下列何者可作為紅外光光譜儀之燈源？

本題觀念：

本題考查儀器分析中紅外光譜儀 (Infrared Spectrophotometer, IR) 的硬體構造，特別是光源 (Light Source) 的選擇。紅外光譜儀的光源必須能產生連續且足夠強度的紅外光輻射（主要是中紅外區，Mid-IR），通常利用熱輻射原理，將惰性固體加熱至極高溫使其發出紅外光。

選項分析

• A. Xenon lamp (氙氣燈)：

  • 錯誤。氙氣燈是一種氣體放電燈，主要產生強烈的紫外光 (UV) 和可見光 (Visible)，其光譜分布接近太陽光。
  • 應用：常用於螢光光譜儀 (Fluorometer) 的激發光源，或部分 UV-Vis 光譜儀，並非紅外光譜儀的主要光源。

• B. Nernst glower (能士特燈/能士特發光器)：

  • 正確。這是紅外光譜儀最經典且常用的光源之一。
  • 構造：由氧化鋯 (Zirconium oxide, ZrO₂)、氧化釔 (Yttrium oxide, Y₂O₃) 和氧化爾 (Erbium oxide) 等稀土金屬氧化物燒結而成的空心棒或實心棒。
  • 原理：利用電流加熱至高溫 (約 1500–2000 K) 時，會發出強烈的中紅外光輻射 (1 ~ 50 µm)。
  • 特性：室溫下不導電，啟動時需預熱 (Preheat) 才能導電發光，具有負電阻溫度係數。

• C. Deuterium lamp (氘燈)：

  • 錯誤。氘燈是紫外光 (UV) 區域 (約 190–380 nm) 的標準連續光源。
  • 應用：廣泛用於紫外線-可見光光譜儀 (UV-Vis) 的 UV 波段光源，以及高效液相層析儀 (HPLC) 的 UV 檢測器。

• D. Hydrogen lamp (氫燈)：

  • 錯誤。氫燈與氘燈原理相似，皆是利用氣體放電產生紫外光。
  • 應用：同樣用於 UV 光譜測量，但因氘燈的光強度較強且壽命較長，現代儀器多使用氘燈取代氫燈。

答案解析

紅外光譜儀 (IR) 需要能發射寬波段紅外熱輻射的光源。在選項中，只有 B. Nernst glower 是專門設計用於產生紅外輻射的熱輻射光源。其他選項 (A、C、D) 主要都是用於紫外光或可見光區域的光源。

因此，正確答案為 B。

核心知識點

考生應總結並背誦以下常見光譜儀對應的光源：

1. 紅外光譜儀 (IR) 光源：

   • Nernst glower (能士特燈)：稀土氧化物 (ZrO₂, Y₂O₃)，需預熱。
   • Globar (格羅巴燈/矽碳棒)：碳化矽 (SiC)，無需預熱，構造堅固。
   • Nichrome wire (鎳鉻絲)：較便宜，強度較低。
   • CO₂ Laser：用於特定波長的強紅外光源。

2. 紫外線-可見光光譜儀 (UV-Vis) 光源：

   • 紫外區 (UV)：Deuterium lamp (氘燈)、Hydrogen lamp (氫燈)。
   • 可見光區 (Vis)：Tungsten lamp (鎢絲燈)、Tungsten-halogen lamp (鹵素燈)。
   • 全波段 (UV-Vis)：Xenon lamp (氙燈)。

3. 螢光光譜儀 (Fluorometer) 光源：

   • Xenon arc lamp (氙弧燈)：高強度連續光譜，最常用。
   • High-pressure mercury vapor lamp (高壓汞燈)：線光譜。

參考資料

1. Skoog, D. A., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2017). Principles of Instrumental Analysis (7th ed.). Cengage Learning. (Chapter on Infrared Spectrometry: Sources).
2. Introduction to Infrared Spectroscopy, LibreTexts Chemistry. (Hardware: Sources of Infrared Radiation - Nernst Glower, Globar).
3. Photonics Dictionary - Nernst glower.