全國中小學科展

化學科

碘食呈經~澱粉碘液呈色及穀物分解探討

在這篇研究中,我們希望探討溫度、酸鹼和還原糖是否影響澱粉碘液反應呈色。我們希望藉由分析各類穀物澱粉分解的幅度及效率,是否有迅速的量測方式。我們使用的方法為澱粉碘液呈色法,透過澱粉與I3-形成的藍色變化,我們可以看出澱粉和碘離子是否發生還原、分解等反應。 研究結果我們發現許多有趣現象。首先透過不同濃度的澱粉水溶液與碘液的反應,確認澱粉含量和碘液之間呈現極佳的線性關係,可依據此測定澱粉含量變化。我們發現澱粉碘液的呈色會隨著pH值上升而變淺、隨著溫度上升而變淺、因為還原醣而變淺。不同穀物間以苦蕎麥最容易消化,蕎麥最不容易消化。茶類商品中訴求減緩餐後血糖上升的產品可以抑制澱粉分解,蕎麥萃取物也有相同效果。

能量間的轉換

國中理化中介紹 鋅 + 硫酸銅溶液 → 銅 + 硫酸鋅 + 熱量 (固體) (固體) (無色) 係用此化學變化來說明放熱反應。引起我們有一想法就是:這個反應式,是否能同時產生幾種不同的形式之能量呢?如電能和熱能。這個問題引發了我們的興趣,想利用課本中鋅 + 硫酸銅的溶液的實驗來進一步探討化學變化中是否也會產生電能。

微生物源尿酸氧化酶催化尿酸降解與高尿酸檢測

尿酸氧化酶參與嘌呤代謝機制,然人類尿酸氧化酶基因已退化,易使過量尿酸沉積於關節造成痛風,因此微生物源尿酸氧化酶具極高研發價值。 本研究針對微生物源酵素進行基因體探勘,篩選出抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)及耐熱雙球桿菌(Thermobispora bispora)源尿酸氧化酶基因,取得尿酸氧化酶重組蛋白質進行酵素活性測定、熱穩定分析、蛋白質結構解析、酵素對金屬離子耐受性分析與尿酸檢測應用。抗輻射奇異球菌源酵素於30℃催化速率較過去報導之酵素佳,而耐熱雙球桿菌源酵素於70℃催化效率與熱穩定性仍佳。解析耐熱雙球桿菌源酵素結構發現羧基端具特異性構型,推測與熱穩定性有關。本研究的兩種尿酸氧化酶,可分別作為降解尿酸的速效及緩解型藥物,並開發成快速檢測尿酸的簡易方法。

『微』『錳』先生-乾電池中可回收、可替換式之二氧化錳微膠囊試紙研究

明膠作為殼材包覆乾電池去極劑,在10%二氧化錳-明膠溶液(明膠與水質量為1:13)中以10%草酸交聯可得到最佳功能效率、最佳承受應力並且能將二氧化錳100%包覆回收的去極劑紙膜,該紙膜可以較散佈式二氧化錳提供38%的電壓,卻能與氯化銨等低污染性電解糊料作100%分離與回收,減少重金屬汙染問題,值得開發利用。在微膠囊製程,建議配方為15%酒精水溶液、0.5%明膠、1%二氧化錳之中性溶液,待噴霧成膠囊後用5%草酸水溶液進行交聯。使用超音波霧化器控制其噴濺高度與時間,得到15-25公分間以20分鐘為最佳噴濺時間 ,此模組化條件能幫助開發家用微膠囊製備系統,用以居家清潔、替換式電解質試紙與美妝保養品之小型家電中。

逸而散

在 HCl、NH3 氣體擴散的實驗中,我們遭遇多次失敗的經驗,希望能尋求更適合的實驗方式,以探討氣體擴散現象。 於大氣壓力下測量擴散所減少的體積之實驗,不但計算結果具有較高的精確性,而且其裝置便宜易組裝,應為較理想的實驗裝置。其裝置之照片如下:

振盪藍色小精靈

『藍瓶反應』以亞甲藍從藍色(氧化)←→無色(還原)瞬間的變化令人稱奇。從現有的資料我們已知藍瓶反應中,會變色是因為有可以繼續氧化的官能基,在其官能基附近有拉電子基的存在,所以能夠產生顏色變化。架設好實驗設施後,我們改變搖晃頻率,希望尋找出最佳的搖動頻率。反應時使用LED(白光)對實驗分析採集器的光感應器照光,來觀察光度變化量與反應時間。我們利用此實驗裝置可以準確的得到,藍瓶反應在不同質量下的葡萄糖、不同濃度的氫氧化鈉、不同體積的亞甲藍、不同溶氧量反應時的反應速率定律式,而我們最後實驗所得的反應速率定律式: R=k[C6H12O6]-2[NaOH]1[O2]2。利用改變溫度下的條件求得活化能。最後使用刃天青來進行紅瓶反應,比較藍瓶與紅瓶反應的差異。

銀奈米粒子於表面增強拉曼散射(SERS)之應用

表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,常縮寫為SERS)可以廣泛應用於生物、醫藥、電化學、環境工程等多種方面偵測分子。利用粗糙金屬表面如奈米粒子,可以放大拉曼訊號,其中奈米銀可以將吸附在它表面的分子的拉曼光譜訊號放大為106~1014倍之多。本研究利用乙二醇還原銀離子,並加入保護劑PVP,成功合成奈米銀粒子,並利用自製銀奈米粒子,應用SERS偵測10-5M的?啶溶液,其訊號值為31345,較市售銀奈米粒子所偵測的2791強上11.23倍,預計可以進一步分析出10-6M、10-7M 甚至更低濃度的?啶溶液,顯示出極佳的拉曼增顯效果。

螢光乍現的真相探索

本實驗利用 CD 片、光感測器與數位相機自製一個簡易的螢光測定裝置,針對光敏靈系統及各種螢光棒進行發光探討,除了進行各反應物濃度變因的研究外,更深一層地測量螢光波長及強度變化、拍攝螢光繞射條紋,並探討添加染料(螢光黃、薔薇紅)、非水溶劑(醇類、胺類、丙酮及DMSO)、雙氧水催化劑(鉛、銅、錳氧化物及鐵離子)及以其他Fe\r 鹽錯合物(黃血鹽、Na3Fe(C2O4)3、NaFe(EDTA))等代替赤血鹽對光敏靈發光現象的影響,最後我們透過各種離子溶液的呈色檢測發現赤血鹽離子[Fe(CN)63 -]在發光系統中會轉變成二價的黃血鹽離子 [Fe(CN)6]4 -,既作氧化劑也作催化劑,更是光敏靈發出螢光反應的關鍵物質。

五分之ㄧ的真象

在上自然課時,老師帶領我們做有關空氣中氧含量有多少的實驗,我們利用蠟燭燃燒時會消耗氧氣的原理,用玻璃長筒罩住燃燒的蠟燭,蠟燭熄滅後,水會因玻璃長筒內的氧氣被消耗而上升,驗證出空氣中有五分之一的氧氣。但是我們每一組所得的結果,都不太一樣,有的水位上升超過五分之ㄧ,有的不到五分之ㄧ,幾乎都沒剛好上升五分之ㄧ的,於是在討論時,到底有那些因素會影響到水位的上昇,老師認為這是一個很好的問題,值得去研究,於是我們就展開了這次的實驗。

「聚」「金」「費」神

目前工業中使用之費頓法分解物質後,通常會留下大量鐵汙泥需待處理汙染,為了避免這個情形發生,故我們搜索一些能夠吸附鐵離子材質,如PAA、PVA、γ-PGA等三種市面上常見的金屬吸附劑,期望藉由吸附材質與金屬離子之螫合反應,能達到重複利用,解決鐵汙泥之問題。本實驗首先將這三種藥品初步試驗,發現PAA及γ-PGA吸附鐵離子後對於亞甲藍的褪色效果良好。我們便逐步篩選出反應速率最佳之條件。結果顯示:現針對單一吸附材料而言,PAA在濃度10-1M的Fe2+與10-3M HCl中能有最高的效率;而對r-PGA而言,在濃度10-2M的Fe3+與10-3M HCl中能有最高的效率。相較於使用單一種吸附材料,我們發現PAA對Fe2+及r-PGA對Fe3+有相當好的吸附能力,而且費頓反應在進行時,也會進行Fe2+及Fe3+離子的轉換。因此,我們透過兩者依不同比例混合後,發現能更有效的吸附兩種金屬離子,使其反應會更加迅速,其中以PAA:γ-PGA=7:3的比例效果最佳。