113 高普考高考三級 食品衛生檢驗 食品分析與檢驗 考古題詳解

核心觀念

固相微萃取（SPME）是將樣品前處理、萃取與濃縮整合的技術。典型裝置是在熔融矽纖維外覆一層萃取塗層；纖維與樣品直接接觸，或置於樣品上方的頂空中，使待測物由樣品相分配至塗層。萃取後將纖維移入氣相層析儀（GC）進樣口熱脫附，或以溶劑脫附後接續液相層析分析。

SPME 通常不使用大量有機溶劑，操作簡便，適合揮發性與半揮發性物質分析。其基本原理是待測物在樣品相與塗層間達到分配平衡；若在平衡前取出纖維，則屬於非平衡萃取，所得萃取量主要受時間與傳質速率影響。

以直接浸入式 SPME 為例，平衡時塗層中待測物量可表示為：

其中，$n_f$ 為塗層萃取量，$K_{fs}$ 為塗層與樣品間的分配係數，$V_f$ 為塗層體積，$V_s$ 為樣品體積，$C_0$ 為樣品中待測物初始濃度。此式顯示，待測物對塗層的親和力越高、塗層體積越大，通常越有利於提高萃取量。

解題方法

作答可依「原理—塗層—影響因子」三部分說明。原理部分交代相間分配、萃取方式與後續脫附分析；塗層部分依極性與作用機制分類，並舉出常用材料；影響因子則從待測物、塗層、樣品基質與操作條件逐項說明。

SPME 常用兩種萃取模式：

• 直接浸入式（DI-SPME）：纖維塗層直接浸入液態樣品，適合可直接接觸樣品的待測物。
• 頂空式（HS-SPME）：纖維置於樣品上方氣相中，待測物先由樣品揮發至頂空，再分配至塗層；適合揮發性成分，也可減少非揮發性基質成分污染纖維。

萃取後的脫附方式須配合分析儀器與待測物性質。GC 常以進樣口加熱脫附；不耐熱或適合液相分析的成分，則可採溶劑脫附。

常見塗層種類

核心觀念

分析方法的準確度（accuracy）是測定結果接近真實值或可接受參考值的程度，主要受系統性誤差影響。常見的準確度評估方式包括使用驗證參考物質（CRM）及進行添加回收率分析。

（一）儀器誤差的原因與降低方法

儀器誤差是由儀器本身的性能、狀態或操作條件所造成的測量偏差。可能原因包括：

• 儀器未校正或校正不當，造成示值偏高或偏低。
• 儀器零點漂移、靈敏度改變、讀值不穩定或解析度不足。
• 儀器老化、零件磨耗、污染或故障。
• 操作條件不適當，例如溫度、電壓或流速控制不穩。
• 操作者未依標準程序操作或讀取數值。

降低儀器誤差的作法包括：

1. 依規定定期校正，必要時在測量前確認零點與量測範圍。
2. 按照標準作業程序操作，並維持測量條件穩定。
3. 定期保養、清潔與檢查儀器，故障或超出性能規格時停止使用。
4. 選用量測範圍及解析度適當的儀器，避免超出線性範圍。
5. 以標準品或品質管制樣品監控儀器讀值，及早發現漂移。

（二）絕對誤差與相對誤差

核心公式

單次測定的絕對誤差為測定值與真實值之差：

相對誤差為絕對誤差除以真實值，再乘以百分率：

題目給定真實濃度為 $23.8\ \mathrm{mg/L}$，兩次測定值應分別與真實值比較。

負號表示測定值低於真實值，正號表示測定值高於真實值。若題目只問誤差的大小，絕對誤差可報為 $0.7$ 與 $0.2\ \mathrm{mg/L}$，相對誤差大小則為 $2.94\%$ 與 $0.84\%$。

（三）以 CRM 與添加回收率評估準確度

1. 驗證參考物質（CRM）

核心觀念

本題考查液相層析串聯質譜系統中，電灑游離器（ESI）如何將液相樣品轉成氣相離子，以及四極柱質量分析儀如何依質荷比（$m/z$）篩選離子。ESI 負責產生氣相離子；四極柱負責依 $m/z$ 分離或篩選離子。兩者功能不同，常串接使用。

解題方法

依序說明兩部分的設備組成及工作原理，再指出它們在質譜分析中的功能。作答時掌握「液滴形成與去溶劑化」及「四極電場的離子穩定軌跡」兩條主線，即可完整回答。

一、電灑游離器（ESI）

設備組成

主要包含：

• 樣品導入管與金屬毛細管（噴霧針）：將液相層析流出液導入游離區。
• 高電壓電源：在噴霧針與入口端電極間建立強電場。
• 霧化與加熱去溶劑化區：包含乾燥氣體及加熱器，促使溶劑蒸發。
• 質譜儀入口與真空系統：將形成的氣相離子導入後續質量分析器。

功能與原理

ESI 是一種大氣壓游離法，適合與液相層析連接，也適用於極性、熱不穩定及高分子量化合物。樣品溶液由毛細管流出，在高電壓形成的電場作用下帶電並分散為帶電液滴。乾燥氣體與加熱使溶劑逐漸蒸發，液滴體積縮小、表面電荷密度增加；當電荷排斥力克服液滴表面張力時，液滴發生裂解，經多次去溶劑化與裂解後形成氣相離子。

ESI 常產生多重帶電離子，因此高分子量分析物可落在質譜儀可測的 $m/z$ 範圍內。正離子模式常見質子化離子，負離子模式常見去質子化離子。例如：

若分子量為 $M$，形成帶 $z$ 個電荷的離子，其質荷比依離子種類計算；例如正離子系列 $[M+zH]^{z+}$：

其中 $m_H$ 為質子的質量。ESI 的主要任務是產生可供後續分析的氣相離子，並不負責依質量分離離子。

二、四極柱質量分析儀

設備組成

核心觀念

本題考查光譜分析中「物質與電磁輻射交互作用」的兩種方式，以及如何利用光譜訊號判定物質種類與含量。

原子或分子具有特定的能階。當能量與能階差相符的光被物質吸收，或物質受激後由高能階回到低能階並放出光子，就會產生具有特徵波長的光譜。由於不同物質的能階結構不同，其吸收或放射波長也具有特徵性。

解題方法

一、吸收（absorption）的原理

物質吸收特定波長的光，使原子或分子由較低能階躍遷至較高能階。吸收光子的能量須符合兩能階間的能量差：

其中，$\Delta E$ 為能階差，$h$ 為普朗克常數，$\nu$ 為光頻率，$c$ 為光速，$\lambda$ 為波長。不同物質的能階差不同，因此會吸收不同波長的光。

吸收分析時，以光源提供特定波長或連續波長的光，讓光通過樣品，再以偵測器測量樣品吸收前後的光強度。入射光強度為 $I_0$，透射光強度為 $I$，則透射率 $T$ 與吸光度 $A$ 定義為：

在適當條件下，吸光度與濃度符合比耳－朗伯定律：

其中，$\varepsilon$ 為莫耳吸光係數，$b$ 為光徑長度，$c$ 為待測物濃度。

二、放射（emission）的原理

原子或分子先吸收能量而受到激發，進入較高能階；當其回到較低能階時，會放出光子。放射光子的能量同樣符合：

因此，放射光的波長可反映物質的能階差。原子放射光譜常呈現離散的特徵譜線；分子放射光譜則可能因振動、轉動能階的參與而呈現較寬的譜帶。

核心觀念

本題考查油脂在水解、氧化及高溫使用過程中，品質指標所反映的化學變化，以及各指標的基本測定原理。四項指標觀察的對象不同：

解題方法與各指標檢驗原理

（一）酸價（acid value, AV）

**意義：**酸價是中和 $1\ \mathrm{g}$ 油脂中游離脂肪酸所需的氫氧化鉀毫克數，單位為 $\mathrm{mg\ KOH/g\ oil}$。酸價上升通常表示油脂中的三酸甘油酯水解，或油脂品質劣變後游離脂肪酸增加。

**檢驗原理：**將已知重量的油脂溶於適當的中性有機溶劑，以標準氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液滴定游離脂肪酸，使用酚酞等指示劑判定終點；也可採電位滴定。依滴定液的消耗量計算酸價：

其中 $V$ 為樣品滴定液體積（mL）、$V_0$ 為空白試驗體積（mL）、$C$ 為鹼液濃度（mol/L）、$m$ 為油脂重量（g）；$56.1$ 為 KOH 的分子量。使用其他濃度單位時，應配合單位換算。

（二）碘價（iodine value, IV）

**意義：**碘價是 $100\ \mathrm{g}$ 油脂所吸收的碘克數，反映油脂脂肪酸中碳碳雙鍵的不飽和程度。一般而言，碘價愈高，表示雙鍵愈多、不飽和程度愈高；不同油脂的碘價特徵也可作為辨識油脂種類或檢查摻偽的參考。

**檢驗原理：**以過量的鹵素試劑（例如 Wijs 試劑，主要成分為一氯化碘）與油脂中的碳碳雙鍵進行加成反應。反應完成後，加入碘化鉀，使剩餘的鹵素釋出碘，再以硫代硫酸鈉標準液滴定。以空白試驗與樣品的滴定量差值，求出被雙鍵消耗的試劑量：