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地特三等申論題 114年 [環境檢驗] 分析化學

第 一 題

📖 題組:
自駕車是未來 AI 科技亮點之一,其車用半導體氮化鎵(GaN)含有不同比例之同位素(69Ga)與(71Ga),五個採樣中,樣品 69Ga / 71Ga 之比例分別為 1.52725, 1.52700, 1.52750, 1.52800, 1.52775。 信賴區間(%) | 自由度 | 50 | 90 | 95 | |---|---|---|---| | 1 | 1.000 | 6.314 | 12.706 | | 2 | 0.816 | 2.920 | 4.303 | | 3 | 0.765 | 2.353 | 3.182 | | 4 | 0.741 | 2.132 | 2.776 | | 5 | 0.727 | 2.015 | 2.571 | | 6 | 0.718 | 1.943 | 2.447 |
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請計算 69Ga/71Ga 比例之平均值?(5 分)

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看到本題,首先要辨識出這是基礎的敘述統計問題。第一步只需套用平均值的公式,將所有觀測值加總後除以總樣本數(N)。由於數據帶有多位小數,計算時建議先找出基準值(例如 1.52700),加上各數據的尾數差額再除以5,可以降低按錯計算機的機率。此為基本送分題,建議作答時間不超過2分鐘。

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【考點分析】 本題測驗實驗數據處理中最基本的描述性統計:算術平均數(Arithmetic Mean)的計算。 【理論/法規依據】

小題 (二)

請計算 69Ga/71Ga 比例之標準差與相對標準差?(5 分)

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本題重點在於「樣本標準差(s)」與「相對標準差(RSD)」的計算。必須切記分析化學處理少數抽樣數據時,應使用樣本標準差公式(分母為 N-1,即自由度),而非母體標準差。計算出標準差後,再將其除以平均值,並乘上 100% 或 1000 (ppt),即可得到相對標準差。建議作答時間為3-4分鐘。

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【考點分析】 測驗數據精密度(Precision)的評估指標,包含樣本標準差(Sample Standard Deviation)與相對標準差(Relative Standard Deviation, RSD 或稱變異係數 CV)。 【理論/法規依據】

小題 (三)

若樣品經五重複分析,其平均值為 1.52775,標準差為 0.00006。請求出 50%與 95%的信賴區間各為何?(10 分)

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這是一道標準的信賴區間(Confidence Interval, CI)計算題。首先辨識:因為是少量有限樣品($N=5$)的重複分析,必須使用 t 分布(Student's t-distribution)而非常態 Z 分布。核心公式為 CI = 平均值 ± (t × s) / √N。接著根據題目給定的「五重複分析」判定自由度 (df = N-1 = 4)。最後,從題目提供的 t 表中查出 50% 與 95% 對應的 t 值代入計算即可。

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【考點分析】 本題考量有限次數測量($N<30$)時之真值估計,測驗考生是否懂得運用 Student's t-distribution 求算特定信心水準下之信賴區間(Confidence Interval, CI)。 【理論/法規依據】

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