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高考申論題 112年 [化學工程] 儀器分析

第 一 題

📖 題組:
一、某機構檢驗水中金屬的標準方法是使用電熱式原子(electrothermal atomization)吸收光譜法。此方法干擾主要來自分子吸收和基質等干擾效應,可使用連續光源背景校正技術進行背景校正。
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

請說明電熱式原子化法的過程。(10分)

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看到本題,首先要辨識出考點為「電熱式原子化法(即石墨爐原子吸收光譜法,GF-AAS)的標準操作程序」。接著應該按時間先後順序,分為乾燥、灰化、原子化與清除四個階段展開論述,並點出每個階段的溫度設定原則及其主要目的。

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【考點分析】 本題考查電熱式原子化(石墨爐原子化)的溫度程式設定與各階段之目的。 【理論/法規依據】

小題 (二)

請畫出電熱式原子吸收光譜儀的裝置,並清楚標示組件名稱。(10分)

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本題要求畫出並標示電熱式原子吸收光譜儀的裝置。作答時需在腦中建構儀器的方塊圖,依序畫出:光源(如中空陰極燈管)、電熱原子化器(石墨爐)、單色器(分光系統)、偵測器(如光電倍增管)以及信號處理與顯示器。務必清晰標示各組件名稱。

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【考點分析】 本題考查原子吸收光譜儀(AAS)的硬體架構,特別是採用電熱式原子化器的系統配置。 【理論/法規依據】

小題 (三)

請說明連續光源背景校正技術。(10分)

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看到「連續光源背景校正技術」,應聯想到使用氘燈(D2 lamp)作為連續光源,與中空陰極燈管(HCL)交替照射的機制。論述時需解釋分子吸收及光散射對寬頻連續光源與窄頻線光源的影響差異,說明如何透過兩次信號相減來扣除背景干擾,得出淨原子吸收信號。

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【考點分析】 本題考查原子吸收光譜法中消除分子吸收與微粒散射干擾的方法,即「氘燈背景校正」的原理。 【理論/法規依據】

小題 (四)

在高溫度下,許多元素如鋇、鉬、鎳、鈦等會與石墨管表面物質發生化學作用而形成難熔性碳化物,導致原子化信號變寬、拖尾和靈敏度降低。請說明應該如何避免此情形發生。(5分)

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本題的關鍵在於高溫下難熔性元素的碳化物生成問題。思考如何減少元素與石墨管表面的接觸與反應,可從「改良石墨管材質」(如熱裂解塗層石墨管)、「使用平台技術(L'vov platform)」、「管壁塗佈金屬層(如鉭、鎢)」或「添加基質修飾劑」等方面切入。

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【考點分析】 本題考查石墨爐原子吸收光譜中常見的化學干擾(碳化物形成)及其排除策略。 【理論/法規依據】

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