全國中小學科展

化學科

攜帶型直笛檢測器研發與呼出氣體分析

以往呼氣分析皆是在醫院及研究單位進行,且呼氣檢測可提供診斷疾病的資訊。文獻中指出,血糖值上升則呼氣中CO2濃度上升;血糖值下降則呼氣中CO2濃度下降。本研究發展攜帶型直笛檢測器(簡稱FRD)分析呼氣,採用市售直笛組合自製流速計,搭配APP-Spectroid測量吹入氣體聲波頻率,比對聲波頻率與分子量相關性,並加入氣體絕熱指數的校正。本研究FRD完成N2與CO2校正,得到高再現性結果,以N2和CO2不同比例混合氣體作為標準品,完成檢量線。人體呼氣測試以多步驟集氣袋模式排除水氣,並將測出呼氣平均分子量換算與校正得呼氣中CO2濃度。本研究有效開發FRD並發展微小化輕便檢測器,降低檢測器成本易推廣於大眾,更能夠收集大數據促進國人醫學與健康的研究。

催化!氧化!KI與雙氧水的反應探討

本研究最主要目的是:探討溫度、鹼性、溶劑、KI對H2O2(aq)分解反應的影響。兩種方法收集氣體並交叉比對數據。總結實驗重要結論如下: 一、 溫度固定下,不同濃度NaOH對不同濃度H2O2分解產生的總壓力均為:2M>1M>0M;但是高濃度NaOH對不同濃度H2O2分解產生的總壓力均為:2M>4M>8M。 二、 25℃下,對KI分解H2O2(aq)反應產生O2,速率較易實驗及觀測。溫度:0℃、25℃、50℃、75℃,其產生O2的速率(單位: mL / min)依序為:0.46、29.4、40、167。 三、 在不同酸鹼度對KI分解H2O2(aq)反應氧氣產生總壓力及產生速率,均為酸>微鹼>鹼;而且KI與雙氧水反應pH值則是迅速的上升大於7,最後呈微鹼性。 四、 H2O2氧化KI比例(%):原始數據(0.09)>礦物油(0.08)>正己烷(0.04)。H2O2自身氧還比例(%):原始數據(97.3)>礦物油(94.46)>正己烷(94.25)。

蓮霧葉葉綠素電池—家鄉綠能產業相關研究

配合家鄉「養水種電」與學校「綠色能源」特色課程,並結合家鄉的特產「蓮霧」做為研究主題。利用蓮霧葉來製作葉綠素電池不但可以研製無汙染的能源,還可以減少農夫露天焚燒蓮霧葉的問題。希望能實驗出讓蓮霧葉綠素電池有較高電流、電壓數據的方式,並以環保少汙染的製作過程,讓蓮霧葉綠素電池可以運用在日常生活。 研究結論如下: 一、 蓮霧葉中葉(成熟度為1~3個月)所萃取的葉綠素液有較強的電流和電壓,酸鹼度的數據也比較低(pH值約4)。 二、 根據實驗數據,葉綠素液「溫度越高」、「酸鹼度越低(酸)」、「太陽光越強」、「電極接觸面積越大」是影響「電流」強度的重要因素。 三、 蓮霧葉綠素電池較其他葉綠素液材料(蔬菜、雜草)有較好的發電效果。

近朱者赤,近墨者黑 - 水溶性(小)分子結合誘導蛋白質(巨)分子疏水性下降

以蛋白質的親水性和疏水性為基礎,以電泳來觀察結果。起初,我們試著找出最佳的蛋白質觀察濃度,發現使用的蛋白質本身已經具有雙硫鍵,利用蛋白質會附著在PVDF(聚偏二氟乙烯)膜上的特性,我們嘗試去除可以打斷雙硫鍵的DTT(二硫蘇糖醇)分子。利用SDS(十二烷基硫酸鈉聚丙烯醯胺凝膠電泳)把蛋白質從PVDF上取下時, 我們觀察到可以利用疏水性強度來競爭蛋白質的結合。我們轉向利用不同碳數來分類蛋白質,使蛋白質和含碳基質利用疏水性作用力保持在弱結合的狀態,此處我們用 4 碳和 8 碳漂珠來當代表,再利用水溶性小分子和特定蛋白質結合,結合後的小分子蛋白質共體和含碳基質的作用力下降,共體就會溶離釋出。此實驗對於尋找會和特定糖類結合的蛋白能有效的提供資訊。

攔截記憶碼─ PLA形狀記憶效果之研究

3D列印技術在近幾年來快速興起,然而在應用及研發的過程中,往往會產生大量的PLA廢材。PLA是一種熱塑性塑膠,聚乳酸。為了嘗試解決廢材問題,我們意外在加熱測試中發現PLA具有形狀記憶的效果,也就是PLA遇熱後會軟化得以塑形,當它冷卻變硬後,再放回熱水,竟然會回到原來的初始狀態! 為此,我們進一步設計實驗,了解溫度、厚度、顏色對PLA形變效果的影響,並意外發現只要利用「溫度、時間」加以定型,就能任意更改PLA作品原有的形狀記憶效果,重新載入新記憶。有了這些新發現與技術,我們利用溫度將3D帶入4D,增加了3D列印的應用與價值。同時,我們也嘗試進行PLA改質的測試,發現以皆為聚脂類的PCL混合效果較佳。

以單鐵源合成磁性氧化鐵之探討

本研究嘗試利用「自製磁吸裝置」來探討傳統合成Fe3O4的條件、並開發以「草酸亞鐵」為前驅物經過氧化氫系統氧化合成Fe3O4的方法,成功控制以單一亞鐵源合成Fe3O4。為了能夠量產Fe3O4,實驗以「窯燒」方式進行,使不同含鐵起始物隔絕氧氣並在高溫下重新排列組合。由於部分鐵源所製出的產物磁性強卻具雜質,因此我們採用虎克定律作為輔助以判別磁性差異。 實驗發現需要適當pH環境與反應速率才能得到磁性的Fe3O4產物。在熱裂解方法中,以「草酸亞鐵」作為前驅物進行600℃、2小時封窯加熱後所製成的Fe3O4雜質少且磁性佳。實驗以銅置換反應及鐵硫氰鹽、普魯氏藍等顯色方法為依據,鑑定起始物在高溫下的磁性產物中不含鐵元素,最後也以科學上具有公信力的XRD證明此結果。

搞什麼?多酚不再變色!—探討草酸對抑制水果多酚變色的研究

本研究探討草酸抑制多酚變色的效果,我們將各類易氧化褐變水果,浸泡於不同濃度的草酸水溶液中,觀察水果變色程度,並將變色結果與水果在空氣、水、食鹽水等條件下進行比較。 由實驗發現一:草酸在低濃度溶液中,便有抑制延緩水果變色的效果,其中尤以香蕉皮、香蕉肉最有效抑制。發現二:草酸的近強酸性,使浸泡在草酸水溶液(約pH=1.5)中的水果不會發霉,而在空氣、水、食鹽水等條件下的水果則發霉。我們歸納重大實驗發現三:草酸可以替代雙氧水使用於水果抑制變色,保鮮、保存上值得推廣應用,其中香蕉皮、香蕉肉最有效果,很值得優先推薦於產業界與商家。在研究草酸食用安全性時,發現四:水果浸泡於低濃度0.1克草酸水溶液(約1%)時,適量食用是安全的。

乍暖?還寒!冷熱自明

本研究中主要是利用實驗來找出實驗溶解熱。最終得到以下的結論:利用不同自製卡計(量熱器)來進行熱含量測定,測量出最精確的溶解熱材質卡計為:保麗龍材質外蓋+鋁杯容器卡計,我們還發現溫度愈高時溶解熱反而較小,還有溶解度大的反應物,因溶解為放熱反應所以造成溶解熱也受影響而變大。最後我們找出最佳冷卻試劑樣品:找出CO(NH2)2固體/KNO3固體=2:1比例,是能降至低溫的冷凍劑。

「粉」可怕

粉塵爆炸(英語:Dust explosion),是指粉塵在一定的密度內同時瞬間燃燒的狀態。八仙樂園的那場意外造成了許多傷亡,經專家分析後,確定是因為濃度極高的玉米粉引發了粉塵爆炸。此次研究想探討出何種條件下,最容易引起粉塵爆炸。 當桶內粉末濃度達到一定的質量時,就容易引起粉末的瞬間燃燒,造成氣體急速的膨脹。但我們在過程中,燃燒中的甲醇在桶子內部溢出,導致桶子變形,於是我們在桶子內部貼上鋁箔紙; 粉末噴出後無法點燃,所以我們在桶子內裝甲醇的蒸發皿加裝三角架固定並加高。 實驗後,我們觀察到以下結果:我們發現粉塵濃度越大,爆炸威力越強;烘烤時間越久(越乾燥),爆炸威力越強;在相同條件下塵爆威力,玉米粉>太白粉>低筋麵粉。

黑色奇蹟-探討茭白筍殼碳化之功用

我們將茭白筍殼分頂、中、根3部分測量其含水量及含水率發現,根部含水量最多,中間其次,頂部最少,但含水率頂、中、根均接近,顯示茭白筍殼各部位含水量高,各部位均不容易乾燥且不易處理,經乾餾後收集的氣體溶於水後pH<4,而碳酸飽和溶液濃度pH=5.6,若經大量處理可得到茭白筍殼醋,但本實驗獲得的量極低,而剩餘黑色固體由其導電性可知為碳。由吸水性實驗可知,茭白筍殼碳可吸水量為原重3~4倍,有良好吸水及保濕效果,在農業利用上可減少水的用量,經由染料和甘胺酸的吸附可得到對有機物有良好吸附效果,且對於茭白筍田用水中亞硝酸鹽的吸附亦有不錯效果,故在處理廢水及農業過量肥料使用有實際的應用。