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簡易減量潔手裝置

文/牛其源

市面上不少酒精洗手產品，若選擇70〜75%的濃度，可溶解細菌外膜，方便又快速有效達到殺菌效果。但得注意，酒精洗手不是萬能，也有許多病毒是酒精無法殺死的，例如曾創下一週14萬人腹瀉求診的諾羅病毒，還有引起嬰幼兒腹瀉最常見的輪狀病毒、同樣產生腹瀉、下腹疼痛的星狀病毒，以及A肝、E肝等等。無法用酒精有效殺死的，還有腸病毒群，包括各種類型的克沙奇病毒A型、伊科病毒、小兒麻痺病毒等。另外有水痘病毒、引發感冒的鼻病毒、引起發高燒的腺病毒、B19微小病毒等，由於這些些病毒沒有外套膜，用75%酒精也無法有效杜絕。

醫師提醒，想要拒絕病毒，最有效的方法還是最傳統的方式「洗手」，而且強調乾洗手無用，必須是「濕洗手」，用水、用清潔液搓揉，把細菌病毒降到最低。

教學構想概述

生活中我們常常會遇到一些不環保的事，例如大量的水洗手、洗碗盤，原因只是因為清潔劑濃度過高，清潔手之後，需要大量的水清除手上殘留的清潔劑，這樣一來一往之間，耗費了的是大量的水及產生了大量汙染物(界面活性劑)。所以我們結合環保和惜物的概念，做這作品，來減少不必要的浪費，希望能推廣給大眾使用。用剛剛好的清潔劑濃度來洗手、洗碗盤，減少搓揉的時間和減少把殘留在碗盤上的清潔劑沖掉的水量，並強化殺菌的效果，將人為因素減到最低，給我們的地球有個休養的空間。

世界各城市的飲用水逐漸枯竭，費用也節節高升。新式多段淨化法能協助解決這個問題，把廢水淨化成乾淨的自來水。美國加州聖地牙哥市已發展出最先進的污水淨化系統。如果主管機關允許把處理過的廢水直接送到住家，將替許多城市與國家立下標竿。儘管資料證明處理過的廢水比目前的飲用水還乾淨，但如何說服大眾接受處理過的廢水，依然是最大阻礙。

以我國現有54 座污水處理廠（統計至103年底）為例，實際處理水量為每日285 萬噸，政府為了促進水資源永續利用、提高整體供水可靠度、帶動再生水相關產業亦為了讓一滴水變成兩滴水，政府已擇定臺中、臺南及高雄等地區共６座公共污水處理廠辦理放流水回收再利用示範推動計畫。你可知道一座污水處理廠價格動不動就五、六億元(54座*5億=270億)，這是一筆相當大的開銷，就只是為了淨水。

教學材料說明

達95％以上界面活性劑(洗潔精)、水、小瓷盤、油性奇異筆、滴管、試管、碼錶、廣用示紙、水桶、燒杯、相機、量筒(10ml) 、抹布、游標尺、20公升節水閥水桶、75％酒精、5ml定量裝置。
教學實驗活動說明

近幾年地球暖化更趨嚴重，在台灣因熱島效應影響，原先只有北部夏秋季節有缺水問題，近二年連中南部都出現缺水問題，淡水資源是很珍貴的，生活中洗澡、洗碗盤、洗車等，都會用到大量的水，而大量的清潔劑排放至水中，也會造成水的污染。因此，想從生活中會用到水來清潔進而殺菌的事情來研究，如何用最少量的清潔劑和水來達到清潔殺菌的效果，一切以減量、環保、救地球的觀念，來為地球盡一份心力。

希望能從作品中讓大家了解坊間常用的清潔劑 (界面活性劑)最佳清潔效果的濃度比，於日常生活中有效的利用，期望能用最少的水量，同時達到完全清潔殺菌的效果。

(一)個人採樣實驗

先配好(水：洗碗精)各種比例的清潔劑濃度放在試管中備用(如圖1)。利用固定長度的游標尺(如圖2)，在瓷盤上以油性奇異筆畫2公分長的痕跡，靜置約30秒讓其乾燥。
然後取不同濃度的清潔劑，滴一滴於油性奇異筆的痕跡上，接著以碼錶計時，看油性奇異筆痕跡溶解的狀況。
接著將大燒杯中的水倒入小量筒，記錄整個清潔過程中所用的水量。

圖1. 配好各種濃度的清潔劑

圖2. 固定2公分的游標尺

第一次溶解實驗

圖3-1. 畫線的瓷盤

圖3-2. 第一次實驗溶解的狀況: 30秒未完全溶解

第二次(沖水量)實驗

第三次(溶解秒數)實驗— (力量=第二次)重複再做一次

圖4-1. 油性奇異筆溶解痕跡

圖4-2. 清水沖洗後廣用示紙檢測情形

第四次(洗手)實驗―將油性奇異筆畫2公分在手背上，以三種濃度清潔的結果如下表:

(二)團體採樣實驗

一組五人，先在每位組員手心及手背劃上約二公分(油性奇異筆)直線，然後取(水：洗碗精=9：1)濃度的清潔劑，滴一滴於奇異筆痕跡的手心上，接著以碼錶計時，以滴管吸取清水，滴在溶解的油性奇異筆痕跡上，將污漬和清潔劑及水沖入大燒杯中，直到手心及手背沒有清潔劑的滑膩感時，以廣用指示紙檢驗是否有清潔劑的殘留。看油性奇異筆痕跡溶解的狀況，完成所有組員清洗工作，採計5位組員總用水量及時間。

以 (水：洗碗精 = 9：1)濃度的清潔劑測試成果：

教學實驗結果與討論

(一)個人採樣實驗

第一次溶解實驗時，當滴入清潔劑後，計時約30秒以指腹畫圓搓洗油性奇異筆的痕跡，若沒有完全溶解則停止計時，將瓷盤置於水龍頭下方，以小水流一邊沖洗，一邊搓揉，發現很快就溶解、洗掉了，因此發現第一次溶解實驗不同濃度的清潔劑，對溶解油性奇異筆色素的效果，以(水：洗碗精=9:1>7:3>8:2)濃度越低，溶解效果越佳。

第二次(沖水量)實驗進行清潔的操作，發現不同濃度的清潔劑，大都可以在30秒內將油性奇異筆色素溶解，當奇異筆的痕跡都被溶掉後，停止計時，以滴管吸取清水沖洗瓷盤上的清潔劑，並以手指來回搓揉，以觸覺來感受是否清潔乾淨，主觀的觸覺來判斷結果前三名：(水 : 洗碗精 = 6:4水量1.1ml ) < ( 9:1水量0.7ml ) < ( 2:8水量1.8ml )。

第三次(溶解秒數)實驗進行清潔的操作，發現不同濃度的清潔劑，大都可以在30秒內將油性奇異筆色素溶解，當油性奇異筆的痕跡都被溶掉後，停止計時，以滴管吸取清水沖洗瓷盤上的清潔劑，並以手指來回搓揉，以觸覺來感受是否清潔乾淨，主觀的觸覺來判斷結果前三名： ( 水 : 洗碗精 = 7:3時間11”03水量1.3ml ) < (6:4時間11”69水量1.4ml ) < ( 9:1時間13”40水量0.5ml )。

第四次(洗手)實驗―將油性奇異筆畫2公分在手背皮膚上，以三種濃度清潔的結果只有水：洗碗精 = 9:1溶解，其他未溶解的狀況，結果發現在皮膚上和瓷盤上，清潔劑溶解色素的效果不同，顯示同樣的汙漬，在不同的物體表面，溶解所需的清潔劑濃度不同。但可確定清潔劑(界面活性劑)低濃度，溶解速率快，得此證明。

由以上的數據資料可以知道，實驗操作的目的是要探討界面活性劑濃度對清潔、乳化、溶化等作用關聯。從實驗的操作中，大概可看出洗碗精主要是靠溶化作用來溶解奇異筆色素(圖6)，要溶解油性奇異筆的色素需要有水的參與，因此推論濃度太高的清潔劑，溶解效果反應較差。雖有些實驗數據可能受到溫度或壓力等因素影響到結果。但在所有實驗項目結果，還是可以確定，清潔劑(界面活性劑)濃度高低及溶解速率快慢是成反比的。因此，我們可以大膽提出清潔劑(界面活性劑)濃度越高其反應溶解速率越慢，反之濃度越低其反應溶解速率越快。

接下來就清潔的用水量來討論，從第一、三及四次實驗的清潔用水量來看，當溶解完後，將沖洗後的水倒入10毫升的小量筒中，測量清洗所耗費的水量，發現濃度越高的清潔劑溶解完後，清洗所需水量較大相對也花較多的時間，但濃度較低的清潔劑在洗清時，耗費的水量明顯較少，時間相對也少，以( 水：洗碗精 = 9：1 )濃度比為例，皆有前三名的表現。因此可以得知，清潔劑(界面活性劑)濃度高低與清潔用水量是成正比的，因此我們可以大膽提出清潔劑(界面活性劑)濃度越高其清潔用水量越高，反之濃度越低其清潔用水量越低。

(二)團體採樣實驗

最後我們以 ( 水：洗碗精 = 9：1 ) 濃度的清潔劑來測試成果，最主要是希望能夠測出最精確清潔劑(界面活性劑)與水的濃度比率，此次是以(水：洗碗精=9：1)濃度的清潔劑測試，就得到完整驚人的數據：5人10組共50人，所需用水量只需要1,711克，約1.7公升的水就可以洗淨50人的手，所以我們可以大膽提出清潔劑(界面活性劑)濃度越低，其清潔用水量越低(註：團體採樣實驗中前幾名隊伍很技巧地將水開關調整到最小的出水量，由一名同學負責水流量開關，在完全不浪費一滴水的情況下，才能有如此驚人的節水量)。

(三)未來的應用潛能如何？

我們可以製作一套簡易減量潔手裝置(如下圖)，它包含：(1)殺菌 ( 75％酒精) ，(2)清潔 ( 10％清潔劑) ，(3)洗清 ( 自來水裝置) ，(4)儲水裝置四部分，除上述清潔節水之外，還加強環保殺菌，它可運用在除了醫院學校外，一般飲食製備環境(如餐廳飲料業)，人員衛生環境需更加注重的單位。它讓一般大多只兼顧到清潔節水的環境，提升到環保殺菌醫療衛生水準，而這樣的裝置卻非常便宜便利，何樂而不為呢？

結論與建議

本次教學實驗活動最重要的是讓學生參與活動中瞭解到，界面活性劑的雙性分子結構特性一端為親油性（較易溶於油），另一端為親水性。藉由展著、濕潤、乳化及懸浮粒等特性，降低界面活性劑水溶液與餐具表面的接觸角，使其能鋪展於餐具及油質污物表面；再藉由界面活性劑，同時具有親油性及親水性之基團，親油基的部分吸附於油性污物表面，及親水基的部分吸附於玻璃陶瓷餐具表面，使油性污物及餐具間的附著力降低，配合手洗揉搓，導致油污自餐具表面剝離，最後利用界面活性劑的乳化力或懸浮力將污物以微胞(micelle)形式包覆後，懸浮於水溶液中，配合清水沖洗後，含污物之微胞即可去除。
利用以上原理及簡易減量潔手裝置採樣實驗結果得知：在實驗中，以 (水：洗碗精 = 9：1 ) 濃度的清潔劑測試50人，所需用水量只需要1,711克，約1.7公升的水就可以洗淨50人的手，所以我們可以提出清潔劑(界面活性劑)濃度越低其清潔用水量越低的說法。這說法進一步告訴我們，只要日常生活中清潔劑(界面活性劑)降低濃度，再以少量、適量的使用水清洗，我們的用水量將大幅度減少，讓水資源充份利用在更需要的地方。
展望未來，整個實驗雖沒有在一個穩定、實驗誤差頗大環境下做到完美，還有許多可以再加強及繼續探討的地方，如清潔是否完全，在不同的材質的清潔上，找出更精確適合的清潔劑濃度。但我們相信只要大家能從以減量、少量、適量的使用水資源做起，進一步找出最適當的節水觀念，地球的永續將不是夢想，來作生活中的守護者，為達到環保及愛護地球盡一份心力，最後告訴大家：拯救地球不困難，就差你的一大步。

經過各種實驗後，以下為建議大家的節水洗手兩種方法：

第一種：一般只有清潔劑 (請調製水 : 洗碗精 = 9：1 ) 濃度時，圖5為六大洗手步驟示意圖。