摘 要 本 研 究 在 將 制 式 的 蒸 氣 蒸 餾 裝 置 進 行 改 良 設 計, 改 良 成 更 具 便 利 性 實 用 性 及 低 成 本 的 整 套 實 驗 教 材 從 反 應 器 本 體 與 冷 卻 系 統 的 改 良 及 精 油 收 集 器 的 自 行 設 計 組 裝, 經 實 驗

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1 中 華 民 國 第 52 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 高 職 組 化 工 衛 工 及 環 工 科 第 二 名 最 佳 ( 鄉 土 ) 教 材 獎 精 精 計 較 - 精 油 自 己 來 學 校 名 稱 : 國 立 東 勢 高 級 工 業 職 業 學 校 作 者 : 指 導 老 師 : 職 二 葉 子 豪 職 二 李 哲 廷 江 柎 銂 陳 慎 平 職 二 李 智 揚 關 鍵 詞 : 精 油 製 造 蒸 氣 蒸 餾 自 動 油 水 分 流 裝 置

2 摘 要 本 研 究 在 將 制 式 的 蒸 氣 蒸 餾 裝 置 進 行 改 良 設 計, 改 良 成 更 具 便 利 性 實 用 性 及 低 成 本 的 整 套 實 驗 教 材 從 反 應 器 本 體 與 冷 卻 系 統 的 改 良 及 精 油 收 集 器 的 自 行 設 計 組 裝, 經 實 驗 所 得 的 整 套 蒸 氣 蒸 餾 裝 置, 是 以 可 輕 易 購 得 的 材 料 利 用 簡 單 的 裁 切 接 合 等 操 作 即 可 完 成, 不 僅 可 以 用 於 中 小 學 的 相 關 化 學 實 驗 課 程, 讓 學 生 親 自 動 手 自 製 精 油, 從 做 中 去 享 受 實 驗 的 成 就 感, 從 實 驗 中 去 學 習 到 科 學 的 知 識, 完 全 達 到 實 驗 教 學 的 精 神 藉 由 多 種 植 物 精 油 的 提 取 實 驗 匯 整 的 資 料 可 提 供 教 師 教 學 上 的 輔 助 工 具 利 用 本 研 究 的 裝 置 所 得 的 精 油 在 成 本 上 的 支 出 並 沒 有 比 市 售 精 油 高, 而 且 成 分 完 全 天 然, 因 此, 本 研 究 設 計 開 發 的 裝 置 非 常 適 合 推 廣 到 所 有 人 都 可 在 家 組 裝 享 受 DIY 及 自 製 精 油 的 樂 趣, 並 能 有 親 子 寓 教 於 樂 之 效 壹 研 究 動 機 在 一 年 級 的 普 通 化 學 實 驗 中 有 關 精 油 製 造 [1], 依 課 本 組 裝 了 水 蒸 氣 蒸 餾 裝 置 來 提 取 精 油, 如 圖 1, 但 此 裝 置 在 組 裝 上 麻 煩 耗 時, 也 佔 了 相 當 大 的 空 間, 而 且 玻 璃 容 器 易 破 裂 耗 損, 因 此 查 詢 研 究 室 及 業 界 的 小 型 精 油 提 取 裝 置, 如 圖 2, 但 此 裝 置 費 用 昂 貴 且 亦 是 玻 璃 製 品, 不 適 合 於 學 校 學 生 實 驗 分 組 用, 所 以 才 想 去 研 究 改 良 並 設 計 出 較 低 成 本 且 又 安 全 不 易 破 裂 適 合 學 生 分 組 實 驗 用 的 裝 置, 更 能 讓 對 生 活 DIY 有 興 趣 的 人, 輕 易 的 購 得 材 料 來 進 行 組 裝, 享 受 自 製 精 油 的 芳 香 樂 趣 圖 1 制 式 實 驗 裝 置 圖 2 研 究 室 反 應 器 ( 老 師 拍 攝 於 北 海 道 富 良 野 農 場 ) 芳 香 植 物 精 油 的 萃 取 方 法 最 常 用 的 就 是 水 蒸 氣 蒸 餾 法 其 原 理 是 利 用 飽 和 蒸 氣 使 植 物 組 織 中 的 油 胞 ( 如 圖 3 [7] ) 或 油 腺 因 飽 和 蒸 氣 壓 而 破 裂, 使 得 存 在 油 胞 或 油 腺 的 精 油 應 高 溫 蒸 氣 而 氣 化 形 成 二 相 共 沸 物, 以 略 低 於 水 的 沸 點 溫 度 將 精 油 從 原 料 中 提 取 出 來 其 方 法 是 在 蒸 餾 器 內 加 滿 水, 然 後 加 熱 使 其 沸 騰 而 產 生 蒸 氣, 再 將 蒸 氣 導 入 一 個 裝 滿 蒸 餾 植 物 ( 受 料 ) 的 容 器 內, 然 後 蒸 氣 會 帶 著 芳 香 精 油 的 分 子, 餾 出 物 經 冷 卻 系 統 後 進 入 精 油 收 集 器 內, 在 此 精 油 與 露 水 會 因 為 密 度 不 同 而 分 層, 如 圖 4 所 以 在 此 次 的 研 究 中, 可 概 分 為 三 大 部 分 : 蒸 餾 反 應 器 蒸 氣 冷 卻 系 統 及 精 油 收 集 器 1

3 [7] 圖 3 植 物 體 內 的 精 油 儲 存 部 位 [2] 圖 4 精 油 蒸 餾 示 意 圖 貳 研 究 目 的 一 蒸 餾 反 應 器 的 改 良 設 計 二 針 對 實 驗 室 制 式 冷 卻 系 統 的 改 良 三 精 油 收 集 器 的 研 究 設 計 四 校 園 內 香 草 植 物 的 精 油 提 取 參 研 究 設 備 及 器 材 一 一 般 器 材 電 熱 器 抽 氣 瓶 500mL 錐 形 瓶 500mL 直 形 冷 凝 管 蛇 形 冷 凝 管 分 液 漏 斗 玻 璃 彎 管 橡 皮 管 橡 皮 塞 鐵 架 鐵 夾 鐵 環 曲 形 管 溫 度 計 鑽 孔 器 註 1 柚 子 皮 銼 刀 註 1: 剝 開 的 柚 子 皮 先 行 刮 除 內 部 白 肉, 經 日 照 曬 乾, 剪 切 成 約 5 mm 5 mm 小 塊 2

4 二 DIY 器 材 12cm 油 鍋 14cm 油 鍋 20cm 油 鍋 24cm 油 鍋 26cm 油 鍋 12cm 鋁 製 漏 斗 14cm 菜 盤 20cm 鍋 蓋 24cm 鍋 蓋 26cm 鍋 蓋 11cm 茶 球 13cm 茶 球 20cm 麵 粉 篩 24cm 多 功 能 粉 篩 26cm 水 果 籃 沉 水 馬 達 固 定 夾 ( 燕 尾 夾 ) 損 壞 滴 定 管 鋸 子 熱 熔 膠 槍 3cm 不 鏽 鋼 立 布 龍 頭 不 鏽 鋼 進 水 壓 克 力 透 明 管 6mm 軟 木 片 家 用 型 電 鑽 組 1/2" 管 1.2 尺 2,3,4cm 1m 2 尺 3 尺 金 屬 短 管 40cm 水 桶 熱 熔 膠 12cm 鋁 製 漏 斗 RO 軟 管 11cm 茶 球 L 彎 頭 1/2 卜 申 1/2 3/8 雙 外 牙 1/2 3/8 由 令 皮 1" 16.5cm 超 高 腳 蒸 18cm 超 高 腳 蒸 架 肆 實 驗 過 程 與 方 法 一 蒸 餾 反 應 器 的 改 良 設 計 蒸 餾 反 應 器 的 改 良 設 計 構 想 ( 一 ) 反 應 器 本 體 部 分 如 圖 1 制 式 水 蒸 氣 蒸 餾 實 驗 裝 置 在 組 裝 上 相 當 的 耗 時, 也 相 當 佔 據 空 間, 而 且 萃 取 器 如 無 適 當 的 維 持 溫 度, 則 導 入 的 水 蒸 氣 將 會 大 量 的 在 此 凝 結, 嚴 重 影 響 到 水 蒸 氣 萃 取 的 效 率, 因 此 才 構 想 將 蒸 氣 產 生 器 及 萃 取 反 應 器 合 一 ; 經 參 考 研 究 室 裝 置 ( 圖 2) 學 生 的 相 關 研 究 [5][6][8] ( 圖 5, 圖 7), 及 市 面 上 中 大 型 精 油 提 取 裝 置 ( 圖 6), 並 從 家 用 五 金 行 中 尋 找 適 合 的 器 材, 最 終 以 選 用 12 公 分 不 鏽 鋼 油 鍋 鋁 合 金 漏 斗 及 龍 頭 不 銹 鋼 進 水 管 圖 5 學 生 的 研 究 裝 置 [6] 圖 6 大 型 精 油 蒸 餾 裝 置 [3] 圖 7 學 生 的 研 究 裝 置 [7] 為 什 麼 會 選 用 小 型 的 油 鍋, 而 非 如 圖 7 所 示 的 10 人 份 內 鍋, 主 因 在 於 本 研 究 的 研 究 方 向 為 設 計 學 生 實 驗 時 分 組 實 驗 裝 置, 進 而 推 展 到 一 般 人 在 家 可 親 子 同 樂 的 生 活 體 驗, 因 此, 反 應 器 本 體 的 大 小 要 考 量 其 適 用 性 ( 二 ) 上 蓋 連 接 部 分 反 應 器 的 上 蓋 部 分, 本 研 究 不 使 用 油 鍋 蓋 的 原 因 在 於 要 將 產 生 的 蒸 氣 導 入 3

5 冷 凝 系 統, 就 必 需 將 蓋 子 鑽 出 適 當 孔 徑, 才 能 如 圖 7 接 管, 但 一 般 生 活 DIY 的 註 電 鑽 無 法 鑽 出 此 大 小 的 孔 洞 2, 因 此 不 符 合 本 研 究 推 廣 DIY 的 目 標, 所 以 選 用 12 公 分 的 鋁 合 金 漏 斗 作 為 上 蓋 並 將 龍 頭 不 銹 鋼 進 水 管 先 與 金 屬 短 管 連 接, 另 一 端 轉 入 鋁 合 金 漏 斗 頸 壓 合 後 利 用 龍 頭 不 銹 鋼 進 水 管 ( 圖 8) 將 產 生 的 蒸 氣 導 入 冷 凝 系 統 註 2: 一 般 家 用 電 鑽 頭 最 大 為 18mm, 但 如 圖 7 接 管 需 22mm 孔 徑 圖 8 上 蓋 及 蒸 氣 連 接 裝 置 至 於 反 應 器 本 體 與 上 蓋 的 密 合 部 分, 圖 2 和 圖 5 所 示 的 玻 璃 反 應 器 接 合 處 為 磨 砂 面, 可 塗 凡 士 林 達 密 合 之 效 果 ; 圖 6 則 以 耐 熱 墊 圈 達 密 合 效 果 ; 圖 7 是 以 橡 皮 管 黏 住 本 體, 以 達 密 合 效 果 參 考 前 例, 選 以 橡 皮 管 橡 膠 圈 及 自 行 裁 切 的 軟 木 片 圈 作 為 輔 住 密 合 之 用 來 進 行 實 驗 軟 木 片 墊 圈 的 製 作 圖 9 軟 木 片 墊 圈 DIY 圖 解 步 驟 4

6 ( 三 ) 受 料 裝 置 部 分 圖 2 和 圖 6 為 採 用 一 般 藉 由 水 蒸 氣 來 蒸 餾 出 精 油 的 蒸 氣 蒸 餾 法, 但 圖 5 和 圖 7 所 採 用 的 是 一 般 蒸 餾 法, 兩 者 的 差 異 在 於 受 料 所 在 的 位 置 及 受 熱 的 時 間, 前 者 受 料 位 於 水 面 上, 受 料 上 的 精 油 成 份 被 水 蒸 氣 在 短 時 間 內 迅 速 的 萃 取 立 即 帶 入 冷 卻 系 統 降 溫 冷 凝, 而 後 者 是 將 受 料 浸 在 水 中 煮 沸, 受 料 和 高 溫 水 有 較 長 時 間 上 的 接 觸, 對 精 油 品 質 可 能 有 所 影 響, 故 而 選 擇 將 受 料 的 放 置 位 於 水 面 上 因 此, 先 研 究 設 計 第 一 種 裝 置 來 盛 裝 受 料, 如 圖 10, 為 完 全 手 工 DIY 裝 置, 是 以 奶 粉 罐 厚 鋁 箔 片 為 底, 鋁 箔 紙 為 邊 及 園 藝 銅 線 組 合 而 成 第 二 種 受 料 裝 置 則 是 以 一 般 五 金 材 料 行 即 可 購 得 濾 茶 球 網, 如 圖 11 圖 10 受 料 裝 置 1 圖 11 受 料 裝 置 2 二 針 對 實 驗 室 制 式 冷 卻 系 統 的 改 良 在 實 驗 室 中 制 式 冷 卻 系 統 是 以 水 龍 頭 常 溫 水 作 為 冷 卻 水, 單 次 使 用 而 非 循 環 使 用, 造 成 水 資 源 的 浪 費, 因 此 改 以 五 金 材 料 行 即 可 購 得 的 水 族 用 沉 水 馬 達 進 行 冷 卻 水 的 循 環 再 利 用 本 研 究 針 對 冷 卻 系 統 改 良 的 實 驗 流 程 如 下 : 以 沉 水 馬 達 進 行 室 溫 水 單 一 套 裝 置 實 驗 以 沉 水 馬 達 進 行 冰 水 單 一 套 裝 置 實 驗 以 沉 水 馬 達 進 行 冰 水 單 一 套 裝 置 實 驗 並 改 用 蛇 形 冷 凝 管 以 沉 水 馬 達 進 行 冰 水 二 套 裝 置 串 聯 實 驗 5

7 三 精 油 收 集 器 的 研 究 設 計 在 制 式 實 驗 裝 置 中, 精 油 的 收 集 都 是 使 用 分 液 漏 斗 來 收 集 並 和 露 水 分 離 ( 圖 1 和 圖 11) 若 精 油 量 少 則 將 分 散 於 液 面, 而 不 易 於 實 驗 的 觀 察 因 此, 想 自 行 開 發 設 計 出 便 利 又 實 用 的 精 油 收 集 器 設 計 原 理 及 構 想 [ 4 ] 圖 12 手 作 農 情 - 農 場 的 油 水 分 離 ( 一 ) 利 用 精 油 與 露 水 比 重 的 不 同 達 油 水 分 離 的 目 的 ( 二 ) 以 連 通 管 原 理 進 行 精 油 的 累 積 收 集 參 考 相 關 研 究 成 品, 如 圖 13 及 圖 14, 可 利 用 長 形 管 柱 及 合 適 的 出 水 管 路 即 可 達 成 目 的 但 圖 13 的 裝 置 必 須 隨 時 注 意 並 控 制 管 柱 下 方 活 塞, 降 低 了 便 利 性 及 實 用 性 ; 圖 14 則 利 用 玻 璃 試 管, 此 裝 置 雖 較 圖 13 裝 置 於 露 水 的 收 集 上 便 利 實 用, 但 要 在 玻 璃 試 管 上 鑽 孔 增 加 了 此 裝 置 製 作 上 的 困 難 因 此, 以 實 驗 室 既 有 的 材 料 或 可 於 家 用 五 金 買 到 的 材 料 進 行 精 油 收 集 器 的 設 計 組 裝 設 計 改 良 的 過 程 如 圖 15: [5] 圖 13 學 生 的 研 究 裝 置 [7] 圖 14 學 生 的 研 究 裝 置 6

8 圖 15 油 水 分 離 裝 置 改 良 設 計 過 程 精 油 收 集 器 設 計 說 明 精 油 收 集 器 Ⅰ( 圖 15-1) 是 以 實 驗 室 既 有 的 滴 定 管, 以 水 管 連 結 兩 支 滴 定 管, 而 形 成 連 通 管, 餾 出 物 由 第 一 支 滴 定 管 上 方 流 入, 並 在 此 管 進 行 油 水 分 離, 露 水 則 由 此 管 下 方 出 口 進 入 第 二 支 滴 定 管, 並 由 第 二 支 滴 定 管 上 方 流 出, 只 要 調 整 出 露 水 出 口 高 度 控 制 第 一 支 滴 定 管 液 位 高 度, 如 此 就 可 解 決 圖 13 須 隨 時 注 意 並 控 制 管 柱 下 方 活 塞 的 問 題 精 油 收 集 器 Ⅱ ( 圖 15-2) 是 為 解 決 精 油 收 集 器 Ⅰ 佔 用 空 間 的 缺 點 以 實 驗 室 既 有 的 直 形 冷 凝 管, 將 餾 出 物 出 口 以 細 水 管 和 冷 卻 水 入 口 連 結, 讓 冷 凝 管 的 內 外 管 形 成 連 通 管, 油 水 分 離 則 在 內 管 進 行, 露 水 則 由 下 方 出 口 進 入 外 管 而 由 外 管 上 方 流 出 精 油 收 集 器 Ⅲ( 圖 15-3) 是 以 1 公 分 壓 克 力 透 明 管 作 為 外 管, 以 實 驗 室 損 壞 的 滴 定 管 截 取 一 段 作 為 內 管, 並 在 內 管 下 方 2 公 分 處 以 銼 刀 磨 出 一 小 孔 洞, 讓 內 外 管 形 成 連 通 管, 餾 出 物 由 內 管 上 方 流 入 並 在 內 管 完 成 油 水 分 離, 露 水 則 由 下 方 小 孔 流 入 外 管, 並 由 外 管 上 方 出 口 流 出 精 油 收 集 器 Ⅲ 製 作 步 驟 圖 16 精 油 收 集 器 ⅢDIY 圖 解 步 驟 7

9 自 製 自 動 油 水 分 流 裝 置 在 以 精 油 收 集 器 Ⅲ 進 行 精 油 製 作 實 驗 過 程 中, 可 觀 察 到 內 管 的 油 面 液 位 比 外 管 水 面 液 位 高 出 1~5 mm 之 間 ( 圖 17), 因 此 想 藉 由 此 現 象 朝 自 製 的 自 動 油 水 分 流 裝 置 研 究 本 研 究 目 的 分 三 個 方 向 進 行 : ( 一 ) 出 水 孔 及 出 油 孔 的 位 置 ( 二 ) 連 通 孔 ( 內 管 下 方 側 孔 ) 的 孔 徑 大 小 ( 三 ) 內 管 管 徑 大 小 圖 17 內 外 管 液 位 差 由 於 精 油 的 比 重 比 水 小, 在 精 油 收 集 器 Ⅲ 中 在 出 水 口 同 水 平 的 內 管 位 置, 因 壓 力 相 同, 所 以 油 面 會 稍 高, 當 內 管 液 位 高 過 一 定 程 度, 因 壓 力 差 就 會 使 得 水 由 外 管 出 水 口 排 出, 此 時 內 管 的 液 位 又 會 回 到 一 定 的 高 度, 因 此 認 為 出 水 孔 與 出 油 孔 的 高 低 差 會 影 響 油 水 分 流 的 效 果 精 油 收 集 器 Ⅲ 的 下 方 連 通 孔 為 長 3 mm 寬 1 mm 的 孔 洞, 而 孔 洞 的 大 小, 是 否 會 影 響 內 外 管 的 液 位 高 低 差, 造 成 油 水 無 法 自 動 分 流 呢? 在 精 油 收 集 器 Ⅲ 中 的 內 管 及 外 管 管 徑 分 為 10 mm 及 20 mm, 但 如 果 增 大 內 外 管 的 管 徑, 是 否 內 管 的 精 油 液 位 仍 和 外 管 液 位 有 一 定 的 高 低 差 而 影 響 到 油 水 分 流 呢? 自 製 自 動 油 水 分 流 裝 置 製 作 步 驟 圖 18 自 動 油 水 分 流 裝 置 DIY 圖 解 步 驟 四 校 園 內 香 草 植 物 的 精 油 提 取 在 成 功 自 行 設 計 組 裝 整 套 精 油 蒸 餾 裝 置 後, 除 了 上 述 實 驗 所 用 的 柚 子 皮 外, 針 對 校 園 內 有 栽 種 的 香 草 植 物 進 行 精 油 提 取 實 驗, 可 以 讓 中 小 學 教 師 及 對 DIY 精 油 有 興 趣 的 大 8

10 眾, 可 以 有 更 完 整 的 香 草 植 物 的 精 油 參 考 資 料 ( 一 ) 受 料 種 類 1. 唇 型 花 科 : 甜 薰 衣 草 德 克 斯 特 薰 衣 草 齒 葉 薰 衣 草 西 班 牙 薰 衣 草 迷 迭 香 綠 薄 荷 2. 牻 牛 兒 苗 科 : 防 蚊 樹 3. 桃 金 孃 科 : 澳 洲 茶 樹 檸 檬 桉 尤 加 利 白 千 層 4. 柏 科 : 臺 灣 肖 楠 5. 南 洋 杉 科 : 南 洋 杉 6. 松 科 : 五 葉 松 7. 木 蘭 科 : 烏 心 石 8. 芸 香 科 : 七 里 香 柚 子 柳 丁 9. 楝 科 : 樹 蘭 10. 馬 鞭 草 科 : 馬 纓 丹 ( 二 ) 受 料 的 前 處 理 柳 丁 皮 如 同 柚 子 皮, 新 鮮 皮 以 刀 片 先 去 除 白 肉 後 再 日 曬 2 天, 以 剪 刀 剪 約 5 mm 5 mm 小 塊 除 果 皮 外 的 其 它 受 料, 均 採 集 莖 ( 細 枝 ) 及 葉, 經 日 曬 2 天, 以 剪 刀 剪 成 長 約 1cm ( 三 ) 實 驗 步 驟 1. 於 鍋 內 置 入 墊 高 器, 並 加 入 適 量 水, 水 位 不 可 高 過 墊 高 器 2. 將 前 處 理 好 受 料 裝 滿 受 料 容 器 並 稱 取 記 錄 重 量 後 置 入 反 應 鍋 內 3. 放 上 軟 木 墊 圈, 裝 上 上 蓋 並 以 燕 尾 夾 夾 住 固 定 上 下 裝 置 確 保 密 合 4. 將 上 蓋 上 的 龍 頭 不 銹 鋼 進 水 管 與 冷 卻 系 統 連 接 5. 於 水 筒 中 倒 入 約 10 公 升 水 及 5 公 升 冰 塊, 並 開 啟 沉 水 馬 達 6. 將 加 熱 裝 置 打 開, 開 始 蒸 餾, 當 餾 出 水 量 為 加 水 量 一 半 時 即 停 止 蒸 餾 7. 計 量 精 油 餾 出 量 與 時 間 關 係 圖 19 圖 解 實 驗 步 驟 9

11 伍 結 果 與 討 論 一 蒸 餾 反 應 器 的 改 良 設 計 ( 一 ) 反 應 器 本 體 部 分 經 實 驗 比 較,10 人 份 內 鍋 的 反 應 器, 就 必 需 準 備 相 當 量 的 材 料 才 能 進 行 蒸 餾, 不 然 就 大 材 小 用, 甚 而 浪 費 能 源 而 12 公 分 的 油 鍋 內 容 量 約 1 公 升, 每 次 實 驗 可 裝 水 約 300 ml 及 受 料 最 多 約 100 g, 而 且 在 其 它 配 件 上 的 選 用 也 較 為 方 便 及 節 省 成 本, 所 以 適 合 學 生 分 組 實 驗 教 材 之 用 表 1 各 式 反 應 器 本 體 之 比 較 比 較 裝 置 優 點 缺 點 制 式 裝 置 實 驗 室 既 有 器 材 組 裝 耗 時 並 佔 空 間 易 破 裂 方 便 又 不 佔 空 間 價 格 昂 貴 玻 璃 反 應 器 可 觀 察 實 驗 進 行 易 破 裂 方 便 又 不 佔 空 間 組 裝 鑽 孔 不 便 利 10 人 份 內 鍋 實 驗 容 量 大 耐 用 需 準 備 較 大 量 材 料 方 便 又 不 佔 空 間 組 裝 便 利 受 料 量 多 時 必 須 重 複 操 作 12 公 分 油 鍋 容 量 適 中, 適 宜 學 生 分 組 實 驗 多 次 耐 用 12 公 分 的 油 鍋 本 體 雖 然 便 利, 但 如 受 料 量 多 時 就 必 須 重 複 操 作 多 次, 如 此 便 失 去 經 濟 效 益, 更 因 在 進 行 研 究 目 的 四 的 實 驗 過 程, 部 分 受 料 的 精 油 餾 出 量 較 低, 以 12 公 分 的 反 應 鍋 體 是 無 法 進 行 實 驗 觀 察, 因 此, 參 考 圖 7 的 成 品, 將 反 應 器 本 體 放 大 至 14~26 公 分 的 油 鍋 圖 20 各 種 規 格 反 應 鍋 及 受 料 容 器 10

12 ( 二 ) 上 蓋 連 接 部 分 在 上 蓋 連 接 的 部 分, 也 曾 想 使 用 不 鏽 鋼 盤 或 鍋 蓋, 但 在 鑽 孔 部 分, 因 為 要 連 接 蒸 氣 導 出 管 的 孔 洞, 不 是 在 一 般 生 活 DIY 電 鑽 所 能 鑽 出 的 孔 洞 直 徑, 必 須 以 更 專 業 的 電 鑽 機 才 行, 這 樣 並 不 符 合 此 次 研 究 的 精 神, 所 以 在 配 合 反 應 器 本 體, 選 用 同 為 12 公 分 直 徑 的 鋁 合 金 漏 斗 在 金 屬 材 料 上, 鋁 合 金 材 料 的 安 定 性 比 不 鏽 鋼 來 得 差, 但 在 成 本 上, 不 鏽 鋼 漏 斗 為 鋁 合 金 漏 斗 的 3 倍, 但 經 多 次 的 實 驗, 發 現 鋁 合 金 漏 斗 有 些 微 程 度 的 變 形, 認 為 應 該 是 在 長 時 間 高 溫 下 所 造 成 的, 所 以 如 果 是 以 安 定 性 上 的 考 量 還 是 以 不 鏽 鋼 漏 斗 為 佳 為 配 合 研 究 目 的 四 的 實 驗 將 反 應 鍋 本 體 放 大 至 14~26 公 分, 上 蓋 部 分 則 必 須 以 適 合 的 鍋 蓋 代 替 漏 斗, 在 鍋 蓋 上 鑽 孔 的 技 術 問 題 便 浮 現 有 二 種 方 式 可 解 決 此 問 題, 第 一 種 方 法 為 請 專 業 人 士 代 鑽 孔, 這 個 方 法 可 能 會 額 外 增 加 成 本, 而 且 也 不 符 合 本 研 究 強 調 DIY 的 精 神 : 第 二 種 方 法 即 以 家 用 電 鑽 最 大 直 徑 鑽 尾 (18mm) 鑽 好 孔 洞, 再 以 金 屬 銼 刀 鑽 磨 至 需 要 的 孔 徑 (22mm) 圖 21 各 種 規 格 反 應 器 裝 置 比 較 優 點 表 2 不 同 上 蓋 的 比 較 缺 點 不 鏽 鋼 鍋 蓋 材 質 安 定 耐 用 需 以 專 業 鑽 孔 機 鑽 孔 鋁 合 金 漏 斗 價 格 便 宜 組 裝 便 利 熱 安 定 性 疑 慮 不 繡 鋼 漏 斗 材 質 安 定 耐 用 價 格 較 鋁 合 金 漏 斗 貴 漏 斗 頸 和 立 布 組 裝 較 不 牢 固 11

13 上 蓋 的 製 作 裝 置 圖 22 上 蓋 部 分 DIY 圖 解 步 驟 反 應 器 本 體 與 上 蓋 間 的 密 合 是 整 個 裝 置 的 成 敗 關 鍵 以 五 金 行 可 購 得 的 橡 皮 墊 圈 進 行 實 驗, 結 果 發 現 所 得 的 精 油 與 露 水 都 會 含 有 橡 膠 味, 因 此 認 定 此 材 料 不 適 合 ; 而 以 橡 皮 軟 管 作 為 墊 圈, 雖 然 味 道 沒 有 橡 皮 墊 圈 來 得 重, 但 橡 皮 材 質 不 耐 熱 是 其 缺 點 ; 矽 膠 墊 圈 雖 然 耐 熱 也 安 定, 但 成 本 相 當 高, 不 符 合 本 研 究 的 研 究 目 的 ; 最 後, 嘗 試 以 軟 木 片 自 行 裁 切 適 當 的 大 小 作 為 墊 圈 使 用, 發 現 所 得 餾 出 物 沒 有 殘 留 味 道, 但 唯 一 的 缺 點 是, 軟 木 墊 圈 在 使 用 幾 次 後 會 有 些 微 縮 水 變 小 的 狀 況, 因 此 在 裁 切 時 外 徑 要 稍 加 大 5~10 mm, 而 且 使 用 過 如 無 讓 其 保 持 濕 潤 的 狀 況 而 乾 掉 則 會 非 常 容 易 斷 裂 所 以, 就 安 定 性 方 便 性 及 成 本 上 的 考 量, 認 為 以 自 製 的 軟 木 墊 圈 為 最 佳 如 圖 9 所 示, 以 裁 切 的 30 cm 30 cm 軟 木 片, 可 裁 成 所 需 五 種 規 格 的 墊 圈 使 用, 最 後 剩 餘 的 圓 形 軟 木 墊 則 可 用 來 當 杯 墊 或 隔 熱 墊 使 用 比 較 表 3 不 同 密 合 墊 圈 的 比 較 優 點 12 缺 點 橡 皮 墊 圈 材 料 取 得 方 便 熱 安 定 性 不 佳 橡 皮 軟 管 材 料 取 得 方 便 熱 安 定 性 不 佳 矽 膠 墊 圈 熱 安 定 性 佳 價 格 昂 貴 軟 木 片 墊 圈 可 DIY 製 作 價 格 便 宜 ( 三 ) 受 料 裝 置 部 分 熱 安 定 性 可 會 縮 水, 無 適 當 保 存 易 脆 化, 則 需 定 期 更 換 由 於 反 應 器 本 體 為 直 形 不 鏽 鋼 12 公 分 油 鍋, 為 達 蒸 氣 蒸 餾 之 目 的, 因 此 以 銅 註 3 線 捲 成 墊 高 器, 讓 蒸 氣 產 生 時 沸 水 不 會 觸 及 受 料 受 料 容 器 部 分 則 以 厚 鋁 箔 紙 為

14 裝 置 註 4 註 5 底, 側 邊 以 多 層 的 一 般 鋁 箔 紙 做 成 的 直 立 圓 筒, 並 在 底 部 鑽 小 洞 讓 蒸 氣 能 進 入 受 料 容 器 內 進 行 蒸 餾 萃 取 ( 圖 10) 但 此 完 全 DIY 的 受 料 裝 置, 因 材 料 為 鋁 箔, 其 對 熱 的 安 定 性 也 有 所 疑 慮, 而 且 完 成 此 裝 置 要 耗 去 不 少 時 間, 雖 完 全 符 合 DIY 精 神, 但 可 能 對 於 實 驗 課 程 時 間 上 的 安 排 可 能 會 有 些 許 困 難 因 此, 在 思 索 著 找 出 替 代 裝 置 時, 在 家 用 五 金 材 料 店 中 看 到 在 煮 茶 煮 中 藥 時 常 用 到 的 茶 球 ; 原 本 的 茶 球 是 將 受 料 裝 填 在 內 將 受 料 浸 入 水 中, 但 這 不 符 合 本 研 究 的 實 驗 設 計, 所 以 將 茶 球 分 開 成 兩 半, 一 半 當 墊 高 器, 另 一 半 則 當 受 料 容 器, 其 方 便 性 安 全 性 及 實 用 性 可 完 全 取 代 前 述 的 DIY 裝 置 由 於 購 買 的 受 料 容 器 大 小 規 格 如 無 法 和 鍋 體 內 部 完 全 貼 合, 則 會 造 成 產 生 的 蒸 氣 並 非 完 全 流 經 受 料, 必 會 影 響 蒸 餾 的 效 果, 因 此 為 避 免 此 問 題, 採 以 白 鐵 片 以 白 鐵 絲 線 和 受 料 容 器 接 合, 大 幅 減 少 受 料 容 器 和 鍋 體 內 部 間 的 空 隙, 如 圖 20 中 20 及 26 公 分 反 應 鍋 和 受 料 容 器 註 3: 厚 鋁 箔 紙 取 自 奶 粉 罐 密 封 的 鋁 箔 註 4: 多 層 可 使 直 立 性 佳, 不 易 變 形, 可 用 幾 層 家 用 鋁 箔 紙, 摺 成 10 公 分 寬 的 長 條 註 5: 孔 的 大 小, 不 宜 太 大, 以 免 受 料 掉 出 ; 太 小 則 蒸 氣 的 流 通 性 不 好 比 較 優 點 表 4 受 料 裝 置 比 較 缺 點 DIY 裝 置 完 全 符 合 DIY 精 神 組 裝 耗 時 熱 安 定 性 疑 慮 購 買 裝 置 ( 茶 球 麵 粉 篩 鐵 製 水 果 籃 ) 材 料 取 得 方 便 實 用 性 佳 安 定 性 佳 大 小 無 法 和 鍋 體 配 合, 可 能 讓 蒸 氣 未 完 全 通 過 受 料 二 針 對 實 驗 室 制 式 冷 卻 系 統 的 改 良 實 驗 室 制 式 的 冷 卻 系 統, 是 以 水 龍 頭 常 溫 水 做 單 一 次 的 使 用, 進 行 一 次 蒸 餾 實 驗, 要 耗 去 近 800 公 升 的 水 量, 在 環 保 教 育 上 是 一 種 負 面 的 教 材, 而 且 在 冷 卻 水 的 溫 度 會 因 室 溫 的 改 變 而 改 變, 因 此, 改 以 水 族 專 用 的 沉 水 馬 達 來 進 行 實 驗 改 良 以 沉 水 馬 達 利 用 10 公 升 水 進 行 室 溫 水 單 一 套 裝 置 實 驗 過 程 中, 定 時 去 量 測 水 桶 中 的 水 溫, 在 2 小 時 的 蒸 餾 過 程 中, 水 溫 的 上 升 變 化 量 小 於 5, 但 這 可 能 是 進 行 實 驗 當 時 的 室 內 溫 約 在 18, 造 成 水 溫 升 溫 幅 度 不 大 的 原 因, 也 就 是 因 冷 卻 水 溫 會 受 室 內 溫 度 [6] 的 影 響, 由 相 關 的 研 究 資 料 顯 示 得 知 冷 卻 水 溫 的 高 低 影 響 精 油 的 餾 出 量, 所 以 為 了 避 免 因 室 內 溫 度 而 造 成 冷 卻 系 統 功 能 的 影 響, 因 此 在 水 桶 中 加 入 冰 塊, 維 持 實 驗 過 程 中 冰 水 共 存, 讓 冷 卻 水 溫 控 制 在 4±2 進 行 實 驗, 發 現 精 油 餾 出 量 由 5.50 ml/kg 增 加 為 ml/kg 已 知 直 形 冷 凝 管 的 熱 交 換 效 率 比 蛇 形 冷 凝 管 差, 而 且 使 用 直 形 冷 凝 管 的 裝 置 需 要 較 大 的 空 間, 因 此 改 以 蛇 形 冷 凝 管 進 行 實 驗, 得 精 油 餾 出 量 為 ml/kg 為 達 到 更 佳 的 水 資 源 的 利 用 率, 同 一 台 沉 水 馬 達 串 聯 二 套 蒸 餾 裝 置, 並 讓 水 桶 內 維 持 冰 水 共 存, 所 得 精 油 餾 出 物, 第 一 套 為 ml/kg; 第 二 套 為 ml/kg 註 6 由 實 驗 所 得 結 果 和 相 關 研 究 相 同, 當 冷 卻 水 的 溫 度 愈 低 則 精 油 的 餾 出 量 會 愈 高 而 13

15 在 串 聯 實 驗 中 會 有 餾 出 量 上 的 差 異, 應 是 第 一 套 冷 卻 水 流 入 第 二 套 時 的 水 溫 已 經 稍 為 升 高, 導 致 第 二 套 的 精 油 餾 出 量 降 低, 但 降 低 的 量 並 不 大, 所 以 一 台 沉 水 馬 達 同 時 串 聯 二 套 蒸 餾 裝 置 是 可 行 的, 這 樣 在 學 生 分 組 實 驗 時 可 以 達 到 最 大 的 水 資 源 再 利 用 註 6: 第 一 套 為 先 接 沉 水 馬 達 出 水 端 的 裝 置 ; 第 二 套 冷 卻 水 入 水 端 接 第 一 套 裝 置 冷 卻 水 出 水 端 圖 23 一 台 沉 水 馬 達 串 聯 兩 套 蒸 餾 裝 置 表 5 不 同 冷 卻 裝 置 實 驗 結 果 裝 置 實 驗 以 沉 水 馬 達 進 行 室 溫 水 單 一 套 裝 置 實 驗 以 沉 水 馬 達 進 行 冰 水 單 一 套 裝 置 實 驗 以 沉 水 馬 達 進 行 單 一 套 裝 置 實 驗 並 改 用 蛇 形 冷 凝 管 以 沉 水 馬 達 進 行 冰 水 二 套 裝 置 串 聯 實 驗 精 油 餾 出 量 (ml/kg) 5.50±0.23(n=5) 16.02±3.82(n=4) 29.55±1.17(n=4) 27.59±0.29(n=4) ( 第 一 套 ) 25.01±1.34(n=4) ( 第 二 套 ) 三 精 油 收 集 器 的 研 究 設 計 制 式 的 餾 出 物 收 集 器 都 是 以 分 液 漏 斗 達 油 水 分 離 的 效 果, 但 如 本 實 驗 改 良 的 實 驗 裝 置, 精 油 餾 出 量 並 不 大 時, 以 分 液 漏 斗 作 為 收 集 器, 其 實 驗 過 程 的 觀 察 及 精 油 的 抽 取 均 不 佳, 因 此 進 行 精 油 收 集 器 的 改 良 設 計 精 油 收 集 器 Ⅰ( 圖 15-1) 可 直 接 由 滴 定 管 上 的 刻 度 定 量 出 精 油 的 餾 出 體 積, 增 加 實 驗 觀 察 記 錄 的 實 用 性, 並 完 全 解 決 圖 13 須 調 整 管 柱 下 方 栓 塞 控 制 液 位 的 不 便 利 性 及 圖 14 在 製 作 上 的 困 難 度 ; 但 兩 支 的 滴 定 管 使 得 整 套 的 裝 置 佔 用 相 當 大 的 空 間 是 其 缺 點, 所 以 就 著 手 如 何 將 兩 支 合 成 一 支 的 設 計 改 良 在 實 驗 中 也 發 現 一 支 滴 定 管 的 長 度 約 65 公 分, 蒸 餾 過 程 中 產 生 的 餾 出 液 滴 入 第 一 支 滴 定 管 中 油 滴 因 重 力 因 素 會 往 下 降 約 10 公 分 即 會 因 比 重 比 水 輕 而 開 始 往 上 升, 因 此 認 為 收 集 器 的 長 度 約 25 公 分 即 可 完 成 油 水 分 離 的 效 果 精 油 收 集 器 Ⅱ ( 圖 15-2) 雖 將 裝 置 體 積 大 幅 減 少, 但 實 驗 過 程 中 發 現 此 裝 置 在 連 通 管 14

16 的 效 應 上 較 差, 導 致 內 管 的 收 集 液 上 下 起 伏 會 太 大, 甚 至 滿 出 或 全 部 流 入 外 管, 而 且 實 驗 結 束 必 須 將 精 油 另 行 抽 出 至 量 器 內 才 能 計 量 精 油 的 餾 出 量, 在 學 生 實 驗 觀 察 記 錄 上 便 利 性 欠 佳, 所 以 再 次 進 行 改 良 開 發 精 油 收 集 器 Ⅲ( 圖 15-3) 以 原 本 丟 棄 的 滴 定 管 做 為 內 管, 將 收 集 器 Ⅱ 既 有 的 缺 點 改 善 後, 非 常 適 合 學 生 實 驗 上 的 觀 察 記 錄, 而 且 在 組 裝 上 也 可 自 己 動 手 DIY, 並 不 會 耗 去 太 多 時 間, 本 研 究 過 程 中 也 商 請 學 校 教 師 於 學 生 實 習 課 中 排 入 約 3 周 進 度 (3 節 課 / 每 週 ), 第 一 週 由 教 師 進 行 課 程 說 明 講 解 後, 學 生 均 能 在 約 2 節 課 時 間 完 成 整 套 裝 置 的 準 備, 隨 後 第 二 三 週 就 能 進 行 蒸 餾 實 驗, 所 以 在 中 小 學 實 驗 課 程 上 是 完 全 適 用 的 但 如 要 推 廣 到 一 般 大 眾 的 使 用, 仍 有 其 問 題 存 在, 也 就 是 一 般 人 如 想 親 手 組 裝 此 套 裝 置, 在 內 管 上 較 難 取 得 帶 有 刻 度 的 玻 璃 管, 如 不 須 計 量 則 可 以 1 公 分 管 徑 壓 克 力 做 為 內 管, 但 如 要 計 量 所 得 精 油 量 仍 要 將 內 管 精 油 抽 出 計 量 所 以, 就 想 嘗 試 開 發 設 計 出 一 般 人 都 可 DIY 的 自 動 油 水 分 離 器 自 製 自 動 油 水 分 流 裝 置 ( 一 ) 出 水 孔 及 出 油 孔 的 位 置 在 精 油 收 集 器 Ⅲ 中 的 內 管 為 玻 璃 材 質, 因 玻 璃 鑽 孔 需 專 業 技 術 不 符 合 我 們 自 製 DIY 的 研 究 精 神, 所 以 在 自 製 自 動 油 水 分 流 裝 置 實 驗 中, 均 改 以 透 明 壓 克 力 管 進 行 由 實 驗 結 果, 很 明 顯 的, 出 水 孔 和 出 油 孔 位 置 的 位 差 會 造 成 油 水 分 流 效 果 很 大 的 影 響 當 位 差 太 小 時 ( 實 驗 一 ~ 五 ) 露 水 會 從 出 油 孔 和 精 油 一 同 流 出 ; 位 差 太 大 時 ( 實 驗 七 ~ 九 ), 雖 然 油 水 分 流 的 效 果 很 好, 但 是 由 於 位 差 太 大 造 成 內 管 始 終 有 一 定 量 的 精 油 殘 留, 如 此 在 精 油 收 集 上 就 無 完 整 的 功 能 經 實 驗, 當 出 水 孔 與 出 油 孔 的 位 差 在 3 mm 以 上 及 5 mm 以 下, 可 以 有 油 水 分 流 的 效 果, 但 位 差 大 於 4mm 時 精 油 開 始 會 殘 留 於 內 管, 因 此 決 定 以 位 差 3.5mm 進 行 實 驗 ( 二 ) 連 通 孔 ( 內 管 下 方 側 孔 ) 的 孔 徑 大 小 由 實 驗 十 ~ 十 三, 連 通 孔 的 孔 徑 大 小 會 影 響 到 內 管 精 油 液 面 的 高 低, 進 而 影 響 到 油 水 分 流 的 效 果 當 孔 徑 為 1mm 時 ( 實 驗 十 三 ), 會 使 內 管 的 液 位 升 得 太 高 造 成 露 水 由 出 油 孔 流 出 ; 反 之, 連 通 孔 孔 徑 為 3 及 4mm 時 ( 實 驗 十 一 及 十 二 ), 內 管 液 位 上 升 幅 度 不 夠, 雖 油 水 分 流 效 果 很 好, 但 精 油 殘 留 內 管 的 量 也 隨 孔 徑 增 大 而 增 多 ( 三 ) 內 管 管 徑 大 小 由 實 驗 十 四 和 十 六 實 驗 十 五 與 十 七 中, 在 相 同 的 連 通 孔 孔 徑 下, 內 管 的 粗 細 會 使 影 響 到 內 管 液 位 上 升 的 幅 度, 愈 細 的 內 管 上 生 幅 度 愈 大, 甚 至 造 成 露 水 直 接 由 出 油 孔 流 出, 如 實 驗 十 六 但 在 2mm 連 通 孔 徑 下 內 管 的 粗 細 就 只 會 造 成 殘 油 量 的 多 寡, 所 以 認 為 在 適 宜 的 連 通 孔 孔 徑 下, 內 管 管 徑 的 大 小 可 依 精 油 蒸 餾 裝 置 反 應 器 容 量 大 小 來 決 定, 如 本 實 驗 所 用 的 12 公 分 油 鍋 反 應 器 使 用 20 mm 的 內 管 即 可 ; 又 如 圖 5 的 十 人 分 內 鍋 反 應 器 或 20 公 分 以 上 反 應 鍋,30 mm 的 內 管 就 適 用 了 但 如 受 料 的 精 油 餾 出 量 偏 低, 則 使 用 的 自 動 油 水 分 流 裝 置 的 內 管 也 應 選 用 20mm 的 內 管 圖 24 為 自 行 設 計 製 作 出 來 的 自 動 油 水 分 離 器, 它 完 全 可 將 精 油 和 露 水 經 由 不 同 出 口 而 分 開 收 集, 而 且 收 集 到 的 精 油 肉 眼 看 不 到 露 水, 只 配 合 量 筒 即 可 直 接 實 驗 計 量 精 油 餾 出 量, 而 且 可 以 直 接 將 精 油 滴 入 棕 色 的 精 油 瓶, 可 以 不 必 像 精 油 收 集 器 Ⅲ 只 能 在 蒸 餾 結 束 才 能 收 集 精 油, 可 大 幅 減 少 精 油 應 光 線 的 影 響 造 成 顏 色 變 深 或 品 質 15

17 的 改 變, 是 可 提 供 一 般 人 對 精 油 DIY 有 興 趣 者 使 用 的 精 油 收 集 器 另 此 自 動 油 水 分 流 裝 置 採 透 明 壓 克 力 製 成 而 非 圖 6 中 的 不 鏽 鋼 精 油 收 集 器, 在 農 場 或 教 學 單 位, 可 讓 參 與 的 遊 客 或 學 員 親 眼 看 到 精 油 產 生 的 過 程, 再 搭 配 解 說, 可 讓 遊 客 或 學 員 有 更 加 深 刻 的 學 習, 以 達 教 育 之 目 的 此 自 動 油 水 分 離 器 和 圖 25 有 所 差 異, 圖 25 的 裝 置 須 具 有 一 定 程 度 以 上 的 玻 璃 加 工 技 術 才 可 操 作 完 成 的, 而 本 研 究 的 裝 置 是 任 何 人 只 要 對 DIY 有 興 趣 的 都 可 親 手 做 出 成 品 表 6 自 動 油 水 分 流 裝 置 實 驗 結 果 16

18 圖 24 自 製 自 動 油 水 分 流 器 設 計 圖 及 成 品 圖 裝 置 比 較 [6] 圖 25 學 生 的 研 究 裝 置 表 7 精 油 收 集 器 比 較 優 點 缺 點 精 油 收 集 器 Ⅰ 可 直 接 進 行 計 量 觀 察 佔 空 間 連 通 管 效 應 稍 差 精 油 收 集 器 Ⅱ 不 佔 空 間 無 法 直 接 進 行 計 量 觀 察 可 直 接 進 行 計 量 觀 察 學 生 親 自 DIY 完 全 適 合 學 生 實 驗 裝 精 油 收 集 器 Ⅲ 置 用 廢 棄 物 再 利 用 且 不 佔 空 間 可 直 接 進 行 計 量 觀 察 ( 需 配 合 量 器 ) 自 製 自 動 油 水 不 佔 空 間 DIY 組 裝 較 收 集 器 Ⅲ 複 雜 分 流 器 直 接 收 集 精 油 避 免 因 照 光 變 質 適 用 層 面 更 廣 完 整 裝 置 及 成 本 經 由 本 研 究 所 改 良 與 設 計, 完 成 的 整 套 DIY 精 油 蒸 餾 裝 置 如 圖 26 所 示 17

19 圖 26 整 套 DIY 裝 置 表 8 整 套 裝 置 所 需 成 本 品 項 單 價 ( 元 ) 備 註 12 公 分 油 鍋 公 分 鋁 製 漏 斗 80 不 鏽 鋼 200 元 3 公 分 不 鏽 鋼 立 布 1/2 25 龍 頭 不 銹 鋼 進 水 管 1.2 尺 60 蛇 形 冷 凝 管 300 茶 球 11cm 90 沉 水 馬 達 250(125 元 / 套 ) 可 供 兩 套 裝 置 用 壓 克 力 透 明 管 1cm 1m 80 壓 克 力 透 明 管 2cm 1m 120(30 元 / 組 ) 可 供 五 組 製 作 軟 木 片 6mm2 尺 3 尺 180(7.5 元 / 片 ) 可 裁 成 24 片 使 用 固 定 夾 80 其 它 附 件 50 軟 水 管 熱 熔 膠 等 總 額 ( 不 鏽 鋼 漏 斗 ) 表 9 各 種 規 格 蒸 餾 反 應 器 成 本 規 格 12 公 分 14 公 分 20 公 分 24 公 分 26 公 分 固 定 性 成 本 ( 元 ) a 消 耗 性 成 本 ( 元 ) b 總 計 ( 元 ) 註 a: 包 括 蒸 餾 反 應 器 整 體 冷 凝 管 一 台 沉 水 馬 達 精 油 收 集 器 等 註 b: 每 次 裁 切 使 用 的 軟 木 片 墊 圈 由 表 8, 可 計 算 得 知, 以 本 研 究 自 行 設 計 改 良 的 精 油 蒸 餾 裝 置, 應 用 於 學 生 實 驗 課 程 時 組 裝 一 套 所 需 的 成 本 支 出 約 為 900 元, 如 果 鋁 製 漏 斗 改 為 不 鏽 鋼 漏 斗, 整 套 的 成 本 也 約 在 1000 元, 這 樣 的 價 格 完 全 符 合 本 研 究 低 成 本 的 研 究 目 標 但 如 是 一 般 大 眾 自 行 組 18

20 裝 時 包 含 升 降 台 鐵 架 及 鐵 夾 等, 整 套 12 公 分 蒸 餾 反 應 器 約 須 3000 元 四 校 園 內 香 草 植 物 的 精 油 提 取 在 校 園 中 因 綠 化 美 化 會 種 植 相 當 多 種 類 的 植 物, 部 分 植 物 在 每 年 的 定 期 修 剪 拿 去 做 落 葉 堆 肥, 因 此 藉 由 本 研 究 來 瞭 解 這 些 校 園 中 的 植 物 在 堆 肥 其 前 可 否 有 利 用 的 價 值, 以 精 油 餾 出 量 對 時 間 的 動 力 學 關 係 來 探 討 那 些 植 物 可 適 用 本 研 究 中 自 行 開 發 的 小 型 精 油 蒸 餾 裝 置, 並 藉 此 比 較 各 種 植 物 提 取 精 油 的 難 易 度 表 10 校 園 內 香 草 植 物 精 油 餾 出 量 在 完 成 表 中 21 種 香 草 植 物 的 精 油 提 取 實 驗 後, 發 現 果 皮 類 的 受 料 並 不 能 儲 存, 必 須 於 前 處 理 完 立 即 提 取 精 油, 否 則 受 料 中 的 精 油 成 分 會 隨 著 儲 存 時 間 增 長 而 減 少 而 甜 薰 衣 草 迷 迭 香 檸 檬 桉 及 澳 洲 茶 樹 等 受 料 未 經 前 處 理 所 得 精 油 餾 出 量 明 顯 的 比 經 前 處 理 還 要 低 很 多, 認 為 應 是 未 經 日 曬 處 理 的 受 料 中 含 水 量 偏 高 造 成 每 公 斤 受 料 的 精 油 餾 出 量 偏 低 本 研 究 所 得 精 油 餾 出 量 與 相 關 資 料 的 差 異 並 不 大, 只 有 尤 加 利 有 非 常 大 的 差 距, 這 應 該 是 本 研 究 在 準 備 尤 加 利 受 料 時 是 連 同 細 枝 和 樹 葉 一 起 進 行 蒸 餾, 而 資 料 上 是 以 樹 葉 進 行 蒸 餾, 才 會 有 如 此 大 的 差 異 存 在 在 以 本 研 究 所 自 行 組 裝 的 12 公 分 精 油 蒸 餾 裝 置 進 行 21 種 受 料 精 油 提 取 實 驗 中, 發 現 當 受 料 的 精 油 餾 出 量 偏 低 時, 很 難 觀 測 到 固 定 時 間 的 精 油 餾 出 量, 也 因 此 才 會 有 將 反 應 鍋 本 體 放 大 的 想 法 在 21 種 受 料 實 驗 中, 發 現 適 合 12 公 分 精 油 蒸 餾 裝 置 的 受 料 分 別 有 柚 子 皮 柳 丁 皮 甜 薰 衣 草 德 克 斯 特 薰 衣 草 齒 葉 薰 衣 草 西 班 牙 薰 衣 草 迷 迭 香 檸 檬 桉 澳 洲 茶 樹 白 千 層 尤 加 利 及 防 蚊 樹, 在 中 小 學 的 相 關 實 驗 課 程 中 授 課 教 師 可 告 知 學 生 這 些 受 料 是 用 來 進 行 實 驗 觀 察, 讓 學 生 可 以 提 早 收 集 受 料, 可 免 除 讓 學 生 盲 目 的 準 備 材 料, 因 觀 察 不 到 精 油 的 生 成 造 成 學 習 上 的 挫 折 感 19

21 但 由 圖 27 可 知, 白 千 層 尤 加 利 及 防 蚊 樹 其 精 油 的 餾 出 量 要 在 150 分 鐘 後 才 會 達 最 大 量, 因 此 如 以 12 公 分 精 油 蒸 餾 裝 置 來 進 行 此 三 種 受 料 精 油 的 提 取, 受 限 於 鍋 體 大 小, 加 水 量 (300mL) 無 法 在 200W 的 加 熱 源 下, 只 能 進 行 120 分 鐘 的 加 熱 反 應, 因 此 以 12 公 分 精 油 蒸 餾 裝 置 來 進 行 此 三 種 受 料 精 油 的 提 取 是 無 法 完 全 蒸 餾 出 精 油, 經 實 驗, 除 防 蚊 樹 可 用 20 公 分 精 油 蒸 餾 裝 置 外, 其 於 兩 者 均 需 使 用 24 公 分 以 上 的 精 油 蒸 餾 裝 置 精 油 出 率 (ml/kg) 馬 纓 丹 精 油 出 率 五 葉 松 精 油 出 率 南 洋 杉 精 油 出 率 七 里 香 精 油 出 率 烏 心 石 精 油 出 率 肖 楠 精 油 出 率 樹 蘭 精 油 出 率 肉 桂 精 油 出 率 防 蚊 樹 精 油 出 率 尤 加 利 精 油 出 率 白 千 層 精 油 出 率 時 間 ( 分 ) 圖 27 常 見 植 物 精 油 蒸 餾 動 力 學 在 上 圖 中,11 種 受 料 的 蒸 餾 過 程, 都 必 須 在 180 分 鐘 後, 精 油 的 餾 出 量 才 能 達 到 最 大 值, 因 此 可 適 用 的 反 應 器 規 格 就 必 須 為 20 公 分 以 上, 就 不 太 適 合 在 學 生 的 實 驗 上 使 用 而 精 油 餾 出 量 在 1mL/kg 以 下 的 受 料, 在 初 次 先 以 小 型 反 應 器 實 驗, 原 本 認 為 是 不 含 精 油 的 植 物 而 想 放 棄, 經 搜 尋 資 料 才 得 知 部 分 植 物 的 精 油 含 量 低 而 相 對 的 珍 貴, 因 此 就 放 大 實 驗 量 才 能 成 功 的 收 到 精 油 精 油 出 率 (ml/kg) 綠 薄 荷 精 油 出 率 柳 丁 精 油 出 率 甜 薰 衣 草 精 油 出 率 齒 葉 薰 衣 草 精 油 出 率 西 班 牙 薰 衣 草 精 油 出 率 檸 檬 胺 精 油 出 率 茶 樹 精 油 出 率 德 克 斯 特 薰 衣 草 精 油 出 率 迷 迭 香 精 油 出 率 柚 子 精 油 出 率 時 間 ( 分 ) 圖 28 常 見 植 物 精 油 蒸 餾 動 力 學 20

22 圖 28 中 的 受 料, 除 綠 薄 荷 的 精 油 含 量 相 對 較 低 外, 其 餘 的 受 料 在 精 油 的 提 取 的 困 難 度 較 圖 21 中 的 受 料, 就 相 對 的 較 容 易 了, 實 驗 的 成 就 感 也 相 對 的 很 大 由 圖 27 及 圖 28, 除 前 述 的 12 種 受 料, 餘 下 9 種 受 料 都 必 須 使 用 26 公 分 精 油 蒸 餾 裝 置 來 進 行 實 驗, 否 則 就 必 須 多 次 實 驗 才 能 累 積 到 可 觀 察 的 精 油 量, 相 對 的 也 會 較 耗 費 能 源 下 表 為 估 算 每 得 到 1mL 精 油 量 所 需 的 用 電 度 數 表 11 餾 出 每 毫 升 精 油 量 所 需 的 用 電 度 數 及 成 本 由 表 可 知, 當 使 用 小 尺 寸 的 反 應 器 進 行 精 油 提 取, 獲 得 每 毫 升 精 油 所 耗 去 的 用 電 度 數 相 對 較 高, 而 改 以 大 尺 寸 反 應 器 進 行 實 驗, 耗 電 度 數 可 大 幅 的 降 低 以 柚 子 皮 為 例, 市 售 柚 子 精 油 每 毫 升 價 位 25~89 元, 本 研 究 所 得 到 的 柚 子 精 油 每 毫 升 所 需 的 成 本 包 含 電 費 及 反 應 器 折 舊 率 1% 計 算,12 公 分 反 應 器 :15 元 ;20 公 分 反 應 器 :12 元, 受 料 材 料 因 為 廢 棄 物 再 利 用, 所 以 免 費 因 此,DIY 自 製 柚 子 精 油 會 比 市 售 的 便 宜, 而 且 可 以 完 全 確 定 是 天 然 的 純 柚 子 精 油, 不 用 擔 心 買 到 的 是 稀 釋 或 合 成 精 油 但 表 中 精 油 餾 出 量 在 3mL/kg 的 受 料, 其 自 製 的 成 本 就 可 能 高 於 市 售 的 價 位, 對 此 可 能 造 成 此 結 果 的 兩 個 因 素 為 : 第 一 : 在 準 備 受 料 時 並 未 將 枝 條 挑 出 而 是 和 葉 子 一 起 進 行 蒸 餾, 大 幅 降 低 了 精 油 餾 出 量 第 二 : 針 對 這 些 受 料 的 水 蒸 氣 蒸 餾 條 件 未 完 全 掌 控, 例 如 加 水 量 與 受 料 量 的 關 係 等 細 部 的 因 素, 仍 有 待 更 進 一 步 的 探 討 在 21 種 受 料 中, 肉 桂 精 油 的 提 取 過 程, 和 其 餘 20 種 最 具 挑 戰, 最 初 實 驗 仍 以 精 油 收 集 器 Ⅲ 進 行 精 油 收 集, 過 程 中 在 內 管 上 層 看 不 到 精 油 的 累 積, 數 次 實 驗 後 發 現 在 收 集 器 的 下 端 有 黃 色 的 油 累 積 出 現, 心 想 : 難 到 這 就 是 肉 桂 精 油 沒 錯, 經 查 詢 肉 桂 精 油 的 比 重 比 水 大, 而 在 收 集 器 下 端 累 積, 如 此 就 不 能 觀 察 計 量 實 驗 為 解 決 此 困 擾, 首 先 想 到 先 在 收 集 器 中 先 加 入 1mL 基 礎 油, 藉 由 油 量 的 變 化 來 觀 察 肉 桂 精 油 的 出 油 量, 但 是, 課 本 提 到 兩 種 液 體 混 合 時 如 非 理 想 溶 液 狀 態 下 體 積 不 具 加 成 性 [9], 雖 然 對 實 驗 結 果 的 影 響 21

23 不 大, 但 隨 後 問 題 又 出 現 了, 隨 著 肉 桂 精 油 的 累 積, 收 集 器 上 方 的 混 合 油 比 重 也 漸 漸 提 高, 開 始 出 現 下 沉 現 象, 因 此 藉 由 加 入 基 礎 油 來 進 行 實 驗 觀 察 的 方 法 算 是 失 敗 既 然 精 油 收 集 器 Ⅲ 無 法 用 於 肉 桂 精 油 的 實 驗, 那 就 從 收 集 器 的 改 良 著 手, 肉 桂 精 油 的 比 重 比 水 大, 必 累 積 在 收 集 器 下 端, 由 此, 將 收 集 器 Ⅲ 的 下 方 增 加 收 集 的 地 方, 也 就 是 將 內 管 往 下 延 伸, 並 讓 餾 出 物 滴 出 時 能 在 連 通 孔 下 方, 避 免 肉 桂 精 油 卡 在 連 通 孔, 於 是 經 收 集 器 Ⅲ 的 改 良, 成 功 的 設 計 出 適 用 肉 桂 精 油 提 取 的 收 集 器, 如 圖 29, 只 要 在 活 栓 下 方 以 小 量 筒 計 量 即 可 圖 29 肉 桂 精 油 收 集 器 陸 結 論 一 本 研 究 著 重 於 DIY 組 裝 精 油 蒸 餾 裝 置, 所 完 成 的 整 套 裝 置 ( 圖 26), 其 成 本 低, 實 用 性 佳, 而 且 在 學 生 的 分 組 實 驗 上, 可 完 全 讓 學 生 親 自 動 手 組 裝 整 套 裝 置, 實 驗 完 畢 後 除 了 精 油 收 集 器 不 可 拆 回 原 貌 外, 其 於 都 可, 這 樣 可 讓 下 一 班 的 學 生 也 能 實 驗 操 作, [1] 實 驗 器 材 的 重 複 利 用 性 也 佳, 所 以 可 完 全 取 代 現 今 實 驗 課 本 上 的 精 油 製 造 的 裝 置 [1] 二 利 用 實 驗 室 原 本 破 損 丟 棄 的 滴 定 管, 以 簡 單 的 玻 璃 切 割 技 能 裁 切 可 利 用 部 分, 組 裝 而 成 的 精 油 收 集 器 Ⅲ, 可 讓 學 生 在 做 不 同 精 油 受 料 時, 方 便 明 確 地 觀 察 到 該 種 受 料 的 精 油 產 量 如 此, 可 讓 學 生 從 做 中 去 享 受 實 驗 的 成 就 感, 從 實 驗 中 去 學 習 到 科 學 的 知 識, 完 全 達 到 實 驗 教 學 的 精 神 三 針 對 本 研 究 中 學 生 的 使 用 的 整 套 裝 置, 也 請 學 校 教 師 實 際 上 安 排 實 驗 課 程, 確 認 在 學 生 分 組 實 驗 上 是 完 全 可 行 的, 在 實 施 的 週 數 也 在 2 至 3 週, 每 週 3 節 課 另 後 續 的 課 程 亦 可 搭 配 精 油 相 關 手 作 產 品 的 課 程 設 計, 達 課 程 教 學 上 的 完 整 性 四 藉 由 針 對 校 園 中 及 常 見 的 精 油 植 物 所 進 行 的 精 油 餾 出 量 與 時 間 關 係 的 動 力 學 時 驗, 不 僅 可 以 比 較 精 油 提 取 上 的 難 易 度, 也 可 提 供 授 課 教 師 完 整 的 精 油 參 考 資 料, 可 讓 教 師 在 上 課 時 說 明, 學 生 也 可 依 教 師 說 明 自 行 決 定 精 油 植 物 的 選 擇 22

24 五 在 精 油 提 取 的 難 易 度 上, 在 受 料 的 收 集 前 處 理 及 蒸 餾 過 程 上, 以 唇 型 花 科 最 為 容 易 快 速, 但 綠 薄 荷 除 外, 其 精 油 含 量 偏 低 造 成 要 非 常 大 量 及 多 次 才 能 獲 得 相 同 量 的 精 油 ; 桃 金 孃 科 的 精 油 含 量 高, 蒸 餾 過 程 稍 比 唇 型 花 科 耗 時, 但 受 限 於 受 料 取 得 的 來 源 對 一 般 大 眾 自 行 種 植 上 已 較 唇 型 花 科 困 難 很 多, 在 此 方 面 就 使 得 此 科 植 物 的 困 難 度 增 加 而 芸 香 科 中 果 皮 及 樹 葉 均 可 提 取 出 精 油, 以 其 樹 葉 較 為 困 難, 而 果 皮 的 精 油 提 取 非 常 常 見, 也 非 常 方 便, 一 般 大 眾 都 很 容 易 取 得 材 料 自 行 製 作 六 此 套 裝 置 也 可 推 廣 到 一 般 社 會 大 眾 對 生 活 DIY 有 興 趣 的 人, 可 在 家 自 行 組 裝 並 得 到 天 然 的 精 油, 亦 可 依 個 人 的 需 求 自 行 組 裝 所 需 大 小 規 格 的 反 應 器 自 行 購 買 整 套 完 整 材 料 價 位 從 3000~4000 元 之 間, 不 用 礙 於 坊 間 數 萬 元 的 精 油 蒸 餾 裝 置, 即 可 完 全 沉 浸 於 天 然 精 油 芳 香 的 世 界 七 自 製 的 自 動 油 水 分 流 裝 置, 可 進 行 較 多 量 的 連 續 蒸 餾, 能 適 用 於 中 型 以 上 的 精 油 蒸 餾, 由 於 其 材 料 使 用 透 明 壓 克 力 管 製 成, 可 適 用 於 農 場 在 精 油 製 作 教 學 研 習 上 讓 學 員 親 自 參 與 精 油 製 作 或 示 範 教 學 過 程 中 能 很 清 楚 的 觀 察 到 精 油 的 收 集 過 程, 配 合 解 說 達 到 寓 教 於 樂 的 效 果 而 且 因 為 其 設 計 就 在 蒸 餾 過 程 中 直 接 完 成 油 水 分 流 的 效 果, 因 此 可 以 直 接 在 出 油 管 將 精 油 收 在 不 透 光 的 精 油 瓶 中, 更 加 確 保 精 油 的 品 質 八 本 研 究 利 用 自 行 組 裝 的 精 油 蒸 餾 裝 置 對 21 種 受 料 進 行 精 油 提 取 實 驗, 由 實 驗 所 得 的 精 油 餾 出 量 和 相 關 資 料 的 差 異 並 不 大, 唯 尤 加 利 的 差 距 較 大, 經 比 較 應 是 本 實 驗 在 取 此 種 受 料 進 行 蒸 餾 實 驗 時, 並 未 將 樹 枝 剔 除, 故 而 造 成 計 算 精 油 餾 出 量 時 的 值 偏 低, 因 此 有 必 要 針 對 所 有 受 料 單 一 部 位 進 行 實 驗 比 較 九 由 本 研 究 所 得 精 油 餾 出 量 與 蒸 餾 時 間 來 計 算 所 耗 去 的 用 電 度 數, 並 加 入 裝 置 成 本 的 1% 折 舊 率, 所 得 的 21 種 自 製 精 油 每 毫 升 的 成 本 如 表 11, 發 現 均 位 於 市 售 同 名 精 油 最 低 與 最 高 單 價 之 間, 所 以, 本 研 究 所 自 行 開 發 的 裝 置 用 於 自 製 精 油 上 其 成 本 支 出 並 不 會 比 購 買 同 名 精 油 還 高, 還 可 完 全 確 認 是 天 然 的 純 精 油, 不 用 擔 心 所 購 買 的 是 不 純 的 或 人 工 合 成 的 精 油 十 自 製 的 精 油 除 了 可 運 用 在 芳 香 療 法 外, 也 可 用 來 製 作 精 油 相 關 產 品, 如 精 油 手 工 皂 精 油 固 體 芳 香 劑 防 蚊 液 及 香 水 等, 完 全 不 用 擔 心 有 化 學 溶 劑 的 污 染 另 本 研 究 21 種 受 料 中, 有 幾 種 本 為 中 藥 材 料 如 馬 纓 丹, 其 精 油 是 否 仍 具 有 藥 理 性 也 是 可 繼 續 延 伸 的 研 究 柒 參 考 文 獻 [1] 謝 澤 民 ( 民 100) 普 通 化 學 實 驗 Ⅰ(41-54; 頁 ) 新 北 市 : 台 科 大 圖 書 公 司 [2] 精 油 製 作 示 意 圖 民 101 年 1 月 25 日, 取 自 : [3] 香 草 植 物 精 油 提 煉 過 程 ( 民 100 年 4 月 25 日 ) 園 藝 治 療 -- 淡 水 香 草 街 屋 主 網 站 民 101 年 2 月 25 日, 取 自 : [4] 李 安 君 ( 民 9 9 年 3 月 6 日 ) 手 作 農 情 - 澳 洲 茶 樹 喝 花 蓮 溫 泉 水 長 大 中 國 時 報 民 101 年 2 月 2 0 日, 取 自 : [5] 楊 穎 儒 潘 建 佑 林 珈 瑜 林 孟 諭 ( 民 92) 探 索 植 物 的 芳 香 世 界 植 物 精 油 的 製 作 中 華 民 國 第 43 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 ( 編 號 :080812) 屏 東 縣 鹽 埔 鄉 振 興 國 民 小 學 [6] 傅 柏 叡 ( 民 93) 蒸 氣 分 子 與 香 氣 分 子 的 邂 逅 中 華 民 國 第 44 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 ( 編 號 :030219) 23

25 屏 東 縣 立 中 正 國 民 中 學 [7] 黃 冠 林 江 仲 民 鄭 玉 英 莊 雅 慈 ( 民 97) 黑 妞 狂 癢 曲 - 防 蚊 植 物 果 真 防 蚊? 中 華 民 國 第 48 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 ( 編 號 :091406) 國 立 旗 山 高 級 農 工 職 業 學 校 [8] 林 妤 綺 ( 民 98) 聞 香 下 馬 精 油 提 煉 與 分 流 中 華 民 國 第 49 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 ( 編 號 :030808) 高 雄 市 立 新 興 高 級 中 學 [9] 蔡 永 昌 ( 民 100) 基 礎 化 工 Ⅰ(128~150 頁 ) 新 北 市 : 全 華 圖 書 公 司 [10] Amy's 製 皂 浪 漫 ~ 專 業 教 學, 代 製 婚 禮 皂, 蛋 糕 皂, 母 乳 皂, 自 用 伴 手 禮 皂 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [11] Yahoo! 奇 摩 知 識 +( 民 96 年 1 月 24 日 ) 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [12] 互 動 百 科 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [13] 司 任 祺 全 嘉 琪 ( 民 96) 肉 桂 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [14] 林 群 雅 柯 冠 宇 黃 旌 集 張 上 鎮 陳 維 鈞 張 惠 婷 ( 民 97) 中 華 林 學 季 刊 (Quarterly Journal of Chinese Forestry) 41(4): (2008) 台 灣 常 見 含 笑 屬 植 物 葉 子 精 油 之 抗 病 媒 蚊 幼 蟲 活 性 [15] 張 惠 婷 吳 季 玲 張 上 鎮 ( 民 94) 台 灣 肖 楠 精 油 與 抽 出 物 之 抗 真 菌 與 抗 細 菌 活 性 評 估 中 華 林 學 季 刊 (Quarterly Journal of Chinese Forestry) 38(1): (2005) [16] 李 忠 勇 ( 民 77) 小 葉 南 洋 杉 葉 部 精 油 成 分 之 研 究 碩 士 論 文 中 原 大 學 [17] 潘 曉 輝 梁 小 科 ( 民 93) 七 里 花 香 精 油 的 提 取 安 康 師 專 學 報 安 康 師 範 專 科 學 校 [18] 胡 維 宏 ( 民 100) 不 同 柚 子 果 皮 香 氣 萃 取 與 柚 子 果 汁 果 肉 釀 酒 之 研 究 碩 士 論 文 大 葉 大 學 [19] 台 灣 無 印 良 品 股 份 有 限 公 司 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [20] 第 一 化 粧 品 廠 股 份 有 限 公 司 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : ord_product_price_range=&search_by_substore=&search_by_discount_status=0&search_by_category=&search_by_cat egory2= [21] 裕 創 亞 洲 有 限 公 司 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [22] 精 油. 保 養 品 批 發 網 Constonic Wholesale Taiwan 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [23] 伊 聖 詩 芳 療 生 活 館 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [24] 民 宿 的 家 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : [25] 肯 園 國 際 股 份 有 限 公 司 民 101 年 6 月 13 日, 取 自 : 24

26 評 語 本 作 品 以 簡 易 器 材 組 裝 精 油 蒸 餾 裝 置, 改 良 油 水 分 離 器, 提 升 分 離 效 果, 並 以 校 園 內 常 見 21 種 精 油 植 物 進 行 精 油 提 煉, 獲 得 精 油 餾 出 量 與 時 間 關 係 數 據 2. 建 議 未 來 宜 針 對 不 同 精 油 蒸 餾 的 溫 度 及 餾 出 精 油 純 度 進 行 分 析, 以 提 升 蒸 餾 效 率 評 語

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