113 食品技師高等考試 食品技師 食品分析與檢驗（第一次） 考古題詳解

核心觀念

本題考查實驗室分析批次中的三種品管樣品，分別監控污染與背景值、準確度、精密度：

以命題當年（民國 113 年）適用的食藥署《實驗室品質管理規範－化學領域測試結果之品質管制》為準。品管樣品應依採用的檢驗方法步驟，與待測樣品同時分析；每批次至少執行一次品管樣品分析。

解題方法

作答時依序交代每種樣品的目的、如何製備或選取、如何與待測樣品併同分析，以及結果如何判讀。

一、空白樣品分析

**目的：**確認試劑、器具、環境或前處理操作是否造成污染，並了解分析背景值。

**做法：**取實驗室試劑空白，或基質類似但不含待測物的空白樣品，依檢驗方法的相同步驟處理，並與待測樣品同時分析。空白樣品的測定值應低於定量極限的二分之一，或符合更嚴格的管制範圍。

若空白值偏高，表示分析系統可能受到污染或背景干擾，應調查污染來源並依品質程序處理，避免將背景訊號誤認為樣品中的待測物。

二、查核樣品分析

目的：確認分析方法及整體檢驗流程能否得到接近已知值的結果，亦即監控分析的準確度。

**做法：**以適當的基質製備查核樣品，添加已知量的待測物；原則上靜置至少 30 分鐘後，依檢驗方法步驟與待測樣品同時分析。將測定結果與添加量或已知值比較，計算回收率：

核心觀念

食品中的二氧化硫可能以游離態二氧化硫、亞硫酸氫鹽或亞硫酸鹽等形式存在，統稱為二氧化硫殘留量。蒸餾法的重點是：在酸性條件下將這些含硫物質轉成揮發性的二氧化硫，藉蒸餾與吸收將其自食品基質分離，再以滴定定量。

解題方法與反應原理

1. 酸化並釋出二氧化硫 將均質檢體置於蒸餾裝置中，加入酸液並加熱。亞硫酸鹽在酸性下轉成亞硫酸，進而釋出二氧化硫，例如：

$\mathrm{SO_3^{2-}+2H^+\rightarrow SO_2\uparrow+H_2O}$

亞硫酸氫根亦可在酸化後釋出二氧化硫：

$\mathrm{HSO_3^-+H^+\rightarrow SO_2\uparrow+H_2O}$

2. 蒸餾分離 通入氮氣等惰性氣體，並加熱蒸餾，使二氧化硫隨氣流逸出。這樣可將二氧化硫由檢體基質帶出，減少色素、糖類及其他不揮發物質對後續滴定的干擾。

3. 吸收並氧化 將蒸出的二氧化硫導入過氧化氫吸收液。二氧化硫被氧化成硫酸：

$\mathrm{SO_2+H_2O_2\rightarrow H_2SO_4}$

4. 滴定定量 以標準氫氧化鈉溶液滴定生成的硫酸，依氫氧化鈉消耗量換算二氧化硫含量：

$\mathrm{H_2SO_4+2NaOH\rightarrow Na_2SO_4+2H_2O}$

因為 $1$ mol 二氧化硫經氧化生成 $1$ mol 硫酸，而 $1$ mol 硫酸消耗 $2$ mol 氫氧化鈉，所以：

$n(\mathrm{SO_2})=\frac{1}{2}n(\mathrm{NaOH})$

扣除空白試驗後，以檢體重量換算每公斤食品的二氧化硫含量。若滴定液濃度為 $C$、樣品與空白的滴定體積差為 $\Delta V$（以 L 計），檢體重量為 $W$（以 kg 計），則：

其中 $64.06$ 為二氧化硫的分子量（g/mol）。

解題技巧

核心觀念

凱式定氮法（Kjeldahl method）是以強酸消化食品，使樣品中的有機氮轉變為銨離子，再將氨蒸餾、吸收並以滴定定量，據以計算總氮。蛋白質含量則由總氮乘上氮－蛋白質轉換係數換算。

此法測得的是總氮，不只蛋白質中的氮；食品中的非蛋白態氮也會納入，因此蛋白質含量是依轉換係數推估。

（一）主要步驟及原理

1. 消化 精秤均質樣品，加入濃硫酸及適當催化劑（常用硫酸鉀提高消化溫度，並使用銅、硒等催化劑），加熱消化。硫酸使有機物分解，樣品中的有機氮轉化為硫酸銨中的銨態氮。

$\text{有機氮} \xrightarrow[\text{催化、加熱}]{\mathrm{H_2SO_4}} \mathrm{NH_4^+}$

2. 鹼化 消化液冷卻後加入過量強鹼（通常為氫氧化鈉），使銨離子轉變為氨氣。

$\mathrm{NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3 \uparrow + H_2O}$

3. 蒸餾與吸收 加熱蒸餾，將生成的氨氣帶出，並以已知量的硼酸溶液吸收；也可採用已知量的標準酸吸收氨氣，再以回滴方式測定。

以硼酸吸收時，氨與硼酸形成銨鹽，使蒸餾出的氮留在吸收液中，供後續滴定。

核心觀念

本題考查高效率液相層析法（HPLC）中，如何依分析物的光學性質選擇偵測器，以及如何利用層析圖譜進行定性與定量。偵測器需能將流出液中分析物的性質轉換為可記錄的訊號；選擇時要看分析物是否吸收紫外／可見光、是否具有螢光，以及是否會改變流動相的折射率。

解題方法：依分析物特性配對偵測器

實際分析時，仍須配合層析管柱、流動相與樣品前處理條件；上述配對是依各類分析物的典型光學特性判斷。

三種偵測器的原理與特色

1. 折射率偵測器（refractive index detector, RI）

折射率偵測器比較流動相空白與含分析物流出液的折射率差異。分析物流出時，流出液折射率改變，造成光束偏折或光學訊號變化，轉換為偵測訊號。

• **特色：**適用於糖類、醇類等缺乏紫外吸收或螢光的化合物，通常不必先衍生化。
• **限制：**靈敏度通常較低，且對溫度、流速及流動相組成變化敏感；梯度沖提時基線容易漂移，較適合等度沖提。

2. 螢光偵測器（fluorescence detector, FLD）

螢光偵測器以特定波長的激發光照射分析物，分析物吸收能量後，於較長波長放出螢光；偵測器量測放出的螢光強度。螢光訊號通常隨分析物濃度增加而增加。

• **特色：**對具有螢光的化合物具高靈敏度與選擇性；可分別設定激發波長與放射波長，降低其他成分的干擾。
• **限制：**分析物必須具有螢光，或經適當衍生化後具有螢光；胺基酸分析常採柱前衍生化，使胺基酸產物可用螢光偵測。

3. 紫外／可見光偵測器（ultraviolet-visible detector, UV-Vis）

分析物吸收紫外光或可見光後，穿透光強度降低。偵測器量測入射光與透射光的差異，依比耳－朗伯定律，吸光度與濃度成正比：

核心觀念

本題考查莫耳濃度、稀釋計算、酒精體積百分率及重量百分率濃度的定義與換算。

• 莫耳濃度：每公升溶液所含溶質莫耳數，$M=\dfrac{n}{V}$。
• 稀釋時溶質莫耳數不變：$C_1V_1=C_2V_2$。
• 重量百分率：$\dfrac{\text{溶質質量}}{\text{溶液總質量}}\times100\%$。
• 本題各計算依題目指定，答案取至小數點以下 $1$ 位。

解題方法

(一) 配製 $50\ \mathrm{mL}$、$0.4\ \mathrm{mol/L}$ 的 $NaH_2PO_4$ 溶液

先由目標莫耳濃度與體積求所需莫耳數，再以分子量換算成固體質量。

$NaH_2PO_4$ 的分子量為：

所需莫耳數：

所需質量：

秤取 $2.4\ \mathrm{g}$ 無水 $NaH_2PO_4$，以少量蒸餾水溶解，移入 $50\ \mathrm{mL}$ 容量瓶，以蒸餾水定容至刻度，混合均勻。

(二) 由 $18\ \mathrm{N}$ 的 $H_2SO_4$ 配製 $250\ \mathrm{mL}$、$2\ \mathrm{mol/L}$ 溶液

$H_2SO_4$ 每莫耳可提供 $2$ 當量，因此：

取用濃硫酸體積，以稀釋公式計算：

量取 $55.6\ \mathrm{mL}$、$18\ \mathrm{N}$ 的 $H_2SO_4$，緩慢加入部分蒸餾水中，待溶液冷卻後移入 $250\ \mathrm{mL}$ 容量瓶，再以蒸餾水定容至