分析 [第五版] 化學 Chemical Exploring Analysis [5E] 原著 Daniel C. Harris 分析 [第五版] 化學 Exploring Chemical Analysis [5E] 原著　Daniel C. Harris 譯者　林維炤‧李淵博 歐亞書局

CH 1 化學分析的流程 1-1 分析化學家的工作 1-2 化學分析的通則

巧克力除了含有高能量外，也含有相當量的咖啡因（caffeine）與可可鹼（theobromine）。 P.1

1-1 分析化學家的工作 採樣 化學分析的第一個步驟即是要取得一個具代表性的小樣品，這個步驟稱為採樣（sampling）。 採樣　 化學分析的第一個步驟即是要取得一個具代表性的小樣品，這個步驟稱為採樣（sampling）。 純巧克力應該是相當均勻的（homogeneous），此即意味著在此樣品中，任何位置都具有相同組成。 具有碎堅果的巧克力則是非均勻的（heterogeneous）樣品，由於堅果與巧克力並不相同，因此在不同部位的組成比例是不同的。 P.2

樣品準備 溶劑無法深入巧克力內部，將無法有效的將油脂萃取出來。因此，丹比與史考特靈機一動將巧克力切成小塊，再放入研缽中以杵磨成小顆粒（圖 1-1）。 圖 1-2 說明此步驟中的第二個工作。 經高速旋轉後，巧克力會聚集在離心管的底部，而上層溶解了油脂的澄清液體則被傾出來丟棄（decanted）。 P.2

圖1-1 圖1-1　使用陶瓷研缽與杵以將固體研磨成粉末。 P.2

圖1-2 圖1-2　萃取巧克力中的油脂，所留下不含油脂的固體將進行　　 　　　 後續分析。 P.3

在分析化學中，將想要測定的物質稱為分析物（analyte）。 以攪拌與加熱的方式儘可能的將殘餘物溶解或者懸浮於水中而成泥漿態（slurry），然後將離心管中的泥漿倒入 50 mL 的角錐瓶中。 將樣品注射進層析儀器進行層析分析前，須先進行「淨化」的工作，將樣品水中懸浮的小顆粒去除（圖 1-3）。 將這些細小的顆粒聚集在離心管的底部，再將混濁帶著褐色的上層液（supernatant liquid）過濾。 以上工作稱為樣品準備（sample preparation）。 P.3-4

圖1-3 圖1-3　利用離心與過濾來分離不需要的固體殘餘物與含 分析物的溶液。 P.4

化學分析 將樣品溶液注射進入層析（chromatography）管柱，藉著層析管柱將分析物分離並且測定它們在溶液中的含量。 圖 1-4a 中的管柱填充了微細的矽膠（SiO2）顆粒，這些矽膠顆粒的表面連接了長鏈的碳氫化合物分子。 P.4

圖1-4 圖1-4　液相層析的原理。(a) 一個在管柱出口端附有紫外光吸收偵測器的層析裝置。(b) 以層析法分離咖啡因與可可鹼的過程。咖啡因比可可鹼更容易溶在矽膠固體表面的碳氫化合物所形成的靜相層中。咖啡因留在靜相層的傾向較強，因此通過管柱的移動速度變慢。 P.5

圖 1-5 為時間相對於吸收強度的圖形，我們稱它為層析圖（chromatogram）。 確認未知樣品中含有哪些東西的工作稱為定性分析（qualitative analysis）；而確定含樣品中分析 物有多少量的工作稱為定量分析（quantitative analysis）。 圖 1-5 中，每一個成分峰的面積與通過偵測器的量會成正比。 P.5-6

圖1-5 圖1-5 注射 20.0μ L 由黑巧克力所得萃出液之層析圖譜。所使用的管柱為 4.6 mm × 150 mm 長的層析管柱，其中填充了粒俓 5 μm Hypersil ODS 的矽膠顆粒（洗滌過的）；實驗中的流洗液組成為水：甲醇：醋酸（79：20：1）。流速為每分鐘 1.0 mL。 P.5

檢量線 濃度與訊號強度所建立的函數圖形稱為檢量線（calibration curve）或標準曲線（ststandard curve）。 為了建立檢量線，須準備一系列含不同已知濃度的標準溶液（standard solution），然後分別將這些標準溶液注入管柱，且測量由這些標準溶液所得的層析圖中各成分峰的高度。 圖 1-6 為由某濃度的標準溶液注入管柱所得的層析圖，圖 1-7 則是咖啡因與可可鹼的檢量線，所配製的標準溶液濃度分別為每克中含有 10.0、25.0、50.0 與 100.0 微克的咖啡因與可可鹼。 P.6

圖1-6 圖1-6　注射 20.0 mL 標準溶液所得到的層析圖譜，溶液中含有濃度分別為 50.0 mg/g 的可可鹼與咖啡因。 P.6

圖1-7 圖1-7　可可鹼與咖啡因的檢量線，圖中顯示了成分峰高度與濃度的關係。1 ppm 是指每克樣品中含有 1 微克的分析物。圖中由實驗數據所得到的直線方程式是由最小平方差法（method of least square）計算所得（於第 3 章介紹）。 P.6

結果解釋 分析白巧克力與黑巧克力所得到的結果列在 表 1-1。 表 1-1 也列出了對樣品進行三次重複分析所得到的標準偏差（standard deviation）。 表 1-2 比較了不同來源的樣品中所有的咖啡因含量。一罐清涼飲料或一杯茶所含咖啡因的量約為一杯咖啡的 1/4 到 1/2。 P.7

表1-1 表1-1 P.7

表1-2 P.8

品質保證 專業的分析人員遵守一套稱為品質保證（quality assurance）的準則，使得分析人員與其客戶對於分析的品質有足夠的信心。 P.8

ISO, the International Organization for Standardization ISO 9000 Quality management ISO 22000 Food safety management ISO 45001 Occupational health and safety ISO 37001 Anti bribery management systems

1-2 化學分析的通則 一些化學分析上常用的步驟： 系統化的闡述問題： 將一般性的問題轉換成可經由化學測量來回答的形式。 　將一般性的問題轉換成可經由化學測量來回答的形式。 選擇適合的分析方法： 　搜尋適當的文獻並尋找適當的分析方法，或設計一個新的分析方法來獲得所需的資訊。 採樣： 　選擇具代表性樣品的過程。 P.8-9

將這些具代表性的樣品轉換成適合化學分析的型態。低濃度的樣品需要在分析前進行濃縮，對於會干擾的物質則需試著移開或遮蔽。 樣品處理： 　將這些具代表性的樣品轉換成適合化學分析的型態。低濃度的樣品需要在分析前進行濃縮，對於會干擾的物質則需試著移開或遮蔽。 分析： 　樣品必須等分（aliquot）成數份以進行重複測定（replicate measurement）。 P.10

寫一份清楚而完整的報告。報告中需要將限制清楚地標示出來，報告的格式需根據對象而有不同的表達方式。 報告整理與數據解釋： 　寫一份清楚而完整的報告。報告中需要將限制清楚地標示出來，報告的格式需根據對象而有不同的表達方式。 結論： 　報告愈清楚，閱讀報告者誤解的機會就愈低，分析人員有責任確保結論與數據是一致的。 P.11