投稿類 : 化學類 篇名 : 不鏽鋼吸管的信仰?- 不鏽鋼對酸性探究 作者 : 古坤鑫 國立中山大學附屬國光高級中學 高一己班林育蔚 國立中山大學附屬國光高級中學 高一己班劉奕欣 國立中山大學附屬國光高級中學 高一己班 指導老師 : 王德治老師
壹 前言 一 研究動機 以減塑來友善環境造成不鏽鋼吸管的使用率逐漸普遍, 而不鏽鋼吸管在各種酸鹼值溶液 下是否會溶解出其裡面所含有的物質, 而這些物質是否會有害於人體或是間接汙染環境, 都 是有待探討的 並且在日常生活中的飲料的使用下, 又會對我們有什麼影響呢 二 研究目的及研究問題 模擬各種濃度的酸鹼值, 檢測不鏽鋼吸管對酸性溶液的耐受度的極限值, 並且去檢測是 否能溶解出不鏽鋼吸管裡所含有的物質, 對於溶解出的物質做更進一步的探討, 是否會有害 於人體 並且再對生活中的溶液, 做相同的檢測 三 研究架構 不鏽鋼 304 不鏽鋼 不鏽鋼 文獻探討 不鏽鋼光譜儀檢測藥品 點蝕實作鐵氰化鉀亞鐵氰化鉀 實驗 可樂 檢測溶液 食醋 鹽酸 圖一 : 研究架構 ( 圖一資料來源 : 研究者繪製 ) 貳 正文 一 不鏽鋼 本實驗使用的吸管, 皆為 304 不鏽鋼吸管 304 不鏽鋼在台灣常被稱為白鐵, 通常白鐵為鐵和鉻的合金, 其標準成分是 18% 鉻加 8% 鎳, 在金屬表面會形成氧化膜, 以提高對環境耐腐蝕性和抗氧性 用途廣, 包括工業 家具裝飾行業和食品醫療行業 而在日常生活中雖然看似好用的吸管卻還是有可能因為細菌產生生物膜導致點蝕而遭腐蝕 二 研究流程 1
不鏽鋼吸管放入 2 種酸性溶液浸泡 幾天後各取出 1ml 溶液, 放入三個試管 分別滴入 亞鐵氰化鉀 鐵氰化鉀溶液 觀察溶液顏色 配置標準溶液 (0,2,4, 6 ppm Fe 2+ ) 設定波長 508nm, 測標準溶液吸收質 繪圖 計算方程式 配置 測量未知鐵溶液 比對標準溶 液, 算出約略濃度 ( 一 ) 藥品檢測 本實驗使用的指定藥劑, 會在與含有鐵離子的溶液接觸時, 產生顏色的變化 經過 觀察其顏色變化後, 就能推論未知溶液中, 是否含有鐵離子的存在 並且對該溶液進 行光譜儀的研究, 進而得到更精確的數據 表一 : 藥品對鐵 亞鐵離子的反應 檢測藥品 鐵氰化鉀 - 赤血鹽 亞鐵氰化鉀 - 黃血鹽 反應對象 K3[Fe(CN)6] (K4[Fe(CN)6] 3H2O) 水溶液顏色 螢光黃 透明無色 和 Fe 3+ 反應 紅棕色 普魯士藍 ( 顏色 ) 遇 Fe 2+ 反應 ( 顏色 ) 深藍色 無 ( 表一資料來源 : 研究者整理 ) ( 二 ) 光譜儀 2
以吸量管分別吸取 0,2.0,4.0,6.0 ml 的 100ppm 標準亞鐵溶液, 分別放入編號 1~4 號之 100 ml 的燒杯中, 各加水使容積約為 50 ml, 以滴管依次加入 1 ml 的氫氯化羥胺溶液 2 ml 的二氮菲和適量 a ml 檸檬酸納液於各燒杯中, 以 ph 計試之, 至 ph 約 3.5, 然後將溶液倒入 100 ml 量瓶中加蒸餾水稀釋至標線, 搖動混合均勻, 則各量瓶鐵標準溶液濃度為 0,2,4,6 ppm Fe 2+ 以亞鐵離子和二氮菲形成的錯離子當作標準溶液來檢測不鏽鋼吸管放入可樂和食醋中的變化, 因為該離子在波長 508nm 的吸收質為斜直線, 所以也能約略推估出未知液的鐵濃度 圖二 : 加入二氮菲形成的橘紅色溶液 ( 圖二資料來源 : 研究者拍攝 ) 圖三 : 光譜儀 ( 圖三資料來源 : 研究者拍攝 ) 四 研究設備及實驗器材 ( 一 ) 酸鹼度測定計 ph meter 一台 ( 二 ) UV 光譜儀一台 ( 三 ) 光學玻璃試樣方形管 (b=1cm)4 個 ( 四 ) 安全吸球 1 個 ( 五 ) 2 ml,5ml or 10ml 吸量管各 1 支 ( 六 ) 玻棒 1 支 ( 攪拌用 ) ( 七 ) 250ml 燒杯 6 個 ( 八 ) 已切斷不鏽鋼吸管 2 支 ( 九 ) 硫酸亞鐵,Ferrous sulfate FeSO4 7H2O 若干克 ( 十 ) 二氮菲 (1,10-pHenanthroline,C12H8N2.H2O) 若干克 3
( 十一 ) 氫氧化羥胺 (hydroxylamine hydrochloride,nh2oh.hcl) 若干克 ( 十二 ) 檸檬酸鈉 (Sodium citrate,na3c6h5o7) 若干克 ( 十三 ) 6M H2SO4 若干克 ( 十四 ) 可樂 食醋 ( 十五 ) 各濃度 HCl ( 十六 ) 100,500ml 容量瓶 ( 十七 ) 鐵氰化鉀 K3[Fe(CN)6] 若干克 ( 十八 ) 亞鐵氰化鉀 (K4[Fe(CN)6] 3H2O) 若干克 五 藥品檢測 ( 一 ) 溶液種類 1. HCl 2. 食醋 3. 可樂 ( 二 ) 藥品檢測與結果 將不鏽鋼吸管放入 3 種待測酸性溶液, 幾天後各取出 1ml 溶液, 放入三個試管, 分別 滴入亞鐵氰化鉀 鐵氰化鉀溶液, 觀察溶液顏色變化, 表二為檢測結果 表二 : 藥品檢測結果檢測藥品 溶液種類 HCl( 未知 ) ph 0 鐵氰化鉀 - 赤血鹽 K3[Fe(CN)6] 深墨綠色 亞鐵氰化鉀 - 黃血鹽 (K4[Fe (CN)6] 3H2O) 藍色 4
HCl( 未知 ) ph 0.5 螢光黃綠 螢光藍 食醋 ( 未知 ) 螢光黃藍色 可樂 ( 未知 ) 墨綠墨綠 ( 表二資料來源 : 研究者繪製 ) 經由上述實驗可得知 1. ph 0 HCl 對藥品的反應皆有產生明顯變化, 其中必定含有鐵離子 2. ph 0.5 HCl 和食醋對藥品的反應不明顯, 需進一部探討, 並使用光譜儀對其 進行檢測 3. 可樂的結果有受自身顏色的影響, 也需進一部探討, 並使用光譜儀對其進 行檢測 六 各種標準溶液和未知溶液的反應情況 標準溶液配置 : 吸量管吸取 0,2.0,4.0,6.0 ml 的 100ppm 標準亞鐵溶液, 分別放入燒杯中加水, 加入 1 ml 的氫氯化羥胺溶液 ( 將 Fe 3+ 還原成 Fe 2+ ) 2 ml 的二氮菲 ( 形成橘紅色的錯離子, 增加靈敏度 ) 和適量的檸檬酸納液於燒杯中, 至 ph 約 3.5, 然後將溶液倒入 100 ml 量瓶中加蒸餾水至標線, 搖動混合均勻, 各量瓶鐵標準溶液濃度為 0,2,4,6 ppm Fe 2+ 未知鐵溶液的配置 : 取 2ml 未知液裝於 100ml 量瓶中, 加入 1ml 的氫氯化羥胺 2ml 的 1, 10-phenanthroline 和適量 a ml 檸檬酸鈉液, 加蒸餾水使溶液體積至 100ml 將廣普的波長 508nm, 測標準溶液吸收質, 並根據其吸收值做出線性函數 再將測量未知液體的吸收值對照線性函數, 推論出該溶液的鐵離子濃度 ( 一 ) 溶液種類 1.0,2,4,6ppm 亞鐵溶液 1. 未知溶液 ( 二 ) 光譜儀檢測與結果 表三 : 標準吸收質 5
濃度 (ppm) 標準液 0ppm 0 吸收質 (Abs) 2ppm 0.258 4ppm 0.666 6ppm 0.728 ( 表三資料來源 : 研究者繪製 ) 圖四 : 將數據化為 xy 圖接近斜直線 ( 圖四資料來源 : 研究者繪製 ) 由 ( 表三 ) 以及 ( 圖四 ) 可得線性函數 y=0.1358x(x 為吸收值,y 為濃度 ), 並將函數 帶入實驗結果可得各溶液的濃度 ( 如表四 ) 表四 : 未知液吸收質和濃度 濃度 (ppm) 未知液 HCl( 未知 ) ph 0 HCl( 未知 ) ph 0.5 食醋 ( 未知 ) -0.014 可樂 ( 未知 ) 0.021 ( 表四資料來源 : 研究者繪製 ) 吸收質 (Abs) 濃度 (ppm) 濃度 (ppm) 未知液 0.319 約略 2.3490 0.007 約略 0.0515 約略 -0.1030 ( 記為 0) 約略 0.1546 HCl( 空白 ) ph 0 HCl( 空白 ) ph 0.5 食醋 ( 空白 ) 0.013 可樂 ( 空白 ) 0.000 吸收質 (Abs) 濃度 (ppm) 0.001 約略 0.007 0.000 約略 0 約略 0.095 約略 0 在這些實驗數據中可以發現 ph 值接近 0 的溶液會溶出少量的鐵離子, 而日常所喝的飲料 也會讓不鏽鋼吸管釋放出極少量的鐵離子 參 結論 經由以上實驗得出的結果藥品和光譜儀的檢測下發現食醋和可樂在時間的反應都能 有溶解少量不鏽鋼的能力, 也證實了我們的假設是有可能的 6
日常中有使用不鏽鋼吸管看似環保安全可是卻可能隱藏的危險, 從以上的數據來看都能發現其內容多多少少都有一些鐵離子不小心的溶出, 那怕只是微量的數值但是積少成多如果長期使用的話還是有安全疑慮的 肆 引注資料 賀彩虹, 王世宏 (2006) 不鏽鋼的腐蝕種類及影響因素 當代化工第 35 卷第一期 閻林娜 尹衍升 常雪婷 程莎 尹成偉 (2008)304 不鏽鋼在微生物介質中的腐蝕行為 中國腐蝕與防護學報 當代化工第 35 卷第一期 楊映暉 曹宏熙 (2017) 無毒雷射不鏽鋼成分測驗技術 機械工業雜誌第 407 期 7