下列光譜法何者不須安裝特定光源？

本題觀念：

本題主要測驗考生對於不同光譜分析法之儀器構造與激發原理的理解，特別是區分「吸收/螢光光譜法」與「發射光譜法」在光源需求上的根本差異。

選項分析

• A. 原子發射光譜法（Atomic emission spectrophotometry, AES）：正確答案

  • 原理：利用熱能（如火焰、電漿 Inductively Coupled Plasma, ICP、電弧或火花）將樣品中的原子激發至高能態。當原子由高能態躍遷回基態時，會自行發射出特定波長的光。
  • 光源需求：樣品本身受熱激發後即成為「發光源」，因此儀器不需要安裝額外的特定波長光源（如燈泡或雷射）來照射樣品。這與原子吸收光譜（AAS）形成強烈對比，AAS 必須安裝針對特定元素的「中空陰極管（Hollow Cathode Lamp, HCL）」作為特定光源。

• B. 紅外光光譜法（Infrared spectrophotometry, IR）：

  • 原理：測量分子對紅外光的吸收。
  • 光源需求：需要安裝能產生寬頻紅外輻射的光源，如能士特發光器（Nernst glower）、格羅巴燈（Globar）或鎳鉻線圈，光線需穿過樣品以測量吸收度。

• C. 紫外光－可見光分光光譜法（UV-visible spectrophotometry）：

  • 原理：測量分子對紫外光或可見光的吸收。
  • 光源需求：需要安裝光源。通常使用氘燈（Deuterium lamp）作為紫外光區光源（190-350 nm），以及鎢絲燈（Tungsten filament lamp）作為可見光區光源（350-900 nm）。

• D. 螢光光譜法（Fluorescence spectrophotometry）：

  • 原理：分子吸收特定波長的激發光後，發射出波長較長的螢光。
  • 光源需求：需要安裝高強度的激發光源（Excitation source），如氙弧燈（Xenon arc lamp）、汞燈或雷射，用以提供光子激發樣品分子。

答案解析

光譜分析法中，凡是屬於「吸收光譜（Absorption）」或「光致發光（Photoluminescence，如螢光/磷光）」的技術，都需要一個外部光源來提供光子以供樣品吸收或激發。 唯獨原子發射光譜法（AES）是利用熱能或電能直接激發原子，原子本身即為發光體，故儀器設計上不需要安裝提供光輻射的「特定光源」。因此答案為 (A)。

核心知識點

考生應統整並記憶下列光譜法之**激發源（Excitation Source）與光源（Light Source）**對應關係：

1. 原子發射光譜 (AES)：
   • 激發源：熱能/電能（火焰 Flame、感應耦合電漿 ICP、電弧 Arc）。
   • 光源：無（樣品自行發光）。
2. 原子吸收光譜 (AAS)：
   • 光源：中空陰極管 (HCL) 或 無電極放電管 (EDL)（提供特定元素波長）。
3. 分子螢光 (Fluorescence)：
   • 光源：氙弧燈 (Xenon arc lamp)、雷射（提供激發光子）。
4. UV-Vis 吸收：
   • 光源：氘燈 (UV)、鎢絲燈 (Vis)。
5. IR 吸收：
   • 光源：能士特發光器 (Nernst glower)、格羅巴燈 (Globar)。

參考資料

1. Atomic Emission Spectroscopy - LibreTexts Chemistry
2. External radiation source is needed in AAS and AFS - Filo
3. Skoog, D. A., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2017). Principles of Instrumental Analysis. Cengage Learning. (Chapter on Atomic Emission Spectrometry).