素可能會被包覆在難分解物中，而無法完全溶出。此基質干擾問題可藉由添加不同種類的酸萃取液加以克服，請問：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
當固體樣品中含有二氧化鈦（TiO2）固體顆粒時，需改用何種酸萃取液來降低基質干擾，原因為何？（10分）
思路引導 VIP
看到難溶性金屬氧化物（如二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁）造成的基質包覆干擾，應直覺聯想到「氫氟酸（HF）」。解題時需切入其化學機制：說明氟離子（F⁻）為強配基，對高價金屬（如 Ti⁴⁺）具備極強的錯合能力，藉由破壞礦物晶格使基質溶解，進而釋放內部重金屬。
小題 (二)
當分析樣品中含有腐植質（Humic substance）時，如何克服基質干擾問題？（5分）
思路引導 VIP
看到「腐植質（複雜有機物）」，應立刻聯想到其結構穩定且易與重金屬形成強烈錯合物，單靠硝酸無法完全分解。解題關鍵在於提出需添加具「強氧化力」或「高沸點」的輔助消化試劑（如過氧化氫、過氯酸、硫酸），以徹底破壞有機基質並釋放重金屬。
小題 (三)
系列萃取（Sequential extraction）為另一種有效的萃取方法來瞭解重金屬在固體樣品的物種，此包括離子交換物種、表面吸附物種、沉澱物種、有機錯合型物種及晶相物種等。請問如何使用酸萃取液進行系列萃取，來分析固體樣品中各種不同類型的重金屬含量？（10分）
思路引導 VIP
看到「系列萃取（Sequential extraction）」與固體樣品中五種重金屬物種，應直覺聯想環境化學經典的「Tessier 五階段萃取法」或「BCR 法」。解題關鍵在於依序寫出『由弱到強』的萃取劑（包含中性鹽、弱酸、還原劑+弱酸、氧化劑+強酸、含氫氟酸之強混酸），並精準對應題目所列之五大物種，說明其反應原理與操作條件。