調查局三等申論題
113年
[化學鑑識組] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
傅立葉轉換紅外線光譜儀可以用來分析化合物的結構與官能基團。請回答以下問題：
傅立葉轉換紅外線光譜儀可以用來分析化合物的結構與官能基團。請回答以下問題：
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請試述傅立葉轉換紅外線光譜儀的主要設計原理為何（說明硬體及軟體部分）？（10 分）
思路引導 VIP
看到傅立葉轉換紅外線光譜儀（FT-IR），應立刻聯想到其核心機制與傳統色散型儀器的差異。作答時需按題目要求明確區分『硬體』：以麥克森干涉儀（Michelson Interferometer）產生包含所有波長資訊的干涉圖（時域訊號）；以及『軟體』：利用傅立葉轉換（Fourier Transform）演算法，將干涉圖解碼為我們熟知的紅外吸收光譜（頻域訊號）。
小題 (二)
請繪圖說明二氧化碳的正規振動模式（normal vibration modes），為何在這些振動模式中只能觀察到兩個主要吸收峰。（5 分）
思路引導 VIP
看到此題，首先需計算線性三原子分子 CO₂ 的正規振動模式數量（3N-5=4），接著在大腦中建構這四種模式的原子位移向量並轉化為圖解。最後，必須緊扣紅外光譜的「偶極矩改變」選律（IR active 條件）來解釋對稱伸展為何無活性，並點出兩種彎曲振動因「能量簡併（Degenerate）」而重疊，藉此嚴謹地推導出最終僅有兩個吸收峰的結論。