申論題
題目一
請試述下列名詞之意涵：（每小題5分，共20分）
- 容量分析（Volumetric analysis）
- 基質效應（Matrix effect）
- 濕式灰化法（Wet ashing）
- 逆相層析法（Reversed-phase chromatography）
擬答
- 容量分析（Volumetric analysis）
滴定分析法。根據標準溶液與被測物質完全反應所需體積計算被測組分含量的一種定量分析方法。反應類型可分為兩類：基於離子之間發生結合反應的測定法，有中和法、容量沉澱法、絡合滴定法等；基於離子之間發生電子得失反應的測定法，有高錳酸鹽滴定法、重鉻酸鹽滴定法、碘量滴定法等。 - 基質效應（Matrix effect）
基質常常對分析物的分析過程有顯著的干擾，影響分析結果的準確性。這些影響和干擾被稱為基質效應（matrix effect）。去除基質效應最常使用的方法是，通過已知分析物濃度的標準樣品，同時儘可能保持樣品中基質不變，建立一個校正曲線。對於未知基質的影響，可以採用標準添加法。 - 濕式灰化法（Wet ashing）
亦稱酸消化法 (Acid Digestion)，適用於鉛、鎘、銅、銻、砷、錫、鋅之檢驗，通常以加熱板或加熱爐輔助進行。開放容器消化法所常用之加熱裝置包含陶瓷加熱板、鋁合金加熱板與石墨加熱板。其中由於石墨加熱板加熱均勻度及溫度精度皆較高，且樣品處理量大，使得石墨加熱板成為重金屬分析及微量元素分析實驗中的首選。 - 逆相層析法（Reversed-phase chromatography）
固定相之液體性質如為極性較小（非極性）而移動相為極性液體，則稱為逆相層析。分離疏水性物質，如親油性化合物、脂肪酸、脂溶性色素等。如葉綠素。
題目二
某品管員採用凱氏定氮法（Kjeldahl method）測定粗蛋白質含量，樣品重量為1.0035 g，經分解和蒸餾後，產生氨氣（NH3）以硫酸收集，收集液再以0.1N NaOH（力價=1.025）進行反滴定，得滴定值為19.50 mL，另空白試驗滴定值為27.50mL。（已知N 之原子量為14.0067 g/mole，且樣品之粗蛋白質含氮量為17.5%）
- 試計算樣品之粗蛋白質含量(%)。（有效數字至小數點以下2 位）（10分）
- 凱式定氮實驗得到的總氮數值，會依樣品不同乘上特定的蛋白質換算係數，例如米及製品乘以5.95，請說明此數值訂定的依據。（5分）
擬答
樣品
總氮量
(%)= (V₂-V₁)× F × 0.0014 × 100 W
N：標準氫氧化鈉溶液的當量濃度（N）
V₁：樣品所消耗 0.1N 氫氧化鈉標準溶液的滴定量（ml）
V₂：空白試驗所消耗 0.1N 氫氧化鈉標準溶液的滴定量（ml）
W：樣品的重量（g）
0.0014:1 ml 0.1N 氫氧化鈉溶液約相當 0.0014g的N
F：0.1N 氫氧化鈉標準溶液的力價
樣品蛋白質含量(%)=總氮量 × 氮係數
(27.5-19.5) × 1.025 × 0.0014 × 100/1.0035 = 1.143
氮係數 = 100/17.5 = 5.71
樣品之粗蛋白質含量(%) = 1.143 × 5.71=6.53%- 依CNS標準，蛋白質是以半微量凱式氮檢測(Semimicro-Kjeldahl)來分析，測出待測食品的含氮量，上一係數後即可得出蛋白質量。
蛋白質主要由胺基酸組成，而其所含元素與元素量主要為：
碳(C) 50-55％、
氫(H) 6-8％、
氧(O) 19-24％、
氮(N) 13-19％、
硫(S) 0-4％。
氮含量平均為16%，因此CF(轉換係數)值訂為 6.25。
蛋白質含量 = 食品中氮含量 x CF(轉換係數) 將測出的氮含量乘上係數 6.25 即為粗蛋白質。
由於CF=6.25 為粗略之平均值，
國際標準將常見食品的 CF值進行精確分析，而得如米 5.95。
題目三
取5.0 g 食用級之油樣品，分別依下面流程操作，測其酸價和過氧化價（有效數字至小數點以下2 位）（已知KOH = 56.1 g/mol）。
- 加50 mL 乙醚－酒精混合溶劑溶解，以0.05 NKOH（力價= 0.9915）溶液滴定，滴定終點值為12.05 mL，空白滴定值為0.05 mL，請計算油的酸價。（5分）
- 與過量的碘化鉀反應，游離的碘用0.01 N 標準硫代硫酸鈉來滴定，經空白校正後滴定值為3.60 mL，請計算油的過氧化價。（5分）
擬答
- 酸價 (acid value, AV)
中和1克油脂中游離脂肪酸所需氫氧化鉀的毫克數，稱為酸價(acid value, AV)。藉由酸價可了解油脂中游離脂肪酸之含量；游離脂肪酸含量愈高，油脂氧化反應就愈易進行。
酸價（mg KOH/g.oil） = (V-B)×(N×F)× 56.1 W
- V：樣品滴定所消耗之0.1 N 氫氧化鉀之mL數
- B：空白滴定所消耗之0.1 N 氫氧化鉀之mL數
- W：様品之重量
- N：氫氧化鉀之濃度
- F:0.1N氫氧化鉀之力價
= 6.53mg KOH/g.oil - 過氧化價（peroxide value; POV）
過氧化價（peroxide value; POV）是測定油脂因氧化所產生之中間產物氫過氧化物之量，該物極易裂解形成其二級產物如醛、酮等，其量愈高表示油脂被氧化愈嚴重。
過氧化價（mEq/kg.oil) = S × N × F × 1,000 W
- S：滴定所消耗之硫代硫酸鈉 mL 數
- N：硫代硫酸鈉之當量濃度
- W：秤取試樣之重量（g）
- F：力價
= 6.76 mEq/ kg.oil
題目四
A 和B 化合物在25 公分層析管柱上之滯留時間（Retention time）分別為18.9 和22.4分鐘，而溶劑（移動相）則以1.4分鐘通過管柱，A 和B底部波峰寬度分別為0.9 和1.1分鐘，試計算：
- 化合物A 理論板數（Theoretical plate number, N）。（5分）
- 化合物B 的滯留因子（Retention factor, k）。（5分）
- 化合物A 和B 的選擇因子（Selectivity factor, α）。（5分）
- 化合物A 和B 的解析度（Resolution, Rs）。（5分）
擬答
- 化合物A 理論板數（Theoretical plate number, N）
理論板數 (N) = L/H = N = $ 16 =\Bigg ( \cfrac{t_R}{W} \Bigg )^2 $
$N_A$ = 16(18.9/0.9)$^2$ = 7056
- N：理論板數
- L：管柱長
- H：理論板高
- $t_R$：滯留時間
- W：峰底寬
- 化合物B的滯留因子（Retention factor, k）
$ k^\prime = \cfrac{t_R-t_m}{t_m} $
22.4-1.4/1.4 = 15 - 化合物A 和B 的選擇因子（Selectivity factor, α）
在層析管柱中，不同溶液會因移動速率的不同而被分離。兩溶液在層析中的分離程度可用選擇因數(selectivity factor，α) $ α = \cfrac{t^\prime_{R2}}{t^\prime_{R1}} $ $ = \cfrac {t_{R2}-t_m}{t_{R1}-t_m}$ $ = \cfrac{k^\prime _2}{k^\prime _1}$
(tR)B - tM/(tR)A- tM
22.4-1.4/18.9-1.4 = 1.28 - 化合物A 和B 的解析度（Resolution, Rs）
在層析管柱中，不同溶液會因移動速率的不同而被分離。兩溶液在層析中的分離程度可用選擇因數(selectivity factor，α)描述之，其定義如下︰
$R_s=$ $\cfrac{1}{4} \left( \cfrac{α -1 }{α } \right) \left( \cfrac{k^\prime _2}{1+k^\prime _2 } \right) (N)^{\frac {1}{2}}$
2(22.4-18.9) / 0.9 +1.1 = 3.5
題目五
食品樣品常利用萃取、衍生化及減壓濃縮等方式來進行前處理，請詳述下面各小題：
- 相同萃取體積的溶劑，為何多次萃取較單次萃取為佳？（5分）
- 層析法中樣品衍生化（derivatization）之目的。（5分）
- 減壓濃縮之原理。（5分）
擬答
- 相同萃取體積的溶劑，為何多次萃取較單次萃取為佳
通常一次萃取並無法完全將物質萃取完全，因此採用少量溶劑進行多次萃取，遠比以大量溶劑萃取一次效率高得多。 - 層析法中樣品衍生化（derivatization）之目的
衍生化是指改變分析物的分子結構的化學修飾反應。當需要利用層析法分析高極性，難揮發的分析物時，樣品衍生化前處理有助於分析過程。 - 減壓濃縮之原理
利用真空幫浦減低系統壓力，亦即真空狀態，降低欲蒸餾的溶劑沸點，搭配旋轉瓶身來增加蒸發反應面積，同時水浴槽加熱幫助提升蒸發速率，適合分離低沸點溶劑，
題目六
食品中礦物質，例如鈉及鈣的測定，可使用火焰式原子吸收光譜法（Flame atomic absorption spectrometry），而重金屬，例如鉛及鎘的測定，可使用石墨爐式原子吸收光譜法（Graphite furnace atomic absorption spectrometry），請分別詳述這兩種測定方法之原理及優缺點。（20分）
擬答
- 火焰式原子吸收光譜法（Flame atomic absorption spectrometry）
- 火焰原子化器(Flame atomiser)主要應用於原子吸收，原子螢光光譜。它由霧化器、霧化室和燃燒器三部分組成。霧化器的作用是將分析樣品霧化。霧化室的作用是使試液霧進一步細化並與燃氣均勻混合，以獲得穩定的層流火焰。燃燒器頂端有一細長狹縫，燃氣與氧化劑燃燒產生的火焰於狹縫上穩定燃燒，被帶至火焰中的試樣霧滴則在高溫火焰中原子化。
- 在火焰原子化中，是通過混合助燃氣(氣體氧化物)和燃氣(氣體燃料)，將液體試樣霧化並帶入火焰中進行原子化。將試液引人火焰並使其原子化經歷了複雜的過程。這個過程包括霧粒的脫溶劑、蒸發、解離等階段。在解離過程中，大部分分子解離為氣態原子。在高溫火焰中，也有一些原子電離。與此同時，燃氣與助燃氣以及試樣中存在的其它物質也會發生反應，產生分子和原子。被火焰中的熱能激發的部分分子、原子和離子也會發射
- 分子、原子和離子光譜。原子化的過程好壞亦是影響結果的準確度、精密度與偵測極限，故此亦是一重要的步驟。
火焰式原子吸收光譜法優缺點 優點 缺點 準確度高、
精密度高、
偵測極限低、
特異性高儀器設備昂貴、
成本負擔、
操作時需要非常高的溫度、
須具備特殊材質之陰極管 - 石墨爐式原子吸收光譜法（Graphite furnace atomic absorption spectrometry）
- 石墨爐是一種商業化的電熱原子化(electrothermal atomizer)器，其內部為利用電能加熱的石墨管，作為試樣原子化與吸光之空間。
- 以石墨爐進行原子化時，所導入的試樣可用灰化後的鹽類溶液或是未經灰化的原始試樣。當試樣未經分解而直接導入時，可藉由石墨爐的控溫程序，使試樣於不同溫度下依序進行灰化及原子化。
| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 靈敏度高、試樣用量少， 適用於難熔元素的測定 | 試樣組成不均勻性不適合此法分析 |
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