民國115年 高考三級 環境檢驗 水質檢驗考古題
民國115年 高考三級 環境檢驗 水質檢驗收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
檢驗室常用的品管樣品依其產製單位及其可追溯性加以區分，可以分為
參考樣品（Reference sample）、參考物質（Reference materials）、經驗證
參考物質（Certified reference materials）及標準參考物質（Standard
reference materials）等，請分別說明其意義。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、區分架構：品管樣品依「產製單位」與「可追溯性（traceability）」可分為四級，核心差異在於是否由具計量公信力之機構驗證、是否附不確定度、能否追溯至 SI 單位之實現。檢驗室應依用途（內部品管、方法確效、能力試驗、量測追溯）選用適當等級，並於品保計畫中敘明。
- 二、參考樣品（Reference sample）：指基質與待測樣品相近、具已知添加量或約定特性值之樣品，多由檢驗室自行配製，如空白添加樣品、查核樣品、矩陣添加樣品與重複樣品，用於內部品管、回收率評估與人員訓練。其特性值未經公正機構驗證，追溯性僅及於實驗室內部約定，不具計量追溯。
- 三、參考物質（Reference material, RM）：指具足夠均勻性與穩定性、相對於特定量之特性值已建立、適合於量測過程中使用之物質；可由實驗室自行配製或市售，其特性值可能為實驗室間比對之共識值，未必附不確定度，亦未經最高計量機構驗證，故追溯性有限，通常作為日常查核之用。
- 四、經驗證參考物質（Certified reference material, CRM）：附有證書之參考物質，其一個或多個特性值係以建立計量追溯至 SI 單位實現之程序驗證，每一驗證值均附不確定度與有效期限，並由具計量公信力之機構（如 NIST、IRMM、NMIJ 或國內量測中心）發行，為追溯鏈之最高依據。
- 五、標準參考物質（Standard reference material, SRM）：為美國 NIST 對其發行 CRM 所使用之註冊名稱，本質上屬 CRM，須附證書載明驗證值、不確定度、使用與儲存條件；國內文獻常以 SRM 泛稱國家計量機構發行之標準物質。實務上四者形成「內部查核樣品、市售 RM、CRM 或 SRM」之階層式追溯鏈，並應以 CRM 執行檢量線查核與能力試驗。
試說明水中元素萃取消化法－微波輔助酸消化法之測定目的為何？並
分別說明微波消化裝置中微波消化瓶材質、矽康油均勻加熱溫度、旋轉
盤之轉速為何？（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、測定目的：本方法係將水樣置於密閉微波消化瓶，加入硝酸（必要時加鹽酸）後以微波加熱進行酸消化，使溶解態、懸浮態及總回收態之金屬元素溶出並轉為可溶性離子態，同時破壞有機物與膠體，供感應耦合電漿原子發射光譜儀（ICP-AES）、感應耦合電漿質譜儀（ICP-MS）或原子吸收光譜儀（AAS）定量，屬元素分析之前處理步驟。
- 二、目的之進一步內涵：(1) 使元素完全釋出、提高回收率；(2) 密閉系統可減少汞、砷、硒等揮發損失及外來污染；(3) 縮短消化時間、降低酸用量與試劑空白；(4) 使樣品與標準品基質趨於一致，利於比對。適用於飲用水、地面水、放流水及廢水中總金屬之測定。
- 三、微波消化瓶材質：應採化學惰性、耐高溫高壓、可透微波且溶出極低之氟碳樹脂，如聚四氟乙烯（PTFE）、改性聚四氟乙烯（TFM）或全氟烷氧基樹脂（PFA）；不得使用玻璃或石英瓶，因其含鈉、硼、矽易污染且吸熱不均。瓶體須能承受方法規定之壓力與溫度，使用前以硝酸（1+1）浸泡並以去離子水沖洗，定期檢查變形、龜裂與密封圈老化。
- 四、矽康油均勻加熱溫度：為確認微波腔內各位置受熱一致，得以矽康油（silicone oil）替代水樣裝入各消化瓶，於設定功率下加熱並量測油溫；一般規範係升溫至約 175 ℃（常見 160 至 180 ℃，實際數值應依現行方法條文），各瓶間溫差應在正負 5 ℃ 以內，若某位置明顯偏低即表示微波場分布不均，須調整旋轉盤或檢修波導。
- 五、旋轉盤轉速：旋轉盤（turntable）須維持穩定轉動，使各消化瓶輪流經過微波場，避免局部過熱、爆瓶與回收率不一致；一般要求每分鐘 3 轉以上，加熱期間不得停轉或卡滯。品管上每批次應含試劑空白、查核樣品、添加回收（一般 75 至 125%）與重複分析；高氯、高有機物或高鈣樣品應減少取樣量或調整酸比例，以防壓力驟升。
使用感應耦合電漿原子發射光譜儀進行樣品分析時，其分析結果常會受到
許多干擾因素的影響，而導致誤差的產生。常見的干擾可分為兩類，分別
為光譜性干擾及非光譜性干擾，請說明其發生原因及解決方式。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、干擾之分類架構：ICP-AES 之誤差來源可分光譜性干擾（spectral interference）與非光譜性干擾（non-spectral interference）。前者屬「譜線選擇性」問題，為譜線重疊或背景貢獻；後者屬「訊號強度」問題，源自樣品傳輸、霧化、原子化與游離平衡及儀器漂移。兩者成因與對策不同，須先判定類型再對症處理。
- 二、光譜性干擾之發生原因：(1) 譜線直接重疊（line coincidence），如鐵、釩、鉻、鎳等譜線彼此接近；(2) 分子帶光譜（band spectra），如 OH、NO、CN、NH 等，多來自大氣夾帶、溶劑或有機基質；(3) 連續背景與雜散光（stray light），常見於高鹽或高基質樣品；(4) 高濃度元素譜線增寬與自吸收。
- 三、光譜性干擾之解決方式：選用靈敏度足夠且無重疊之替代波長（alternate wavelength）；採用高解析度光譜儀或二維陣列檢測器；執行背景校正（off-peak 或兩點背景）及干擾元素等效濃度校正（inter-element correction, IEC）；以標準添加法或基質匹配確認；必要時以共沉澱、離子交換等前處理分離基質。
- 四、非光譜性干擾之發生原因：(1) 物理干擾：黏度、密度、表面張力、溶解固體與酸度差異，改變霧化效率與氣溶膠傳輸量；(2) 化學干擾：難解離化合物（如磷酸鈣、硫酸鈣）生成，或易游離元素（鉀、鈉、銫）改變電漿游離平衡，影響鈣、鎂、鋇等之訊號；(3) 儀器漂移：炬管積鹽、霧化器堵塞、蠕動泵脈動、電漿功率與氣流不穩。
- 五、非光譜性干擾之解決方式：採基質匹配（matrix matching），使標準品與樣品之酸度、鹽度一致；添加內標準品（internal standard，如鈧、釔、銦、銠、鉍）校正傳輸效率與訊號漂移；採標準添加法；加入消游離緩衝劑（ionization buffer，如氯化銫、硝酸鋰）；定期清洗炬管與霧化器、執行檢量線查核與連續校正；高鹽樣品可稀釋或改用超音波霧化器。
說明河川、湖泊及水庫水質採樣－遙控無人機方式之方法及可能的干
擾。並說明河川採樣及水庫採樣之注意事項為何？（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、方法概要與適用範圍：遙控無人機（remotely piloted aircraft system, RPAS）採樣係以無人機搭載採樣器（蠕動泵浦抽水式、吊掛採樣瓶式或定深採樣器），依衛星定位懸停於測點上方，將採樣管或採樣瓶下降至指定深度取水，回升後裝瓶、保存與運送。適用於人員難以到達之河川斷面、水庫湖心、感潮河段、橋下及污染場址測點。
- 二、作業流程與品保：事前場勘並完成無人機註冊、操作證與飛航活動申請，取得水域管理單位同意；評估風速、陣雨、能見度與氣溫；檢查電池、槳葉、定位模組、泵浦與採樣瓶。現場以定位點懸停，將採樣管降至水面下 0.5 公尺（或依分層需求），先潤洗二至三次再取樣，記錄座標、深度、時間及水溫、pH、溶氧，並攝影存證。每批次執行現場空白、運送空白、現場重複與添加回收，採樣管線每次以去離子水清洗，避免交叉污染。
- 三、可能之干擾：(1) 氣象：強風與陣風造成懸停偏移、採樣管擺盪，雨霧造成設備短路與樣品稀釋；(2) 電磁與訊號：全球定位系統多路徑效應（橋梁、高樓、峽谷）、高壓電場與無線電干擾造成定位誤差或失控；(3) 氣動：螺旋槳下洗氣流（downwash）擾動水面、揚起底泥與浮油，改變水樣代表性；(4) 地形地貌：樹冠、橋下遮蔽視線與訊號；(5) 設備：管線吸附殘留、深度控制誤差、載重限制致採樣體積不足；(6) 飛安：鳥擊、其他航空器、人員與船隻。
- 四、河川採樣注意事項：應於選定斷面之代表點（中泓或流量比例點）採樣，避開橋墩渦流、排水口正下方與岸邊滯水區；採樣深度一般為水面下 0.3 至 0.5 公尺，且距底床 0.3 公尺以上，避免採入底泥；注意流速與水位變化，豐枯水期分別記錄；感潮河段應注意鹽度分層與漲退潮時間；無人機懸停高度不宜過低，以免下洗氣流擾動水體。
- 五、水庫與湖泊採樣注意事項：水庫具熱分層現象，應依調查目的分層採樣（表層、躍層上方、躍層下方、底層），並以定深採樣器確認深度；避開取水口、壩前與航道；藻華時表層常有浮沫與異味，宜加測葉綠素 a；風浪過大不宜作業；水位大幅變動時應重新定位測點；並須取得水庫管理機關許可，遵守集水區禁航與保育規定。
水中總硬度檢測方法－EDTA 滴定法中，測定時可能造成下列干擾問題，
此時應如何克服干擾問題？（每小題5 分，共20 分）
有些金屬離子使滴定終點褪色、不明顯或消耗EDTA，而造成干擾。
懸浮或膠體有機物質干擾滴定終點。
pH 值超過某一程度時，造成碳酸鈣或氫氧化鎂沉澱和滴定終點之漂移。
多磷酸鹽的濃度低於10 mg/L 時。
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、金屬離子造成終點褪色、不明顯或消耗 EDTA：銅、鋅、鎘、鈷、鎳、汞等離子與 EDTA 形成穩定錯合物並與指示劑競爭，使終點模糊或結果偏高。克服方式為加入遮蔽劑（masking agent）：以氰化鉀遮蔽銅、鋅、鎘、鈷、鎳、汞；以三乙醇胺或硫化鈉遮蔽鐵、鋁、錳、鉛；必要時先以羥胺鹽酸鹽將三價鐵還原並防止二價錳氧化。加藥順序為先加還原劑與遮蔽劑，再加 pH 10 緩衝液與指示劑。
- 二、懸浮或膠體有機物干擾滴定終點：有機物會吸附指示劑、遮蔽終點顏色變化，或與鈣、鎂錯合致結果偏低。克服方式：(1) 僅測溶解性硬度時，先以 0.45 微米濾膜過濾；(2) 測總硬度時，取樣後加硝酸或硫酸加熱消化，或以過硫酸鉀、紫外光氧化破壞有機物，冷卻後再調整 pH；(3) 少量有機物可先以活性碳吸附或混凝沉澱去除，並同時執行添加回收確認未造成損失。
- 三、pH 過高造成碳酸鈣或氫氧化鎂沉澱與終點漂移：滴定須控制 pH 於 10.0 加減 0.1（以氯化銨與氨水緩衝液）；pH 過高（約大於 10.5）時氫氧化鎂與碳酸鈣易析出，使滴定值偏低且終點漂移；pH 過低則指示劑變色不明顯、鎂錯合不完全。克服方式：以 pH 計確認緩衝後 pH；滴定宜迅速、溫和搖動，避免長時間曝氣吸收二氧化碳；若已生成沉澱，可加少量稀鹽酸回溶後重新調整 pH；鹼度過高之水樣先加酸煮沸驅除二氧化碳。
- 四、多磷酸鹽濃度低於 10 mg/L 時：多磷酸鹽會與鈣、鎂形成錯合物，使終點顏色回復緩慢、結果偏低；當濃度低於 10 mg/L 時，其干擾通常屬可接受範圍，一般可不予特別處理，僅需緩慢滴定至終點顏色維持 30 秒不褪，並以添加回收或重複分析確認。若要求較高準確度，可將水樣以鹽酸酸化至 pH 約 2 後煮沸約 30 分鐘，使多磷酸鹽水解為正磷酸鹽，冷卻後再調整 pH 10 滴定；濃度大於 10 mg/L 時則必須執行此水解步驟。
- 五、綜合品管與替代方法：每批次應執行試劑空白、查核樣品（CRM 或品保樣品）、添加回收（一般 85 至 115%）與重複分析；當水樣濁度、色度過高或含大量鐵、錳、鋁時，滴定法再現性不佳，宜改以原子吸收光譜法或感應耦合電漿原子發射光譜法測定，並與滴定結果比對，以確認數據品質。