全國中小學科展

佳作

「凍未條」~吉利丁與水果酵素的邂逅

本研究主要探討影響果凍凝結的因素。在這個「飲食不安全」的環境裡,我們想自己動手做出安全又美味的果凍。製作「水果果凍」時,卻發現部分水果不能讓果凍凝結,因此我們想用科學的方法來測量,到底是什麼因素影響了果凍的凝結。 為了把感覺變成科學的數字,我們利用自製的「果凍耐壓度測量器」,找出口感最佳的口凍製作比例。 我們共使用十種水果來做水果果凍,十種水果中,只有「鳳梨」與「奇異果」無法讓吉利丁凝結。我們自己製作了十種水果酵素,發現鳳梨、奇異果酵素會讓果凍變很軟。

窮人的水擦黑板

黑板的使用會造成粉筆灰的累積、飄散,目前雖有標榜無灰的黑板產品,但依舊無法在一般校園間普及,因此本研究希望能提出一個實用的改善方法。我們從擦拭黑板的落塵情形一路測試到實際的書寫,證實了傳統在擦拭時有54.91%的粉筆灰被板擦吸附、40.19%散佈在環境,其中只有11.25%掉落在板溝附近,這也使得環境中的PM2.5濃度上升3.5倍,利用本研究開發的水擦板擦擦拭時飄落的粉筆灰僅有1.09%,大幅減少了落塵的情形,並且以濕抹布加刮刀的方式擦拭,相較於不使用刮刀的組別字跡清晰1.5倍,甚至比一般板擦的字跡清楚20%,本研究證實了新開發的水擦板擦可以適用於校園中的黑板,能有效減少擦黑板所產生的落塵、增加書寫時的清晰度,是改善教室環境的新利器。

「小藻立大功」-應用單細胞微藻製作之重金屬檢測器

重金屬污染中,常見的有錳、銅、鋅、鐵、鎘、鎳等。研究指出,藻類有金屬吸附能力,在環保上,可處理金屬廢水。另外,有些金屬在低劑量會促進藻類生長,過量則會抑制其生長。利用此特性,希望藉金屬濃度與藻數目的高度相關迴歸方程式(R2>0.9),當作生物性的金屬檢測器。實驗中使用單細胞之等邊金藻(Isochrysis galbana)和具相同陰離子之重金屬溶液(ZnSO4、MnSO4、NiSO4、CuSO4)及非重金屬溶液(Na2SO4)進行共培養。結果,求得第7天之NiSO4及CuSO4與等邊金藻數目的高度相關迴歸方程式。利用此NiSO4及CuSO4金屬檢測器,可換算出1g之Na+型陽離子交換樹脂對200mM NiSO4的吸附率為29%,4g為88.9%。而Na+型陽離子交換樹脂對5mM CuSO4的吸附率則達100%。另外,並推測等邊金藻對200mM NiSO4與5mM CuSO4並無吸附力。

「藻」到「膠」點--探討海藻膠安定性與應用性之研究

石花菜乾料復水性佳,膠質量多,且可反覆抽取,產值高。以平板加熱器煮沸再持續加熱60分鐘後,其黏度可比原來增加五倍以上。且以抽取比例1:25,可達最佳的產值。在常溫做海藻原液觀察石花菜膠的安定性最好。經過50℃烘乾16小時後,可得到易保存乾燥的海藻面膜,經40℃復水5分鐘後,即可形成海藻凍膜,敷在皮膚上5分鐘後,其保水度迅速可從30%提升至45%。由圖表可知,石花凝膠(配方D)於敷凝膠第五分鐘保濕力高於仿市售蘆薈凝膠(配方E),而兩者皆有相同的保濕持久性。將石花凍直接裁切0.5公分厚度烘乾4小時,要使用前復水1分鐘,即可成為容易保存、製作成本低、膠強度好、可至少維持7小時的內膜傷口敷料,是個極具開發潛力的敷料原料。

紅葉小巨人

過氧化氫,俗稱雙氧水,沸點 150℃,對有機物有很強的氧化作用,一般作為漂白劑使用。攝取過量的過氧化氫會對人體組織有傷害。實驗室裡是利用二氧化錳分解過氧化氫,但一般家庭食品不適合使用化學法,我們的實驗就是要找出方便快速且無毒性的物品當催化劑來加快過氧化氫分解。於是我們選定幾種蔬果實驗,並改變不同的條件做對照,希望能找出分解過氧化氫最佳蔬果及條件。本實驗的結論有幾點: (1) 紅葉之分解效能為蔬果中最佳(2)紅菜對過氧化氫分解速率高,但受溫度限制,其在實驗中溫度為 40℃下分解效率最佳,在 pH8 分解過氧化氫效果最佳。(3) 利用紅菜葉室溫下或冷藏溫度下與豆類製品浸泡十二小時,即能去除豆類食物中的雙氧水。紅菜生命力強,且價格低廉。所以稱紅菜為「紅葉小巨人」。

甲若殼以結素重金屬汙染-甲殼素吸附重金屬水溶液

本實驗中採用自製的甲殼素吸附金屬離子,發現在0.04M、pH4、25℃、45分鐘時添加了戊二醛的甲殼素對銅離子有最好吸附效果。其中甲殼素在不同濃度的銅離子中,濃度越低對銅離子的吸附量會越少。而在添加戊二醛改質甲殼素以形成網絡型結構方面,隨著戊二醛添加量的增加,甲殼素對銅離子吸附量隨之增加。時間對銅離子吸附量的影響發現,GA2在10到40分時吸附最快速,約在45分時達平衡。在甲殼素克數對銅離子的吸附量影響發現,大約在0.8克時吸附可達平衡。甲殼素在不同pH對銅離子吸附量的影響方面在越偏酸性的環境下吸附效果最佳。

高階彩虹

課堂上介紹到彩虹形成的原理是透過水珠的色散、折射與反射,而我們平時可以看到的虹和霓分別是反射一次與兩次所造成,本研究便欲探討更高階的彩虹。我們開發出電腦模擬程式,由「光線追蹤法」繪出一到十階的彩虹,研究光在水珠內反射次數、光的入射角與總偏向角之關係,發現反射次數越多,入射角要越大才會產生總偏向角的最小極限。此外我們也計算出每一條光線在各階彩虹中的能量,以及各階射出光當中每單位角度的光線數目與每單位角度的能量,結果發現能量最大、光線數目最多及總偏向角最小這三者的方向相同。並由以上數據的分析,成功設計出能呈現第三道彩虹的實驗。推廣研究:電腦模擬圖形中高階彩虹內部反射線所形成的包絡線。

魚的條件反射之探討

條件反射是什麼呢?條件反射為生理學中的一種行為過程。在特定環境中,因強化作用而使某種應答的出現頻率增加,且更為規律。所謂強化是指為求得預期的應答而提供一種天然刺激或人為獎賞。在這個實驗中,我們欲探討「生物在不同環境中學習行為表現將有何不同」,於是觀察紅球魚、黑尾太陽魚與孔雀魚在接受餵食時的行為,並持續注意其長期所表現出的現象,最後結論是不論任何魚種條件反射之學習曲線相近,再學習情形皆明顯加快。

你吃進了多少毒素?免洗筷二氧化硫殘留量測定

最近網路和新聞媒體都頻頻出現免洗筷有毒的新聞,引起大眾的一陣恐慌,平日經常使用免洗筷的我很注意這個議題,趁著這次科展便邀了班上幾個志同道合的朋友,一起來為我們生活周遭的免洗筷做個總體檢,看看我們平常所使用的免洗筷是否安全衛生,有無殘留二氧化硫。首先,我們利用問卷調查的方式來調查班上同學使用免洗筷的情形,發現每天使用免洗筷的同學高達 77%,在此更加顯示出本研究的重要性。實驗結果顯示出本小組研發的測定方法精準度不夠,只在編號 1 和編號 4 的樣本中測出二氧化硫;但是利用實驗室精密裝置所做的檢測卻在編號 1.3.4.8.9.10 的樣本中均有二氧化硫殘留的反應,在與官能品評的比較下,編號 3.8.9 在官能檢測中都顯示有酸味,所以利用氣味來判斷二氧化硫殘餘是個可行的方案。在實驗中發現我們生活周遭所使用的免洗筷二氧化硫含量均不高,而且可以利用水洗的方式去除。每一種廠牌的免洗筷不論是外包裝或是筷子本身都有明顯的差異,在實驗過程中我們發現無標示公司或製造日期,筷身染墨有黑線條、聞起來酸味重的免洗筷其二氧化硫含量較高。所以消費者在使用免洗筷時可以特別的注意外觀、聞起來的氣味,最好可以用熱水洗一下,以去除附著在免洗筷上的二氧化硫。

耀眼四射-螢光棒的發光亮度探討

市售螢光棒琳瑯滿目,其棒身主體分有內、外兩管:內管裝填強氧化劑,外管則有螢光發光物種及染料,而螢光棒的色彩多是由染料顏色所決定。利用氧化劑將螢光物種激發而放出能量,此能量以光的形式放出即是螢光棒的發光原理。為求螢光發光效益增加,添加不同金屬離子於螢光溶液中,發現A 族金屬離子、鹽類溶液中的陰離子對於螢光放射沒有直接的影響,而B 族過渡金屬離子在具有成對電子、反磁性質的條件時,能增強螢光強度;此外,純粹添加氨水亦可得到一強烈的螢光效果,此應與螢光物種結構剛硬化使強度增強有關。