112 食品技師高等考試 食品技師 食品分析與檢驗（第二次） 考古題詳解

核心觀念

本題考查四種食品分析常見的基本概念：以標準溶液進行定量的容量分析、樣品組成對測定訊號的基質效應、以氧化分解有機物的濕式灰化，以及以非極性固定相分離化合物的逆相層析。作答時應說明各方法的原理、操作重點與適用情形。

解題方法

(一) 容量分析（Volumetric analysis）

容量分析是將已知濃度的標準溶液逐滴加入待測物溶液，直到反應達到當量點或由指示方式判定終點，再依標準溶液的用量與反應化學計量關係，計算待測物含量的定量分析法。

基本計算概念為：反應達當量點時，各反應物的莫耳數符合平衡反應式的係數比。例如，若反應為 $aA+bB\rightarrow$ 生成物，則當量點滿足

其中 $n$ 為莫耳數。標準溶液的莫耳數可由 $n=CV$ 計算，$C$ 為濃度、$V$ 為體積。

實際操作中，當量點是依化學計量關係完全反應的理論點；終點則是利用指示劑變色、電位突變等觀察到的訊號來判定。兩者應盡量接近。標準溶液須具有已知且可靠的濃度，滴定時也須避免超過終點。

常見容量分析包括酸鹼滴定、氧化還原滴定、沉澱滴定及錯合滴定；食品檢驗可用於測定酸度、鹽分或特定成分含量。

(二) 基質效應（Matrix effect）

基質效應是指樣品中待測物以外的成分，例如脂質、蛋白質、鹽類、色素或共萃取物，影響待測物的測定訊號或分析反應，造成訊號增強或抑制，進而使測定結果偏高或偏低。

在儀器分析中，基質成分可能改變待測物的萃取回收率、離子化效率、吸收或螢光訊號，也可能造成共洗脫、背景訊號或檢測器響應改變。因此，即使標準品與樣品含有相同濃度的待測物，兩者得到的訊號也可能不同。

常見處理方式包括樣品淨化、基質匹配校正、標準添加法及使用同位素或適當內標。選擇方法時，應考量樣品基質是否複雜，以及基質效應是否會影響定量準確度。

(三) 濕式灰化法（Wet ashing）

濕式灰化法是以強酸或氧化劑，在加熱條件下將食品樣品中的有機物氧化分解，使待測礦物元素留在溶液中，再進行後續定量分析的方法。常見消化試劑包括硝酸、硫酸、過氯酸或其混合液；實際組合須依樣品性質及分析元素選擇。

核心觀念

凱氏定氮法先將樣品中的含氮物質分解，使氮轉成銨態氮，再以鹼釋出氨氣，並用已知酸收集。反滴定時，空白所耗鹼量大於樣品所耗鹼量；兩者差值代表被氨中和的酸當量，也就是樣品中的氮量。

粗蛋白質含量的計算式為：

其中，$V_b$ 為空白滴定體積（mL），$V_s$ 為樣品滴定體積（mL），$N_{\mathrm{NaOH}}$ 為氫氧化鈉標稱當量濃度，$f$ 為力價，$W$ 為樣品重量（g）。$0.175$ 為題目給定的粗蛋白質含氮比例。

解題方法

（一）計算粗蛋白質含量

先求空白與樣品的滴定差：

氫氧化鈉的實際當量濃度為：

滴定差所代表的氮質量為：

換算成氮百分率：

核心觀念

酸價（acid value）是中和 $1\ \mathrm{g}$ 油脂中游離脂肪酸所需的氫氧化鉀毫克數，單位為 $\mathrm{mg\ KOH/g\ oil}$。計算時以樣品滴定體積扣除空白體積，再乘以 KOH 的當量濃度與分子量。

過氧化價（peroxide value, PV）表示每千克油脂中活性氧的毫克當量數，單位為 $\mathrm{meq\ active\ oxygen/kg\ oil}$。油脂過氧化物氧化碘化鉀釋出碘，再以硫代硫酸鈉滴定；空白校正後，以硫代硫酸鈉當量數換算。

解題方法

（一）酸價

先計算扣除空白後的 KOH 滴定體積：

KOH 溶液的有效當量濃度為：

酸價公式為：

代入題目數值：

依題意取至小數點以下 2 位，酸價為 $6.67\ \mathrm{mg\ KOH/g\ oil}$。

核心觀念

本題考查管柱層析的理論板數、滯留因子、選擇因子與解析度。移動相通過管柱所需時間為死時間 $t_M$；分析物的滯留時間為 $t_R$；底部波峰寬度記為 $w$。

常用公式如下：

其中理論板數 $N$ 衡量管柱效率；滯留因子 $k$ 表示分析物相對於移動相在固定相上的滯留程度；選擇因子 $\alpha$ 比較兩分析物的滯留差異；解析度 $R_s$ 衡量兩個波峰的分離程度。

解題方法與計算

已知 $t_{R,A}=18.9$ 分鐘、$t_{R,B}=22.4$ 分鐘、$t_M=1.4$ 分鐘、$w_A=0.9$ 分鐘、$w_B=1.1$ 分鐘，管柱長度為 $25\ \mathrm{cm}$。各時間以分鐘表示，代入相應公式即可；管柱長度不需代入本題四項計算。

（一）化合物 A 的理論板數

以底部波峰寬度公式計算：

因此，化合物 A 的理論板數為 $7056$。

（二）化合物 B 的滯留因子

滯留因子使用校正滯留時間 $t_R-t_M$：

核心觀念

本題考查食品樣品前處理的三項原理：液液萃取的分配平衡、層析分析前的衍生化，以及減壓對液體沸點的影響。題目沒有提供特定溶劑或分析物，以下以一般液液萃取與層析分析原理說明。

（一）相同萃取體積的溶劑，為何多次萃取較單次萃取為佳？

解題方法：以分配定律比較萃取後留在原相中的分析物量。

設分析物在水相與有機相間的分配係數為

若水相體積為 $V_a$，每次使用的有機溶劑體積為 $V_o$，一次萃取後留在水相中的分析物比例為

因此，單次使用總體積為 $V_T$ 的溶劑，萃取後留在水相中的比例為

若將相同總體積分成 $n$ 等份，每次以 $V_T/n$ 萃取，並在每次萃取後分離有機相，則經 $n$ 次後留在水相中的比例為

多次萃取會反覆建立新的分配平衡，逐次移除水相中的分析物；在一般分配條件下，最後留在原相中的量較少，因此總萃取回收率較高。萃取回收率為 $1-q$，故多次萃取的回收率通常較單次萃取高。

**解題技巧：**記住「每次分離萃取相，再用新溶劑重新萃取」，才能讓分析物持續由原相轉移出去。此結論以分析物能分配至萃取相、兩相可充分混合且分層為前提；若分配係數極低或發生乳化，實際效果會受限制。

（二）層析法中樣品衍生化的目的

**核心觀念：**衍生化是將分析物轉變為適合層析分離或偵測的化學衍生物，以改善分析表現。常見目的如下：

核心觀念

本題考查原子吸收光譜法（atomic absorption spectrometry, AAS）如何測定食品中的元素，以及火焰式與石墨爐式原子化器在靈敏度、檢測濃度範圍、樣品處理與分析效率上的差異。

AAS 的基本原理是：樣品中的元素經原子化後形成基態自由原子，對該元素特有波長的光產生吸收。吸光度在適當的線性範圍內與元素濃度相關，可由標準溶液建立檢量線，換算樣品中的元素含量。

解題方法

作答時先交代兩法共通的光譜原理，再比較原子化方式與操作特性。火焰式原子吸收以連續的氣體火焰霧化、乾燥並原子化樣品；石墨爐式原子吸收則將少量樣品置於石墨管中，依序加熱完成乾燥、灰化與原子化。石墨爐能讓分析物在小體積中集中並延長光路中的原子停留時間，因此通常比火焰式更靈敏。

火焰式原子吸收光譜法

原理與測定流程

液態樣品經霧化器形成氣膠，與燃料氣體及助燃氣體混合後送入火焰。溶劑先蒸發，樣品中的化合物再解離並原子化，產生元素的基態自由原子。元素燈發出的特徵光穿過火焰時，基態原子吸收特定波長的光；儀器測量吸光度，並以標準溶液檢量線定量。

食品樣品通常須先經濕式消化或乾式灰化，使有機物分解，再將消化液定容後測定。鈉、鈣等礦物質含量較高，且適合以火焰原子化測定，常使用火焰式 AAS。

優點

• 分析速度快，可連續吸入樣品，適合例行分析及大量樣品。
• 操作與儀器設定相對簡單，單次測定成本較低。
• 線性範圍通常較適合中、高濃度元素，可用於食品中含量較高的鈉、鈣等元素。
• 火焰提供連續且穩定的原子化環境，重複性通常良好。

缺點

• 樣品持續通過火焰，原子停留時間短，靈敏度通常低於石墨爐式，較不適合極低濃度元素。
• 通常需要較多樣品溶液，且樣品基質、黏度、表面張力及霧化效率可能影響訊號。
• 火焰溫度與化學環境可能造成化學干擾或離子化干擾；鈣等元素分析時，常須透過適當火焰條件或加入釋放劑、保護劑降低干擾。
• 需使用燃料氣體與助燃氣體，並維持穩定火焰及良好的通風條件。

石墨爐式原子吸收光譜法

原理與測定流程