108 年 國立暨南國際大學應用化學系碩士班《分析化學》

本題為基本名詞解釋題，涵蓋分析化學中多個重要概念，總共 14 個子題，每題 5 分，總計 70 分。

(1) Accuracy (準確度)：
準確度是指測量值與真實值（或已知接受值）之間的接近程度。它衡量的是系統誤差的大小。高準確度表示測量結果非常接近真實值。
【答案】準確度是指測量值與真實值或已知接受值之間的接近程度。

(2) pH：
pH 是衡量溶液酸鹼度的一種標度，定義為溶液中氫離子濃度（[H⁺]）的負對數。數學表達式為 $pH = -\log_{10}[H⁺]$。pH 值通常在 0 到 14 之間，pH < 7 為酸性，pH = 7 為中性，pH > 7 為鹼性。
【答案】pH 是溶液酸鹼度的標度，定義為溶液中氫離子濃度的負對數，即 $pH = -\log_{10}[H⁺]$。

(3) pI (等電點)：
pI 是指兩性離子（同時含有酸性基團和鹼性基團的分子，如胺基酸）的淨電荷為零時的 pH 值。在此 pH 值下，該分子在電場中不會移動。
【答案】pI (等電點) 是指兩性離子淨電荷為零時的 pH 值。

(4) Buffer solution (緩衝溶液)：
緩衝溶液是指能抵抗外加少量酸或鹼的影響，而保持其 pH 值相對穩定的溶液。通常由弱酸及其共軛鹼，或弱鹼及其共軛酸組成。
【答案】緩衝溶液是指加入少量酸或鹼後，其 pH 值變化甚小的溶液，通常由弱酸及其共軛鹼或弱鹼及其共軛酸組成。

(5) Precision (精密度)：
精密度是指同一組測量值之間相互接近的程度，或指重複測量結果的一致性。它衡量的是隨機誤差的大小。高精密度表示重複測量結果非常接近。
【答案】精密度是指重複測量結果之間的接近程度，或指測量值的一致性。

(6) Chemiluminescence (化學冷光)：
化學冷光是指某些化學反應中，釋放出的能量以光的形式發射出來的現象，而不需要外部能量（如加熱或照射）的輸入。這種發生的光稱為化學冷光。
【答案】化學冷光是指某些化學反應釋放的能量以光的形式發射出來的現象。

(7) Significant figures (有效數字)：
有效數字是指在測量或計算結果中，所有確定數字加上最後一位估計數字。它表示了測量結果的可靠程度。
【答案】有效數字是測量或計算結果中，所有確定數字加上最後一位估計數字，用以表示結果的可靠性。

Beer's law，又稱 Beer-Lambert-Bouguer law，是描述吸光物質在溶液中對光的吸收程度與其濃度及光徑長度之間關係的定律。

理論基礎：
Beer's law 的理論基礎是，當一束單色光通過均勻的吸光介質時，光強度的衰減率與介質的濃度及光通過的距離成正比。

數學表達式：
Beer's law 的數學表達式為：
$A = \epsilon bc$
其中：

• $A$ 是吸光度 (Absorbance)，無單位。
• $\epsilon$ 是莫耳吸光係數 (molar absorptivity)，單位通常為 $L \cdot mol^{-1} \cdot cm^{-1}$。它是一個與吸光物質的種類、波長和溶劑有關的常數。
• $b$ 是光徑長度 (path length)，即光通過樣品的距離，單位通常為 cm。
• $c$ 是吸光物質的濃度 (concentration)，單位通常為 mol/L。

傅立葉轉換 (Fourier Transform, FT) 是一種數學方法，能將一個函數（通常是時域訊號）分解為一系列不同頻率的正弦波或複指數函數的總和。在分析化學中，傅立葉轉換主要應用於處理和分析訊號，特別是頻譜數據。

原理：
傅立葉轉換的原理是將一個訊號從一個域（例如時域或空間域）轉換到另一個域（頻域）。

• 時域訊號 $f(t)$ 轉換到頻域後，得到其傅立葉轉換 $F(\omega)$，其中 $\omega$ 代表頻率。
• 傅立葉轉換的數學表達式為：
  $F(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} f(t) e^{-i\omega t} dt$
• 反傅立葉轉換則能將頻域訊號 $F(\omega)$ 轉換回時域訊號 $f(t)$：
  $f(t) = \frac{1}{2\pi} \int_{-\infty}^{\infty} F(\omega) e^{i\omega t} d\omega$
  在實際應用中，由於數據是離散的，通常使用離散傅立葉轉換 (Discrete Fourier Transform, DFT) 或其快速演算法——快速傅立葉轉換 (Fast Fourier Transform, FFT)。

在分析化學中的應用：
傅立葉轉換在分析化學中有著廣泛且重要的應用，最常見的包括：

1. 傅立葉轉換紅外光譜儀 (FTIR)：
   • 原理：FTIR 使用干涉儀（如 Michelson 干涉儀）來產生干涉圖樣 (interferogram)，這是一個時域訊號，記錄了不同光程差下的干涉強度。干涉圖樣包含了樣品對紅外光吸收的資訊。
   • 應用：對干涉圖樣進行傅立葉轉換，即可得到紅外吸收光譜。FTIR 相較於傳統的色散型紅外光譜儀，具有更高的靈敏度、解析度和掃描速度（Mertz's principle）。它廣泛用於有機物、無機物、聚合物的鑑定、結構分析、定量分析和反應動力學研究。
2. 傅立葉轉換拉曼光譜儀 (FT-Raman)：

分離技術在分析化學中扮演著至關重要的角色，其主要應用包括：

1. 純化待測物 (Purification of Analyte)：

   • 在複雜的樣品基質中，待測物往往與其他組分共存。分離技術可以將待測物從干擾性的基質成分中分離出來，得到純化的樣品，從而提高後續分析的準確度和靈敏度。例如，在生物樣品（如血液、尿液）中分析特定藥物或代謝物時，需要先將其從蛋白質、鹽類等基質中分離出來。

2. 分離複雜混合物 (Separation of Complex Mixtures)：

   • 許多樣品本身就是複雜的混合物，含有數十甚至數百種不同的組分。分離技術（如層析法）能夠將這些組分一一分離，以便單獨進行鑑定和定量。
   • 應用實例：
     • 環境監測：分離和鑑定環境樣本（如空氣、水、土壤）中的污染物，如多環芳香烴 (PAHs)、農藥殘留、重金屬離子等。
     • 食品安全：檢測食品中的添加劑、色素、防腐劑、農藥殘留、獸藥殘留、黃麴毒素等。
     • 藥物分析：分析藥物製劑的成分、純度，以及藥物在生物體內的代謝產物。
     • 石化工業：分離和分析原油、天然氣中的各種烴類組分。
     • 法醫學：分析毒物、藥物、爆炸物等。

3. 鑑定和結構解析 (Identification and Structure Elucidation)：

   • 通過分離技術獲得的純淨組分，可以進一步利用光譜學（如質譜 MS、核磁共振 NMR、紅外光譜 IR）或其他分析方法進行鑑定。有時，分離本身（例如，根據保留時間或保留因子）就可以提供組分的初步鑑定信息。
   • 對於結構解析，分離出特定異構體或斷裂產物，有助於確定分子的結構。