蛋膜離子通道之擴散速率研究

中 華 民 國 第 49 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 科 別 : 化 學 科 組 別 : 高 中 組 作 品 名 稱 : 膜 粒 通 道 - 蛋 膜 粒 子 通 道 滲 透 速 率 之 研 究 關 鍵 詞 : 蛋 膜 通 道 粒 子 滲 透 指 導 老 師 : 游 春 祥 陳 瑞 麟 學 生 : 黃 玟 瑜 李 馥 安

摘 要 這 是 一 項 以 蛋 膜 為 對 象 的 研 究, 並 配 合 化 學 課 及 生 物 課 所 學 的 滲 透 原 理 藉 由 電 導 度 計 測 量 電 導 度 的 變 化, 間 接 推 得 濃 度 以 探 討 粒 子 經 由 蛋 膜 的 滲 透 速 率, 分 別 探 討 不 同 濃 度 的 電 解 質 溶 液 相 同 陰 離 子 不 同 陽 離 子 的 溶 液 及 相 同 陽 離 子 不 同 陰 離 子 的 溶 液, 並 且 探 討 離 子 溶 液 受 磁 場 N S 極 不 同 位 置 的 影 響, 以 及 其 他 粒 子 溶 液 通 過 蛋 膜 的 情 形, 加 以 分 析 討 論 一 開 始 使 用 電 導 度 計 測 量 實 驗 裝 置 一 號 蒸 餾 水 端 的 電 導 度 變 化 情 形, 研 究 後 發 現 問 題, 改 善 成 新 的 實 驗 裝 置 二 號, 確 定 它 的 滲 透 速 率 情 形 再 度 發 現 問 題, 設 計 實 驗 三 號, 測 量 離 子 溶 液 端 及 蒸 餾 水 端 距 蛋 膜 cm 處 的 電 導 度 變 化 情 形, 企 圖 了 解 各 種 離 子 的 蛋 膜 滲 透 擴 散 與 磁 場 的 相 關 性 壹 研 究 動 機 根 據 23 年 諾 貝 爾 化 學 獎 對 於 細 胞 膜 上 離 子 通 道 與 水 通 道 的 研 究, 得 知 細 胞 膜 上 有 水 通 道 與 離 子 通 道 ; 水 通 道 可 維 持 細 胞 膜 內 外 壓 力 的 平 衡, 離 子 通 道 的 發 現 則 可 以 幫 助 人 類 更 了 解 訊 息 在 神 經 細 胞 上 是 如 何 傳 遞 這 讓 我 們 聯 想 : 蛋 膜 上 是 否 也 有 各 種 粒 子 通 道 呢? 45 屆 科 學 展 覽 會 高 中 組 化 學 科 第 二 名 : 蛋 求 滲 解 - 磁 場 對 滲 透 壓 的 影 響 的 研 究, 主 要 是 在 研 究 磁 場 強 度 對 蛋 膜 滲 透 壓 的 影 響, 不 同 的 磁 場 或 不 同 的 如 溶 液, 造 成 水 滲 透 速 率 和 大 小 的 差 異, 在 其 報 告 中 只 有 提 到 水 的 滲 透 及 考 慮 水 通 過 蛋 膜 而 影 響 他 們 的 實 驗, 事 實 上, 蛋 膜 應 該 不 僅 有 水 通 道, 或 許 還 有 讓 其 他 物 質 通 過 的 通 道, 因 此 我 們 對 此 研 究 抱 持 著 懷 疑 的 態 度 自 古 至 今, 華 人 皆 使 用 將 蛋 浸 泡 在 鹼 性 溶 液 鹽 等 中 的 方 法 來 製 作 皮 蛋 鹹 蛋, 而 用 來 浸 泡 蛋 的 液 體 中, 通 常 含 有 部 分 鉛 銅 等 重 金 屬 離 子 來 幫 助 蛋 白 質 的 凝 固 ; 另 外, 衛 生 署 也 公 佈 了 皮 蛋 含 鉛 量 不 可 超 過 2ppm, 含 銅 量 不 可 超 過 8ppm 所 以 我 們 推 測 蛋 膜 上 必 定 有 通 道 可 以 讓 鉛 銅 等 離 子 通 過 的 通 道 又 當 我 們 不 小 心 把 生 蛋 蛋 殼 弄 破, 有 時 只 有 外 殼 剝 落, 蛋 膜 還 好 好 的 包 附 著 蛋 白 和 蛋 黃, 但 是 蛋 白 無 法 從 蛋 膜 透 出 來, 這 表 示 蛋 膜 只 能 讓 某 些 特 定 物 質 滲 透 進 出 所 以, 綜 合 以 上 幾 點, 我 們 決 定 開 始 著 手 研 究 有 關 蛋 膜 上 之 粒 子 通 道 的 性 質 貳 研 究 目 的 1. 觀 察 有 色 離 子 經 由 蛋 膜 滲 透 時 的 顏 色 變 化 情 形, 確 定 離 子 是 否 可 滲 透 2. 製 作 裝 置 並 將 滲 透 速 率 變 化 用 電 導 度 變 化 來 量 化 之 3. 探 討 不 同 離 子 溶 液 在 不 同 濃 度 時 滲 透 速 率 的 關 係 4. 固 定 某 陽 ( 陰 ) 離 子, 比 較 不 同 陰 ( 陽 ) 離 子 時 的 滲 透 速 率 變 化 5. 探 討 蛋 膜 是 否 可 讓 葡 萄 糖 或 蔗 糖 分 子 通 過 6. 探 討 磁 場 N,S 極 對 離 子 經 蛋 膜 滲 透 速 率 的 影 響 7. 探 討 相 同 離 子 總 數 而 不 同 離 子 的 滲 透 8. 探 討 水 合 離 子 在 水 中 的 擴 散 速 率 1

參 研 究 設 備 及 器 材 一 實 驗 器 材 雞 蛋 ( 生 蛋 膜 ) 塑 膠 滴 管 玻 璃 管 (3cm) 酒 精 燈 鑷 子 三 秒 膠 熱 熔 膠 熱 熔 槍 量 瓶 杯 玻 棒 電 子 秤 吸 量 管 吸 球 玻 璃 針 筒 (5ml) 塑 膠 透 明 水 管 ( 直 徑 約 3cm) 電 腦 電 導 度 計 ( 電 導 度 探 棒 及 GLS 儀 器 ) 釹 磁 鐵 ( 直 徑 2.5cm) 指 南 針 試 管 試 管 架 電 流 天 平 二 化 學 藥 劑 硝 酸 銅 Cu(NO3)2 硝 酸 鈉 NaNO3 硝 酸 鉀 KNO3 硝 酸 鋁 Al(NO3)3 硝 酸 鉛 Pb(NO3)2 氯 化 銅 CuCl2 氯 化 鈉 NaCl 氯 化 鉀 KCl 氯 化 鋁 AlCl3 硫 酸 鉀 K2SO4 磷 酸 鉀 K3PO3 蔗 糖 葡 萄 糖 蒸 餾 水 肆 實 驗 流 程 2

伍 研 究 過 程 實 驗 前 的 摸 索 : 由 於 目 前 對 蛋 膜 的 研 究 極 為 稀 少, 所 以 大 部 分 蛋 膜 的 性 質 我 們 都 只 能 自 行 摸 索 首 先 我 們 最 好 奇 的 是, 生 蛋 膜 是 否 能 讓 某 些 離 子 通 過 於 是 我 們 將 蒸 餾 水 置 於 塑 膠 管 頭 中, 用 三 秒 膠 將 生 蛋 膜 封 緊 開 口, 放 入.5M 藍 色 硫 酸 銅 的 寶 特 瓶 中 一 天 後 發 現 顏 色 改 變! 證 明 離 子 可 以 通 過 生 蛋 膜 之 後, 開 始 對 蛋 膜 的 離 子 滲 透 速 率 做 研 究, 藉 由 浮 沉 子 的 原 理 設 計 實 驗, 以 離 子 濃 度 變 化 取 代 物 理 浮 沉 子 的 外 力 作 用, 讓 自 製 的 滴 管 囊 浮 沉, 將 裝 有 銅 離 子 溶 液 的 滴 管 囊 以 蛋 膜 用 三 秒 膠 密 封, 放 入 長 玻 璃 管 中, 裝 入 蒸 餾 水, 兩 端 以 軟 木 塞 塞 緊, 觀 察 浮 沉 子 由 底 部 上 浮 所 需 的 時 間, 及 上 浮 後 浮 沉 子 內 密 度 變 化 情 形 卻 發 現 我 們 無 法 量 化 滲 透 速 率, 決 定 改 變 實 驗 裝 置 ( 請 參 考 圖 1) 後 來, 將 塑 膠 滴 管 的 中 間 段 改 製 成 新 裝 置 ( 請 參 考 圖 2), 一 端 放 蒸 餾 水, 另 一 端 放 入 硝 酸 銅 溶 液, 並 封 上 蛋 膜, 把 兩 端 接 合, 觀 察 顏 色 變 化, 為 量 化 實 驗 數 據, 故 採 用 電 導 度 計 再 度 改 製 實 驗 裝 置 圖 1 浮 沉 子 圖 2 新 裝 置 ( 隨 時 間 變 化 ) 使 用 電 導 度 計 的 原 因 : 如 同 大 家 所 知 的, 離 子 是 會 導 電 的, 且 已 知 電 導 度 大 小 與 溶 液 離 子 數 量 約 呈 正 比, 而 藉 由 電 導 度, 我 們 可 以 間 接 得 知 離 子 溶 液 濃 度 與 時 間 的 變 化 關 係, 這 就 是 我 們 使 用 電 導 度 作 為 依 據 的 原 因 實 驗 內 容 : 濃 度 校 準 : 測 量 不 同 濃 度 離 子 溶 液 的 電 導 度, 整 理 成 各 離 子 溶 液 濃 度 與 電 導 度 對 照 表, 作 為 實 驗 的 數 據 依 據 1. 配 製 所 需 濃 度 的 離 子 溶 液 2. 用 電 導 度 計 測 量 該 離 子 在 該 濃 度 時 的 電 導 度 實 驗 裝 置 一 號 之 製 作 1. 將 一 直 徑 3 cm 的 透 明 塑 膠 管 割 到 適 當 長 度, 用 三 秒 膠 將 生 蛋 膜 黏 上, 取 兩 塑 膠 空 瓶 用 熱 熔 膠 黏 在 兩 端, 合 成 總 長 約 27 公 分 的 管 子 2. 蛋 膜 端 用 針 筒 注 入 18 ml 的 離 子 溶 液, 另 一 端 加 入 18 ml 的 蒸 餾 水, 割 洞 並 插 入 電 導 度 計, 接 上 GLX 主 機 及 電 腦 測 量, 每 12 秒 測 量 一 次, 開 始 時 測 量 兩 天, 後 來 皆 固 定 測 量 22hr 3

圖 3 實 驗 裝 置 示 意 圖 圖 4 剝 好 的 生 蛋 膜 圖 5 黏 上 蛋 膜 之 塑 膠 管 圖 6 注 射 離 子 溶 液 至 塑 膠 管 中 圖 7 實 驗 裝 置 圖 實 驗 一 使 用 裝 置 一 號 與 電 導 度 計, 測 量 離 子 溶 液 之 電 導 度 和 時 間 的 變 化 關 係 研 究 對 象 : 1. 觀 察 離 子 經 蛋 膜 的 滲 透 圖 形 :1M 硝 酸 銅 2. 比 較 不 同 濃 度 離 子 溶 液 的 滲 透 情 形 : (1) 1M.5M.25M 硝 酸 銅 (2).5M.1M 硝 酸 鉀 (3).5M.25M 硝 酸 鈉 3. 比 較.5M 同 為 硝 酸 根 離 子 與 不 同 陽 離 子 的 滲 透 情 形 : 硝 酸 鉀 鈉 銅 鉛 鋁 * 硝 酸 鋁 的 實 驗 中, 會 因 為 蒸 餾 水 端 的 水 大 量 滲 入 離 子 溶 液 端, 而 導 致 離 子 端 會 有 大 量 溶 液 滲 出 的 現 象 4. 比 較.5M 同 為 氯 離 子 與 不 同 陽 離 子 的 滲 透 情 形 : 氯 化 鉀 鈉 銅 鋁 * 氯 化 銅 與 氯 化 鋁 的 實 驗 中, 亦 有 滲 出 故 知 氯 離 子 溶 液 較 易 滲 出, 為 減 低 實 驗 誤 差, 故 以 硝 酸 根 離 子 為 研 究 主 題 * 為 了 減 低 溶 液 滲 出, 因 而 將 濃 度 標 準 改 為.5M 5. 比 較.5M 同 為 鉀 離 子 與 不 同 陰 離 子 的 滲 透 情 形 : 硝 酸 鉀 硫 酸 鉀 磷 酸 鉀 6. 比 較.5M 同 為 硝 酸 根 離 子 與 不 同 陽 離 子 的 滲 透 情 形 : 硝 酸 鉀 鈉 銅 鉛 鋁 * 降 低 濃 度 時, 硝 酸 鋁 仍 有 溶 液 滲 出 的 現 象 實 驗 二 使 用 裝 置 一 號 與 電 導 度 計, 測 量 離 子 溶 液 受 磁 場 影 響 之 電 導 度 和 時 間 的 變 化 關 係 1. 使 用 裝 置 一 號 的 實 驗, 方 法 與 上 面 相 同 2. 在 選 定 位 置 正 下 端 放 S 極 向 上 的 釹 磁 鐵, 表 面 磁 力 最 大 值 為 258 高 斯, 選 定 位 置 如 下 圖 4 圖 8 實 驗 裝 置 圖 磁 鐵 的 位 置

研 究 對 象 : 1..5M 硝 酸 鉀, 比 較 磁 S 極 向 上 距 蛋 膜 5 cm( 簡 稱 : 磁 場 S-5cm) 磁 S 極 向 上 距 蛋 膜 18 cm( 簡 稱 : 磁 場 S-18cm) 磁 S 極 向 上 在 離 子 溶 液 端 ( 簡 稱 : 磁 場 S 左 ) 的 結 果 * 因 為 5cm 與 18cm 差 異 不 大, 故 不 繼 續 研 究 距 蛋 膜 18 cm 的 影 響 2. 使 用 四 種.5M 溶 液 硝 酸 銅 硝 酸 鋁 硫 酸 鉀 磷 酸 鉀 搭 配 不 同 磁 場 位 置 磁 S 極 向 上 距 蛋 膜 5 cm 磁 S 極 向 上 在 離 子 溶 液 端 兩 種 變 因, 做 出 8 個 實 驗, 互 相 疊 圖 比 較 ( 以 上 實 驗 皆 使 用 同 一 片 蛋 膜 ) 實 驗 三 使 用 裝 置 一 號, 測 量 葡 萄 糖 蔗 糖 是 否 可 通 過 蛋 膜 1. 將 18 ml 1M 葡 萄 糖 溶 液 置 於 裝 置 一 號 後, 放 置 48 小 後, 取 蒸 餾 水 端 的 溶 液, 加 入 本 氏 液 並 加 熱 觀 察 是 否 有 橘 紅 色 沉 澱 2. 將 18 ml 1M 蔗 糖 溶 液 置 於 裝 置 一 號 後, 固 定 時 間, 用 滴 管 從 蛋 膜 兩 端 的 溶 液 各 取 一 滴 放 在 範 圍 ~3Brix 的 甜 度 計 上 測 量, 觀 察 其 數 值 變 化 ( 使 用 前 先 用 蒸 餾 水 校 正 ) 實 驗 裝 置 二 號 之 製 作 : 為 探 討 蛋 膜 兩 端 溶 液 的 滲 透 速 率 1. 將 裝 置 一 號 修 改 為 兩 端 皆 可 測 量 的 裝 置 ( 圖 9~11) 圖 9 裝 置 二 號 圖 1 蛋 膜 端 圖 11 裝 置 二 號 實 驗 四 使 用 裝 置 二 號, 探 討 蛋 膜 兩 端 的 滲 透 情 形 1. 量 測 2 ml.5m 的 硝 酸 鉀 離 子 溶 液 並 注 入 離 子 端, 另 一 端 則 加 入 18 ml 的 蒸 餾 水 2. 兩 端 分 別 插 入 電 導 度 計, 接 上 GLX 主 機 及 電 腦 測 量, 每 12 秒 測 量 一 次 至 達 平 衡 * 為 了 改 善 之 前 的 實 驗, 排 除 離 子 在 水 中 擴 散 速 率 的 影 響, 因 此 縮 短 管 子 的 長 度 實 驗 裝 置 三 號 之 製 作 1. 將 二 個 直 徑 3.5 cm 的 透 明 塑 膠 管, 使 兩 管 皆 為 8cm 長, 一 管 用 三 秒 膠 黏 上 生 蛋 膜, 另 一 管 管 口 固 定 於 蛋 膜 端, 再 用 熱 熔 膠 封 緊 標 記 內 外 側 2. 為 了 增 加 實 驗 效 率, 因 此 一 次 製 作 兩 個 管 子, 並 使 用 來 自 同 一 顆 生 雞 蛋 的 蛋 膜, 以 避 免 不 同 蛋 膜 造 成 的 誤 差 5

圖 12 裝 置 三 號 示 意 圖 圖 13 裝 置 三 號 圖 14 裝 置 三 號 圖 15 蛋 膜 內 外 示 意 圖 實 驗 五 使 用 裝 置 三 號, 探 討 蛋 膜 兩 端 距 離 蛋 膜 公 分 下, 待 反 應 趨 於 平 衡 時, 電 導 度 與 時 間 之 關 係 圖 1. 在 蛋 膜 內 側 注 入.5M 的 硝 酸 鉀 溶 液, 蛋 膜 外 側 加 入 蒸 餾 水, 分 別 插 入 電 導 度 計 測 量, 至 達 平 衡 * 根 據 文 獻, 發 現 膜 內 膜 外 構 造 不 同, 做 實 驗 加 以 討 論 實 驗 六 使 用 裝 置 三 號, 探 討 蛋 膜 內 側 蛋 膜 外 側 滲 透 速 率 的 不 同 1. 在 蛋 膜 外 側 注 入.5M 硝 酸 鉀 溶 液, 而 在 蛋 膜 內 側 注 入 蒸 餾 水 2. 與 實 驗 五 所 得 數 據 進 行 分 析 * 參 考 相 關 資 料 後 發 現 : 磁 鐵 疊 加 能 穩 定 磁 場, 故 疊 加 兩 顆 的 釹 磁 鐵 ( 磁 力 344~354 高 斯 ) 實 驗 七 使 用 裝 置 三 號, 探 討 釹 磁 鐵 S 極 N 極 在 離 子 溶 液 端 或 蒸 餾 水 端 的 影 響 1. 將 管 子 洗 淨, 方 法 與 實 驗 五 相 同, 膜 內 注 入 離 子 溶 液, 在 膜 外 注 入 蒸 餾 水 2. 磁 鐵 置 於 距 離 蛋 膜 左 方 或 右 方 2 公 分 處 圖 16 裝 置 三 號 與 磁 鐵 位 置 示 意 圖 研 究 對 象 : 6

使 用 五 種.5M 溶 液 硝 酸 鉀 硝 酸 鉛 硝 酸 鋁 硫 酸 鉀 磷 酸 鉀 搭 配 不 同 磁 場 位 置 無 磁 場 磁 鐵 N 極 在 水 端 ( 簡 稱 : 磁 N 水 ) 磁 鐵 N 極 在 離 子 端 ( 簡 稱 : 磁 N 離 ) 磁 鐵 S 極 在 水 端 ( 簡 稱 : 磁 S 水 ) 磁 鐵 S 極 在 離 子 端 ( 簡 稱 : 磁 N 水 ) 五 種 變 因, 做 出 25 個 實 驗, 互 相 疊 圖 比 較 濃 度 再 次 校 準 : 1. 取 1M 的 待 測 離 子 溶 液 5 ml 於 燒 杯, 放 入 電 導 度 計 後 不 再 取 出, 記 錄 該 濃 度 之 電 導 值 2. 使 用 等 倍 稀 釋, 固 定 吸 出 25 ml 溶 液, 再 加 入 25 ml 蒸 餾 水, 重 複 數 次 3. 使 用 Excel 繪 成 圖, 即 能 找 出 某 濃 度 以 下 的 電 導 度 與 濃 度 對 照 表 實 驗 八 使 用 裝 置 三 號, 探 討 相 同 滲 透 壓, 不 同 陰 陽 離 子 對 滲 透 速 率 之 影 響 同 濃 度 的 離 子 溶 液 其 滲 透 壓 不 同, 造 成 滲 漏, 調 整 為 等 滲 透 壓 進 行 實 驗 ( 以 完 全 解 離 計 算 ) 1. 使 用 方 法 與 實 驗 五 相 同, 膜 內 注 入 相 同 滲 透 壓 的 溶 液, 膜 外 注 入 蒸 餾 水 研 究 對 象 :.5M 硝 酸 鉀.3 M 硝 酸 銅.25M 硝 酸 鋁.3 M 硫 酸 鉀.25M 磷 酸 鉀 實 驗 裝 置 四 號 之 製 作 : 為 了 更 真 確 了 解 水 合 離 子 的 滲 透 與 擴 散 速 率, 改 製 裝 置 如 下 圖 實 驗 九 應 用 蛋 膜 裝 置 以 探 討 離 子 擴 散 速 率 1. 將 二 ~ 三 根 電 導 度 計 探 針 等 距 插 入 實 驗 裝 置 四 號 2. 置 有 電 導 度 計 端 注 入 蒸 餾 水 3. 離 子 溶 液 端 注 入 硝 酸 鉛 溶 液 4. 測 量 5 個 小 時 * 因 時 間 有 限, 本 實 驗 還 在 研 究 中 圖 17 實 驗 裝 置 四 號 示 意 圖 陸 研 究 結 果 7

濃 度 校 準 表 1-1 硝 酸 鉀 溶 液 硝 酸 鈉 溶 液 硝 酸 銅 溶 液 硝 酸 鋁 溶 液 硝 酸 鉛 溶 液 之 濃 度 與 電 導 度 的 關 係 ( 表 內 為 各 離 子 溶 液 在 不 同 濃 度 下 所 相 對 應 之 電 導 度, 單 位 為 μs/cm ) KNO3 NaNO3 Cu(NO3)2 Al(NO3)3 Pb(NO3)2 1M 94861 99588.5M 6175 5272 134 1342.25M 311 375 5174 7176.1M 1121 1196 2544 376.75M 922 925 194 2734.5M 597 578 1335 22 127.25M 322 269 635 15 562.1M 146 119 261 438 255.75M 75 73 179 328 137.5M 5 47 18 218 98.25M 24 23 49 98 49 表 1-2 氯 化 鉀 溶 液 氯 化 鈉 溶 液 氯 化 銅 溶 液 氯 化 鋁 溶 液 之 濃 度 與 電 導 度 的 關 係 ( 表 內 為 各 離 子 溶 液 在 不 同 濃 度 下 所 相 對 應 之 電 導 度, 單 位 為 μs/cm ) KCl NaCl CuCl2 AlCl3 1M 94434.5M 7697 5876 9912 1414.25M 3694 327 5664 5663.1M 1196 1524 3134 1782.75M 72 967 1952 1334.5M 586 641 1291 99.75M 145 169 表 1-3 硝 酸 鉀 溶 液 硫 酸 鉀 溶 液 磷 酸 鉀 溶 液 之 濃 度 與 電 導 度 的 關 係 ( 表 內 為 各 離 子 溶 液 在 不 同 濃 度 下 所 相 對 應 之 電 導 度, 單 位 為 μs/cm ) KNO3 K2SO4 K3PO4.5M 597 1392 1462.25M 322 69 655.1M 146 269 293.75M 75 26 21.5M 5 134 171.25M 24 49 73 實 驗 一 使 用 裝 置 一 號 與 電 導 度 計, 測 量 離 子 溶 液 之 電 導 度 和 時 間 的 變 化 關 係 1. 觀 察 離 子 經 蛋 膜 的 滲 透 圖 形 :1M 硝 酸 銅 8

電 導 率 (μs/cm) 16 14 12 1 8 6 4 2 1M 硝 酸 銅 1M 硝 酸 銅 5 1 15 2 圖 18 1M 硝 酸 銅 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 蒸 餾 水 端 電 導 度 一 開 始 為 零,72 秒 後 電 導 開 始 爬 升, 約 在 4 秒 前, 電 導 與 時 間 幾 乎 呈 正 比, 斜 率 為.2515μS/cm-sec, 之 後 電 導 上 升 速 度 開 始 減 緩, 最 後 漸 漸 趨 近 於 一 水 平 線, 滲 透 速 率 達 平 衡 2. 比 較 不 同 濃 度 硝 酸 銅 溶 液 的 滲 透 情 形 :1M.5M.25M 硝 酸 銅 電 導 率 (μs/cm) 16 14 12 1 8 6 4 2 1M.5M.25M 硝 酸 銅 1M 硝 酸 銅.5M 硝 酸 銅.25M 硝 酸 銅 2 4 6 8 1 12 14 16 18 圖 19 1M,.5M,.25M,.5M 硝 酸 銅 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 離 子 端 1M,.5M,.25M,.5M 的 溶 液, 達 平 衡 後, 電 導 度 比 約 為 2:1:5:1, 與 離 子 端 初 濃 度 比 同 3. 比 較 不 同 濃 度 硝 酸 鉀 溶 液 的 滲 透 情 形 :.5M.1M 硝 酸 鉀 6 5.5M.1M 硝 酸 鉀.5M 硝 酸 鉀.1M 硝 酸 鉀 電 導 率 (μs/cm) 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 圖 2.5M,.1M,.5M 硝 酸 鉀 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 離 子 端 初 濃 度 為.5M,.1M, 達 平 衡 後 蒸 餾 水 端 電 導 比 約 為 5:1, 與 離 子 端 初 濃 度 比 相 同 4. 比 較 不 同 濃 度 硝 酸 鈉 溶 液 的 滲 透 情 形 :.5M.25M 硝 酸 鈉 9

6 5.5M.25M 硝 酸 鈉.5M 硝 酸 鈉.25M 硝 酸 鈉 電 導 率 (μs/cm) 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 圖 21.5M,.25M 硝 酸 鈉 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 離 子 端 初 濃 度 為.5M,.25M, 達 平 衡 後 所 測 得 的 蒸 餾 水 端 電 導 比 約 為 2:1, 離 子 端 初 濃 度 比 相 同 5. 比 較.5M 同 為 硝 酸 根 離 子 與 分 別 為 一 價 二 價 與 三 價 之 陽 離 子 的 滲 透 情 形 :.5M 硝 酸 鉀 硝 酸 鈉 硝 酸 銅 硝 酸 鉛 硝 酸 鋁 電 導 度 (μs/cm) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1.5M 硝 酸 鹽.5M 硝 酸 鉀.5M 硝 酸 鈉.5M 硝 酸 銅.5M 硝 酸 鋁 2 4 6 8 1 12 14 16 18 圖 22.5M 硝 酸 鉀 溶 液 硝 酸 鈉 溶 液 硝 酸 銅 溶 液 硝 酸 鋁 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 同 為 硝 酸 根 陰 離 子, 到 達 相 同 濃 度 所 需 時 間 為 硝 酸 鉀 < 硝 酸 鈉 < 硝 酸 銅 < 硝 酸 鋁.3.25.5M 硝 酸 鹽 濃 度.5M 硝 酸 鉀.5M 硝 酸 鈉.5M 硝 酸 銅.5M 硝 酸 鋁.2 濃 度 (M).15.1.5 2 4 6 8 1 12 14 圖 23.5M 硝 酸 鉀 溶 液 硝 酸 鈉 溶 液 硝 酸 銅 溶 液 硝 酸 鋁 溶 液 之 濃 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 6. 比 較.5M 同 為 氯 離 子 與 分 別 為 一 價 二 價 與 三 價 之 陽 離 子 的 滲 透 情 形 :.5M 氯 化 鉀 氯 1

電 導 度 (μs/cm) 16 14 12 1 8 6 4 2.5M 氯 化 鹽.5M 氯 化 鉀.5M 氯 化 鈉.5M 氯 化 銅.5M 氯 化 鋁 5 1 15 2 圖 24.5M 氯 化 鉀 溶 液 氯 化 鈉 溶 液 氯 化 銅 溶 液 氯 化 鋁 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 同 為 氯 離 子 時, 到 達 相 同 濃 度 所 需 時 間 為 氯 化 鉀 < 氯 化 鈉 < 氯 化 銅 < 氯 化 鋁 濃 度 (M).6.5.4.3.2.1.5M 氯 化 鹽 濃 度.5M 氯 化 鉀.5M 氯 化 鈉.5M 氯 化 銅.5M 氯 化 鋁 2 4 6 8 1 12 14 圖 25.5M 氯 化 鉀 溶 液 氯 化 鈉 溶 液 氯 化 銅 溶 液 氯 化 鋁 溶 液 之 濃 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 7. 比 較.5M 同 為 鉀 離 子 與 分 別 為 一 價 二 價 與 三 價 之 陰 離 子 的 滲 透 情 形 :.5M 硝 酸 鉀 硫 酸 鉀 磷 酸 鉀 電 導 率 (μs/cm) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1.5M 鉀 離 子 與 硝 酸 根 硫 酸 根 磷 酸 根.5M 硝 酸 鉀.5M 硫 酸 鉀.5M 磷 酸 鉀 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖 26.5M 硝 酸 鉀 溶 液 硫 酸 鉀 溶 液 磷 酸 鉀 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 同 為 鉀 離 子, 到 達 相 同 濃 度 所 需 時 間 為 硝 酸 鉀 < 硫 酸 鉀 < 磷 酸 鉀 11

.6.5.5M 鉀 離 子 濃 度.5M 硝 酸 鉀.5M 硫 酸 鉀.5M 磷 酸 鉀 濃 度 (M).4.3.2.1. 1 2 3 4 5 圖 27.5M 硝 酸 鉀 溶 液 硫 酸 鉀 溶 液 磷 酸 鉀 溶 液 之 濃 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 8. 比 較.5M 同 為 硝 酸 根 陰 離 子 與 分 別 為 一 價 二 價 與 三 價 之 陽 離 子 的 滲 透 情 形 :.5M 硝 酸 鉀 硝 酸 鈉 硝 酸 銅 硝 酸 鉛 硝 酸 鋁 電 導 度 (μs/cm) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1.5M 硝 酸 鹽.5M 硝 酸 鉀.5M 硝 酸 鈉.5M 硝 酸 銅.5M 硝 酸 鉛.5M 硝 酸 鋁 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 28.5M 硝 酸 鉀 溶 液 硝 酸 鈉 溶 液 硝 酸 銅 溶 液 硝 酸 鉛 溶 液 硝 酸 鋁 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 實 驗 二 使 用 裝 置 一 號 與 電 導 度 計, 測 量 離 子 溶 液 受 磁 場 影 響 之 電 導 度 和 時 間 的 變 化 關 係 1. 比 較 磁 場 在 不 同 位 置, 對 硝 酸 鉀 離 子 溶 液 經 蛋 膜 滲 透 的 影 響, 使 用.5M 硝 酸 鉀 : 磁 場 S-5cm 磁 場 S-18cm 磁 場 S 左 電 導 度 (μs/cm) 7 6 5 4 3 2 1.5M 硝 酸 鉀 磁 場.5M 硝 酸 鉀.5M 硝 酸 鉀 磁 場 S 左.5M 硝 酸 鉀 磁 場 S-5cm.5M 硝 酸 鉀 磁 場 S-18cm 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 29.5M 硝 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 在 實 驗 開 始 一 段 時 間 後, 滲 透 速 率 成 最 大 值 時, 此 時 滲 透 速 率 之 比 較 也 為 不 加 磁 場 > 磁 場 S 左 > 磁 場 S-5cm> 磁 場 S-18cm, 發 現 加 入 磁 場 後 硝 酸 鉀 離 子 滲 透 的 速 率 減 慢 2. 使 用.5M 硝 酸 銅 : 磁 場 S-5cm 磁 場 S 左 12

電 導 度 (μs/cm) 1 8 6 4 2.5M 硝 酸 銅 磁 場.5M 硝 酸 銅.5M 硝 酸 銅 磁 場 S 左.5M 硝 酸 銅 磁 場 S-5cm 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 3.5M 硝 酸 銅 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 硝 酸 銅 離 子 溶 液 實 驗 之 滲 透 速 率 的 比 較 是 磁 場 S 左 > 磁 場 S-5cm> 不 加 磁 場, 發 現 磁 場 能 使 硝 酸 銅 溶 液 滲 透 速 率 加 快 3. 使 用.5M 硝 酸 鋁 : 磁 場 S-5cm 磁 場 S 左 6 5.5M 硝 酸 鋁 磁 場.5M 硝 酸 鋁.5M 硝 酸 鋁 磁 場 S 左.5M 硝 酸 鋁 磁 場 S-5cm 電 導 度 (μs/cm) 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 31.5M 硝 酸 鋁 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 硝 酸 鋁 離 子 溶 液 實 驗 之 滲 透 速 率 的 比 較 是 磁 場 S-5cm> 磁 場 S 左 不 加 磁 場, 發 現 磁 場 大 致 能 使 硝 酸 銅 溶 液 通 過 蛋 膜 的 滲 透 速 率 加 快 4. 使 用.5M 硫 酸 鉀 : 磁 場 S-5cm 磁 場 S 左 1.5M 硫 酸 鉀 磁 場.5M 硫 酸 鉀.5M 硫 酸 鉀 磁 場 S 左.5M 硫 酸 鉀 磁 場 S-5cm 電 導 度 (μs/cm) 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 32.5M 硫 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 硫 酸 鉀 離 子 溶 液 實 驗 之 滲 透 速 率 的 比 較 為 磁 場 S 左 = 磁 場 S-5cm= 不 加 磁 場, 故 知 硫 酸 鉀 溶 液 的 的 滲 透 速 率 不 太 容 易 受 磁 場 影 響 5. 使 用.5M 磷 酸 鉀 : 磁 場 S-5cm 磁 場 S 左 13

1 8.5M 磷 酸 鉀 磁 場.5M 磷 酸 鉀.5M 磷 酸 鉀 磁 場 S 左.5M 磷 酸 鉀 磁 場 S-5cm 電 導 度 (μs/cm) 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 33.5M 磷 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 磷 酸 鉀 離 子 溶 液 實 驗 之 滲 透 速 率 的 比 較 為 不 加 磁 場 > 磁 場 S 左 > 磁 場 S-5cm, 故 知 磷 酸 鉀 離 子 經 蛋 膜 的 滲 透 速 率 會 受 磁 場 的 影 響 而 減 慢 實 驗 三 使 用 裝 置 一 號, 測 量 葡 萄 糖 蔗 糖 是 否 可 通 過 蛋 膜 1. 葡 萄 糖 溶 液 : 圖 34 葡 萄 糖 實 驗 ( 左 方 試 管 是 加 熱 後, 右 方 試 管 是 加 熱 前 ) 結 果 分 析 : 在 過 程 中, 有 大 量 溶 液 從 葡 萄 糖 溶 液 端 滲 出, 蒸 餾 水 端 溶 液 減 少,48 小 時 後, 由 蒸 餾 水 端 取 出 的 溶 液 加 入 本 氏 液 加 熱, 產 生 橘 紅 色 沉 澱, 證 明 葡 萄 糖 可 以 通 過 蛋 膜 2. 蔗 糖 溶 液 : 3 25 2 1M 蔗 糖 蔗 糖 左 端 蔗 糖 右 端 Brix 15 1 5 1 2 3 4 5 時 間 (min) 圖 351M 蔗 糖 溶 液 之 重 量 百 分 濃 度 (Brix) 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 ( 藍 色 線 是 蔗 糖 溶 液 端, 粉 紅 色 線 是 蒸 餾 水 端 距 蛋 膜 三 公 分 處 所 測 得 之 結 果 ) 結 果 分 析 : 在 過 程 中, 亦 有 大 量 溶 液 從 蔗 糖 溶 液 端 滲 出, 蒸 餾 水 端 溶 液 減 少, 每 固 定 時 間 利 用 甜 度 計 測 量 其 甜 度 值, 蒸 餾 水 端 的 甜 度 由 零 上 升 至 2.6 Brix, 證 明 蔗 糖 可 以 通 過 蛋 膜 14

實 驗 四 使 用 裝 置 二 號 與 電 導 度 計, 探 討 蛋 膜 兩 端 的 滲 透 情 形 7 6.5M KNO3.5M KNO3 左.5M KNO3 右 電 導 率 (μs/cm) 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 圖 36 使 用 裝 置 二 號,.5M 硝 酸 鉀 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖, ( 藍 色 線 為 硝 酸 鉀 溶 液 在 蛋 膜 左 端, 粉 紅 色 為 蒸 餾 水 在 蛋 膜 右 端 ) 結 果 分 析 : 由 此 圖 發 現 : 實 驗 剛 開 始 時 離 子 端 濃 度 急 遽 下 降, 蒸 餾 水 端 的 電 導 度 卻 沒 有 隨 之 上 升 ; 且 離 子 溶 液 端 電 導 度 下 降 速 度 與 水 端 電 導 度 上 升 速 度 不 成 比 例, 離 子 端 電 導 度 下 降 甚 快, 水 端 上 升 甚 慢 實 驗 五 使 用 裝 置 三 號 與 電 導 度 計, 探 討 蛋 膜 兩 端 距 離 蛋 膜 公 分 下, 待 反 應 趨 於 平 衡 時, 電 導 度 與 時 間 之 關 係 圖 電 導 率 (μs/cm) 7 6 5 4 3 2 1.5M 硝 酸 鉀.5M 硝 酸 鉀 離 子 溶 液 端.5M 硝 酸 鉀 蒸 餾 水 端 5 1 15 2 25 圖 37 使 用 裝 置 三 號,.5M 硝 酸 鉀 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖, ( 藍 色 線 為 硝 酸 鉀 溶 液 在 蛋 膜 內 側 端, 粉 色 為 蒸 餾 水 在 蛋 膜 外 側 端 ) 15

結 果 分 析 : 由 此 可 得 知 : 此 圖 大 概 成 上 下 對 稱, 但 是 離 子 溶 液 端 之 離 子 滲 出 速 率 略 大 於 蒸 餾 水 端 之 離 子 滲 入 速 率 約 三 天 後, 兩 端 之 電 導 度 以 極 緩 慢 的 速 度 互 相 接 近, 因 此 停 止 實 驗, 視 之 為 平 衡 實 驗 六 使 用 裝 置 三 號 與 電 導 度 計, 探 討 蛋 膜 內 側 蛋 膜 外 側 滲 透 速 率 的 不 同 7 6.5M 硝 酸 鉀 膜 內 膜 外 比 較 之 實 驗.5M 硝 酸 鉀 膜 內 蒸 餾 水 端.5M 硝 酸 鉀 膜 內 離 子 溶 液 端.5M 硝 酸 鉀 膜 外 蒸 餾 水 端 5 電 導 率 (μs/cm) 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖 38 使 用 裝 置 三 號,.5M 硝 酸 鉀 溶 液 之 電 導 度 與 時 間 之 變 化 關 係 圖, 結 果 分 析 : 由 圖 可 知, 膜 內 實 驗 所 測 得 的 滲 透 速 率 比 膜 外 實 驗 滲 透 速 率 快, 且 推 估 達 平 衡 時 的 膜 內 的 濃 度 差 較 小 16

實 驗 七 使 用 裝 置 三 號 與 電 導 度 計, 探 討 釹 磁 鐵 S 極 N 極 在 離 子 溶 液 端 或 蒸 餾 水 端 的 影 響 1..5M 硝 酸 鉀 : 無 磁 場 磁 N 水 磁 N 離 磁 S 水 磁 N 水 7 6.5M 硝 酸 鉀 磁 場.5M 硝 酸 鉀 水.5M 硝 酸 鉀 離.5M 硝 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 硝 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鉀 磁 S 離 離 5 電 導 率 (μs/cm) 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 39.5M 硝 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 率 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 對 硝 酸 鉀 而 言,( 主 要 看 離 子 端 ) 磁 場 能 使 此 實 驗 的 滲 透 速 率 加 快, 速 率 大 小 之 比 較 為 磁 S 離 > 磁 S 水 > 磁 N 水 > 磁 N 離 > 不 加 磁 場.5.4.5M 硝 酸 鉀 磁 場 之 濃 度 換 算 圖.5M 硝 酸 鉀 水.5M 硝 酸 鉀 離.5M 硝 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 硝 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鉀 磁 S 離 離 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 4.5M 硝 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 濃 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 17

2..5M 硝 酸 鉛 : 無 磁 場 磁 N 水 磁 N 離 磁 S 水 磁 N 水 1 9 8 7.5M 硝 酸 鉛 磁 場.5M 硝 酸 鉛 水.5M 硝 酸 鉛 離.5M 硝 酸 鉛 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鉛 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鉛 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鉛 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鉛 磁 S 水 水 5M 硝 酸 鉛 磁 S 水 離 電 導 率 (μs/cm) 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 41.5M 硝 酸 鉛 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 率 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 對 硝 酸 鉛 而 言,( 主 要 看 離 子 端 ) 磁 場 對 此 實 驗 之 滲 透 速 率 影 響 不 明 顯, 速 率 大 小 之 比 較 為 磁 S 離 磁 S 水 磁 N 水 磁 N 離 不 加 磁 場.5.45.4.35.5M 硝 酸 鉛 磁 場 之 濃 度 換 算 圖.5M 硝 酸 鉛 水.5M 硝 酸 鉛 離.5M 硝 酸 鉛 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鉛 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鉛 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鉛 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鉛 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鉛 磁 S 水 離.5M 硝 酸 鉛 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鉛 磁 S 離 離 濃 度 (M).3.25.2.15.1.5 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 42.5M 硝 酸 鉛 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 濃 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 18

3..5M 硝 酸 鋁 : 無 磁 場 磁 N 水 磁 N 離 磁 S 水 磁 N 水 14 12.5M 硝 酸 鋁 磁 場.5M 硝 酸 鋁 水.5M 硝 酸 鋁 離.5M 硝 酸 鋁 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鋁 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鋁 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鋁 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鋁 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鋁 磁 S 水 離.5M 硝 酸 鋁 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鋁 磁 S 離 離 1 電 導 率 (μs/cm) 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 43.5M 硝 酸 鋁 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 率 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 結 果 分 析 : 由 於 硝 酸 鋁 的 實 驗 大 多 有 滲 出, 但 是 " 磁 S 離 " 沒 有 滲 出, 可 得 知 把 磁 鐵 S 極 向 上 放 在 離 子 溶 液 端 可 使 滲 透 速 率 加 快, 但 是 其 他 實 驗 因 為 有 滲 出, 所 以 實 驗 結 果 有 待 討 論 圖 44 為 硝 酸 鋁 實 驗 終 止 時 ( 大 量 滲 出 後 ), 兩 端 水 位 高 度 差 19

濃 度 (M).5M 硝 酸 鋁 磁 場 之 濃 度 換 算 圖.5.45.4.35.3.25.2.15.1.5.5M 硝 酸 鋁 水.5M 硝 酸 鋁 離.5M 硝 酸 鋁 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鋁 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鋁 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鋁 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鋁 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鋁 磁 S 水 離.5M 硝 酸 鋁 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鋁 磁 S 離 離 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 45.5M 硝 酸 鋁 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 濃 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 4..5M 硫 酸 鉀 : 無 磁 場 磁 N 水 磁 N 離 磁 S 水 磁 N 水 1 9 8 7.5M 硫 酸 鉀 磁 場.5M 硫 酸 鉀 水.5M 硫 酸 鉀 離.5M 硫 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 硫 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 硫 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 硫 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 硫 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 硫 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 硫 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 硫 酸 鉀 磁 S 離 離 電 導 率 (μs/cm) 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 46.5M 磷 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 率 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 2

結 果 分 析 : 對 硫 酸 鉀 而 言,( 主 要 看 離 子 端 ) 磁 場 亦 能 使 此 實 驗 的 滲 透 速 率 加 快, 而 磁 S 離 明 顯 的 加 快 滲 透 速 率.45.4.5M 硫 酸 鉀 磁 場 之 濃 度 換 算 圖.5M 硫 酸 鉀 水.5M 硫 酸 鉀 離.5M 硫 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 硫 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 硫 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 硫 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 硫 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 硫 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 硫 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 硫 酸 鉀 磁 S 離 離.35.3 濃 度 (M).25.2.15.1.5 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 47.5M 硫 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 濃 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 5..5M 磷 酸 鉀 : 無 磁 場 磁 N 水 磁 N 離 磁 S 水 磁 N 水 12 1.5M 磷 酸 鉀 磁 場.5M 磷 酸 鉀 水.5M 磷 酸 鉀 離.5M 磷 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 磷 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 磷 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 磷 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 磷 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 磷 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 磷 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 磷 酸 鉀 磁 S 離 離 8 電 導 率 (μs/cm) 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 48.5M 磷 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 電 導 率 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 21

結 果 分 析 : 對 磷 酸 鉀 而 言,( 主 要 看 離 子 端 ) 磁 場 亦 能 使 此 實 驗 的 滲 透 速 率 加 快, 速 率 大 小 之 比 較 為 磁 N 水 > 磁 N 離 > 磁 S 水 磁 S 離 > 不 加 磁 場.6.5.5M 磷 酸 鉀 磁 場 之 濃 度 換 算 圖.5M 磷 酸 鉀 水.5M 磷 酸 鉀 離.5M 磷 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 磷 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 磷 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 磷 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 磷 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 磷 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 磷 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 磷 酸 鉀 磁 S 離 離.4 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 49.5M 磷 酸 鉀 離 子 溶 液 在 釹 磁 鐵 磁 場 N 極 S 極 之 位 置 不 同 的 影 響 下 之 濃 度 與 時 間 的 變 化 關 係 圖 濃 度 再 次 校 準 : 2 18 16 14 濃 度 與 電 導 度 之 校 準 KNO3 Al(NO3)3 K3PO4 Pb(NO3)2 K2SO4 電 導 度 (μs/cm) 12 1 8 6 4 2. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 1^4* 濃 度 (M) 圖 5 濃 度 與 電 導 度 之 新 校 準 表 22

實 驗 八 使 用 裝 置 三 號, 探 討 相 同 離 子 濃 度 滲 透 壓, 而 不 同 陰 陽 離 子 數 目 對 滲 透 速 率 之 影 響 8 7 6 滲 透 壓 相 同 之 實 驗.5M 硝 酸 鉀 水.5M 硝 酸 鉀 離.33M 硝 酸 鉛 水.33M 硝 酸 鉛 離.25M 硝 酸 鋁 水.25M 硝 酸 鋁 離.33M 硫 酸 鉀 水.33M 硫 酸 鉀 離.25M 磷 酸 鉀 水.25M 磷 酸 鉀 離 電 導 度 (μs/cm) 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 51.5M 硝 酸 鉀.33 硝 酸 鉛.25 硝 酸 鋁.33 硫 酸 鉀.25M 磷 酸 鉀 的 滲 透 情 形 結 果 分 析 : 相 同 離 子 濃 度 時 的 滲 透 速 率 : 硝 酸 鉀 > 硝 酸 鉛 > 硫 酸 鉀 > 磷 酸 鉀, 硝 酸 鋁 因 有 滲 液 現 象 須 另 外 討 論.5.4 滲 透 壓 相 同 之 實 驗.5M 硝 酸 鉀 水.5M 硝 酸 鉀 離.33M 硝 酸 鉛 水.33M 硝 酸 鉛 離.25M 硝 酸 鋁 水.25M 硝 酸 鋁 離.33M 硫 酸 鉀 水.33M 硫 酸 鉀 離.25M 磷 酸 鉀 水.25M 磷 酸 鉀 離 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 52.5M 硝 酸 鉀.33 硝 酸 鉛.25 硝 酸 鋁.33 硫 酸 鉀.25M 磷 酸 鉀 的 滲 透 情 形 ( 濃 度 換 算 圖 ) 實 驗 九 實 驗 進 行 中, 結 果 盡 量 於 七 月 底 展 覽 會 時 呈 現 23

柒 討 論 1. 由 碰 撞 學 說 推 測, 離 子 碰 撞 蛋 膜 通 道 才 能 產 生 滲 透 作 用, 故 開 始 時 僅 有 離 子 端 有 離 子 碰 撞, 碰 撞 頻 率 高, 滲 透 速 率 較 快 一 段 時 間 後 因 蒸 餾 水 端 離 子 數 增 加 ( 電 導 度 上 升 ), 膜 兩 側 皆 有 離 子 滲 透, 故 離 子 可 雙 方 滲 透 達 平 衡 2. 硝 酸 鋁 與 氯 化 鋁 的 實 驗 中, 蒸 餾 水 端 的 水 大 量 滲 入 離 子 溶 液 端, 導 致 離 子 端 有 大 量 滲 液, 推 測 因 鋁 離 子 的 電 荷 密 度 高, 水 合 離 子 大, 不 易 通 過 蛋 膜 依 滲 透 壓 原 理, 蒸 餾 水 大 量 滲 入 鋁 離 子 溶 液 端 3. 硝 酸 銅 與 氯 化 銅 的 實 驗, 只 有 氯 化 銅 發 生 與 鋁 離 子 溶 液 類 似, 但 量 較 少 的 滲 液 現 象, 推 測 氯 離 子 的 電 荷 密 度 較 硝 酸 根 大, 較 不 利 滲 透 4. 葡 萄 糖 與 蔗 糖 實 驗 中, 亦 有 滲 液 狀 況, 推 測 為 葡 萄 糖 與 蔗 糖 含 較 多 可 與 水 形 成 氫 鍵 的 氧 原 子, 吸 引 水 分 子 上 氫 原 子 形 成 大 的 水 合 分 子 團, 故 不 易 通 過 蛋 膜 5. 由 裝 置 一 號 實 驗 知, 同 濃 度 相 同 陰 離 子, 無 論 NO3 - 或 Cl - 溶 液, 到 達 相 同 濃 度 所 需 時 間 為 K + <Na + <Cu 2+ <Al 3+ 而 同 濃 度 相 同 陽 離 子 溶 液, 到 達 相 同 濃 度 所 需 時 間 為 硝 酸 鉀 < 硫 酸 鉀 < 磷 酸 鉀, 很 明 顯 的 速 率 比 為 M + > M 2+ > M 3+ 以 此 作 為 滲 透 速 率 之 結 論 過 於 草 率, 探 討 發 現, 裝 置 一 號 中 電 導 度 計 距 離 蛋 膜 18 公 分, 所 測 得 的 數 據 為 離 子 滲 透 與 擴 散 速 率 的 綜 合 結 果, 針 對 此 狀 況, 設 計 裝 置 三 號 改 善 此 問 題 6. 藉 裝 置 一 號 實 驗 發 現, 磁 場 對 離 子 滲 透 速 率 的 影 響 如 下 : (1) 减 慢 : 硝 酸 鉀 磷 酸 鉀 (2) 加 速 : 硝 酸 銅 硝 酸 鋁 (3) 速 率 不 變 : 硫 酸 鉀 但 受 離 子 水 中 擴 散 速 率 因 素 影 響, 此 實 驗 無 法 提 供 足 夠 資 訊 進 行 判 斷, 故 使 用 裝 置 三 號 深 入 實 驗 7. 實 驗 裝 置 一 號, 只 能 得 知 離 子 經 蛋 膜 滲 透 至 水 端 的 情 形 反 應 速 率 與 粒 子 碰 撞 成 正 比, 相 對 於 我 們 的 實 驗, 滲 透 為 離 子 碰 撞 造 成 離 子 端 的 離 子 經 蛋 膜 滲 出, 濃 度 持 續 減 低, 比 擬 為 反 應 物 減 少 ; 蒸 餾 水 端 濃 度 上 升, 比 擬 為 產 物 增 加 因 此, 實 驗 裝 置 二 號 兩 端 都 放 置 電 導 度 計 測 量 蛋 膜 兩 端 的 濃 度 變 化, 探 討 滲 透 速 率 8. 由 裝 置 二 號 實 驗 得 知, 離 子 溶 液 端 電 導 度 開 始 時 呈 曲 線 急 劇 下 降, 而 蒸 餾 水 端 則 呈 直 線 緩 緩 上 升, 兩 邊 電 導 度 的 變 化 相 差 甚 大, 但 長 時 間 反 應 後 卻 幾 乎 達 平 衡 離 子 大 量 往 水 端 前 進, 但 水 端 的 電 導 度 卻 沒 有 隨 之 增 加, 可 能 因 兩 邊 體 積 相 差 1 倍 及 受 離 子 擴 散 距 離 影 響, 為 進 一 步 研 究, 設 計 實 驗 裝 置 三 號 9..5M 溶 液 硝 酸 鉀, 使 用 裝 置 三 號 探 討 其 滲 透 達 平 衡 的 情 形 由 於 濃 度 低, 蛋 膜 兩 側 水 的 滲 透 速 率 接 近 相 等 ( 因 兩 側 水 位 幾 乎 不 變 ) 故 離 子 端 電 導 度 計 測 得 離 子 滲 出 蛋 膜 的 數 量 ; 而 蒸 餾 水 端 因 濃 度 極 稀, 滲 出 的 離 子 繼 續 擴 散, 推 測 水 端 的 電 導 度 計 測 得 的 數 值 為 滲 出 離 子 溶 液 端 的 離 子 數 量 減 去 離 子 擴 散 的 數 量 造 成 離 子 端 電 導 度 下 降 率 略 大 於 蒸 餾 水 端 電 導 度 上 升 率 達 平 衡 時, 數 據 圖 中 形 成 二 平 行 線 1. 由 參 考 資 料 知, 蛋 膜 為 蛋 白 纖 維 構 成, 有 內 外 結 構 不 同 的 兩 層 膜 ( 圖 53~54), 推 測 可 能 影 響 滲 透 速 率, 為 了 解 詳 細 情 形, 以 裝 置 三 號 進 行 膜 內 外 實 驗 內 膜 的 孔 較 小, 外 膜 孔 較 大 再 由 膜 內 外 實 驗 得 知, 離 子 從 膜 內 滲 透 到 膜 外 的 速 率 大 於 從 膜 外 滲 透 到 膜 內 的 速 率 以 碰 撞 學 說 推 測, 粒 子 由 小 孔 進 大 孔 出 比 大 孔 進 小 孔 出 容 易, 故 內 膜 滲 透 時, 離 子 碰 撞 膜 內 小 孔 的 頻 率 高, 故 通 過 蛋 膜 機 會 高, 與 實 驗 結 果 相 符 ( 裝 置 一 號 與 裝 置 二 號 並 未 注 意 膜 內 膜 外 的 差 異, 但 各 系 列 實 驗 分 別 使 用 同 樣 蛋 膜, 以 提 24

高 實 驗 準 確 性 為 避 免 膜 內 外 造 成 的 誤 差, 裝 置 三 號 的 實 驗, 皆 統 一 於 內 膜 側 注 入 離 子 溶 液 進 行 ) 圖 53 蛋 膜 內 膜 圖 54 蛋 膜 外 膜 圖 55 膜 內 膜 外 實 驗 示 意 圖 11. 使 用 裝 置 三 號 實 驗 的 數 據 分 析 ( 見 圖 56~6) 得 知, 若 未 滲 液, 離 子 端 在 相 同 時 間 內 濃 度 差 越 大, 表 示 滲 透 速 率 越 大, 而 在 相 同 時 間 內 離 子 端 濃 度 差 減 去 蒸 餾 水 端 濃 度 差 差 值 越 大, 表 示 擴 散 速 率 越 快 比 較 一 價 離 子 溶 液 與 二 價 離 子 溶 液, 硝 酸 鉀 的 滲 透 速 率 比 硝 酸 鉛 和 硫 酸 鉀 快, 推 測 為 一 價 水 合 離 子 較 小, 利 於 通 過 蛋 膜, 且 實 驗 判 斷 亦 與 已 知 水 合 離 子 半 徑 愈 小 擴 散 速 率 愈 快 相 符 12. 由 於 三 價 的 離 子 溶 液 的 實 驗 中, 蒸 餾 水 滲 入 離 子 溶 液 端 的 量 較 多, 與 離 子 總 濃 度 和 離 子 對 蛋 膜 的 通 透 性 有 關, 而 分 開 討 論 硝 酸 鋁 溶 液 有 大 量 滲 溢 的 現 象, 但 磷 酸 鉀 沒 有, 推 測 為 Al 3+ 的 水 合 比 PO4 3- 大, 通 過 蛋 膜 的 機 會 小, 亦 有 可 能 是 蛋 膜 的 通 道 有 選 擇 性, 使 Al 3+ 難 以 通 過 PO4 3- 對 蛋 膜 有 不 錯 的 通 透 性, 故 與 硝 酸 鉀 硫 酸 鉀 比 較 時 ( 相 同 陽 離 子 ), 發 現 滲 透 速 率 較 硝 酸 鉀 溶 液 慢 卻 和 硫 酸 鉀 溶 液 差 不 多, 推 測 可 能 受 蛋 膜 選 擇 性 粒 子 通 道 影 響 磷 酸 鉀 雖 無 滲 液 現 象, 但 離 子 溶 液 總 濃 度 高, 致 離 子 端 水 位 略 有 上 升, 且 由 於 擴 散 速 率 較 慢, 故 水 端 蛋 膜 附 近 呈 現 局 部 濃 縮 現 象, 故 數 據 圖 上 離 子 溶 液 下 降 率 比 水 端 濃 度 上 升 率 慢 13. 原 則 上 N 極 與 S 極 都 會 對 離 子 產 生 引 力, 若 假 設 N 極 會 對 陰 離 子 產 生 較 大 的 影 響 力, 但 會 基 於 溶 液 呈 電 中 性 的 原 理, 陽 離 子 也 會 一 起 移 動, 因 此, 同 一 種 溶 液 N 極 與 S 極 的 影 響 不 大, 而 磁 場 分 別 對 不 同 溶 液 有 不 同 影 響, 以 圖 來 判 斷, 一 價 與 二 價 的 離 子 較 不 受 磁 場 影 響, 推 測 其 所 帶 電 荷 及 粒 子 本 身 大 小 有 關 14. 三 價 離 子 的 水 合 粒 子 較 大, 陽 離 子 呈 膠 體 粒 子 狀 態, 不 易 通 過 蛋 膜, 故 對 蛋 膜 產 生 的 滲 透 壓 較 大, 受 磁 場 的 影 響 也 明 顯 與 一 價 和 二 價 離 子 溶 液 不 同, 硝 酸 鋁 離 子 溶 液 磁 S 放 在 離 子 端 的 實 驗 中, 沒 有 滲 液 的 現 象, 而 N 極 對 磷 酸 鉀 離 子 溶 液 有 加 速 滲 透 與 加 速 擴 散 的 影 響 故 推 測 陽 離 子 受 S 極 影 響 較 大, 陰 離 子 受 N 極 影 響 較 大 25

.5.5M 離 子 溶 液.5M 硝 酸 鉀 水.5M 硝 酸 鉀 離.5M 硝 酸 鉛 水.5M 硝 酸 鉛 離.5M 硝 酸 鋁 水.5M 硝 酸 鋁 離.5M 硫 酸 鉀 水.5M 硫 酸 鉀 離.5M 磷 酸 鉀 水.5M 磷 酸 鉀 離.4 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 56 使 用 裝 置 三 號, 同 濃 度 各 離 子 溶 液 之 濃 度 與 時 間 變 化 關 係 比 較 圖.5.5M 離 子 溶 液 磁 N 水.5M 硝 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鉛 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鉛 磁 N 水 離.5M 硝 酸 鋁 磁 N 水 水.5M 硝 酸 鋁 磁 N 水 離.5M 硫 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 硫 酸 鉀 磁 N 水 離.5M 磷 酸 鉀 磁 N 水 水.5M 磷 酸 鉀 磁 N 水 離.4 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 57 使 用 裝 置 三 號, 磁 鐵 N 極 向 上 放 在 水 端 同 濃 度 各 離 子 溶 液 之 濃 度 與 時 間 變 化 關 係 比 較 圖 26

.5.5M 離 子 溶 液 磁 N 離.5M 硝 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鉛 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鉛 磁 N 離 離.5M 硝 酸 鋁 磁 N 離 水.5M 硝 酸 鋁 磁 N 離 離.5M 硫 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 硫 酸 鉀 磁 N 離 離.5M 磷 酸 鉀 磁 N 離 水.5M 磷 酸 鉀 磁 N 離 離.4 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 58 使 用 裝 置 三 號, 磁 鐵 N 極 向 上 放 在 離 子 端 同 濃 度 各 離 子 溶 液 之 濃 度 與 時 間 變 化 關 係 比 較 圖.5.5M 離 子 溶 液 磁 S 水.5M 硝 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 硝 酸 鉛 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鉛 磁 S 水 離.5M 硝 酸 鋁 磁 S 水 水.5M 硝 酸 鋁 磁 S 水 離.5M 硫 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 硫 酸 鉀 磁 S 水 離.5M 磷 酸 鉀 磁 S 水 水.5M 磷 酸 鉀 磁 S 水 離.4 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 59 使 用 裝 置 三 號, 磁 鐵 S 極 向 上 放 在 水 端 同 濃 度 各 離 子 溶 液 之 濃 度 與 時 間 變 化 關 係 比 較 圖 27

.5.5M 離 子 溶 液 磁 S 離.5M 硝 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鉀 磁 S 離 離.5M 硝 酸 鉛 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鉛 磁 S 離 離.5M 硝 酸 鋁 磁 S 離 水.5M 硝 酸 鋁 磁 S 離 離.5M 硫 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 硫 酸 鉀 磁 S 離 離.5M 磷 酸 鉀 磁 S 離 水.5M 磷 酸 鉀 磁 S 離 離.4 濃 度 (M).3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 6 使 用 裝 置 三 號, 磁 鐵 S 極 向 上 放 在 離 子 端 同 濃 度 各 離 子 溶 液 之 濃 度 與 時 間 變 化 關 係 比 較 圖 15. 將 離 子 溶 液 端 滲 透 速 率 比 擬 為 化 學 反 應 中 的 反 應 速 率, 則 經 數 據 分 析 得 log( 電 導 率 ) 與 時 間 的 關 係 圖 如 下, 與 反 應 速 率 中 的 一 級 反 應 結 果 相 同, 故 推 測 其 滲 透 速 率 與 濃 度 成 正 比 4.5 4 3.5.5M 硝 酸 鉛 log.5m 硝 酸 鉛 離 子 溶 液 端.5M 硝 酸 鉛 蒸 餾 水 端 log( 電 導 率 ) 3 2.5 2 1.5 1.5 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 61 使 用 裝 置 三 號,.5M 硝 酸 鉛 無 磁 場 時 log( 電 導 率 ) 與 時 間 之 變 化 關 係 圖 16. 為 考 慮 滲 透 壓 對 滲 透 速 率 之 影 響, 因 此, 測 量 了 各 溶 液 相 等 離 子 總 數 的 滲 透 速 率, 結 果 得 知, 初 始 滲 透 壓 相 等 時 的 滲 透 速 率 為 : 硝 酸 鉀 > 硝 酸 鉛 > 硫 酸 鉀 > 磷 酸 鉀 > 硝 酸 鋁, 由 此 可 再 次 推 測, 滲 透 速 率 為 一 價 離 子 > 二 價 離 子 > 三 價 離 子 17. 電 導 度 校 準 實 驗 為 所 有 數 據 的 依 據, 第 一 次 的 校 準 濃 度 誤 差 甚 大, 因 而 改 善 配 置 溶 液 的 方 法, 為 等 倍 稀 釋, 所 得 的 結 果 發 現, 在 低 濃 度 時, 離 子 濃 度 與 電 導 度 成 正 比, 而 在 高 濃 度 時 並 沒 有 成 正 比, 且 同 濃 度 電 導 值 為 硝 酸 鋁 > 磷 酸 鋁 > 硫 酸 鉀 > 硝 酸 鉛 > 硝 酸 鉀, 然 而 我 們 的 實 驗 主 要 使 用 低 濃 度 的 溶 液, 因 此 可 以 轉 換 成 函 數, 並 直 接 求 得 電 導 度 所 對 應 之 的 濃 度 28

捌 結 論 1. 根 據 諾 貝 爾 化 學 獎 對 於 細 胞 膜 上 離 子 通 道 與 水 通 道 的 研 究, 離 子 可 以 通 過 細 胞 膜 進 入 細 胞, 不 同 於 細 胞 膜, 蛋 膜 的 構 造 並 沒 有 細 胞 膜 精 緻, 蛋 膜 非 只 有 水 通 道 的 滲 透 膜, 離 子 和 糖 分 子 也 可 通 過, 不 能 與 一 般 只 有 水 通 道 的 半 透 膜 相 提 並 論 2. 所 有 離 子 溶 液 滲 透 達 平 衡 時, 其 離 子 滲 透 數 量 ( 電 導 率 ) 與 初 濃 度 成 正 比 3. 假 若 把 離 子 溶 液 端 滲 透 比 擬 為 化 學 反 應 中 的 反 應 物, 則 滲 透 速 率 的 log 圖 與 一 級 反 應 相 同 4. 經 由 相 同 濃 度 ( 滲 透 壓 不 同 ) 及 等 滲 透 壓 實 驗 得 知, 離 子 經 蛋 膜 的 滲 透 速 率 與 粒 子 大 小 有 關 或 者 與 蛋 膜 通 道 的 選 擇 性 有 關 並 由 鋁 離 子 及 醣 分 子 的 實 驗 得 知, 電 荷 密 度 越 高 形 成 的 水 合 離 子 及 大 分 子, 滲 透 的 速 率 較 慢 粒 子 太 大 較 難 滲 透 時, 易 因 兩 端 之 水 的 滲 透 速 率 不 同 造 成 高 濃 度 溶 液 端 水 位 上 升, 甚 至 滲 漏, 與 滲 透 壓 的 現 象 相 符 5. 蛋 膜 內 外 側 構 造 不 同, 造 成 滲 透 速 率 不 同, 故 達 滲 透 平 衡 時, 蛋 膜 兩 端 的 濃 度 有 微 量 的 濃 度 差 內 膜 與 離 子 端 相 接 時, 滲 透 速 率 較 快, 且 平 衡 時 兩 端 濃 度 較 接 近, 故 知 內 膜 滲 透 的 平 衡 常 數 應 大 於 外 膜 滲 透 6. 本 實 驗 亦 間 接 驗 證 離 子 溶 液 在 水 中 的 擴 散 速 率 與 粒 子 大 小 及 電 荷 密 度 的 相 關 性 7. 離 子 移 動 會 有 磁 場 變 化, 故 外 加 磁 場 應 會 造 成 滲 透 速 率 的 變 化, 然 而 一 價 與 二 價 離 子 粒 子 較 小 且 移 動 產 生 的 磁 場 亦 較 小, 故 滲 透 時 受 磁 場 影 響 較 不 明 顯, 而 三 價 時 水 合 離 子 較 大, 移 動 時 產 生 的 磁 場 亦 較 大, 故 磁 場 影 響 較 明 顯, 也 由 實 驗 得 知 陽 離 子 受 S 極 影 響 較 大, 陰 離 子 受 N 極 影 響 較 大 8. 由 於 高 中 課 本 在 介 紹 滲 透 壓 時, 常 以 蛋 膜 細 胞 膜 紅 蘿 蔔 等 日 常 生 活 隨 處 可 見 的 材 料 作 為 半 透 膜, 甚 至 92 年 指 考 考 題 第 8 題, 亦 以 滲 透 壓 與 神 木 的 樹 木 高 度 做 為 考 題, 似 乎 容 易 造 成 對 於 半 透 膜 細 胞 膜 及 滲 透 壓 的 誤 解 故 作 此 研 究 希 望 能 對 自 己 學 習 時 的 觀 念 能 有 所 釐 清 玖 參 考 資 料 及 其 他 一 未 來 展 望 進 一 步 以 實 驗 九 的 方 向, 以 蛋 膜 為 滲 透 膜, 應 用 裝 置 測 量 陰 陽 離 子 的 通 孔 擴 散 速 率, 裝 置 構 想 圖 : 1. 選 兩 種 會 沉 澱 的 離 子 溶 液 ( 排 除 3 價 陽 離 子 溶 液 如 鋁 離 子 溶 液 等, 避 免 滲 液 造 成 濃 度 誤 差 ) 2. 測 量 沉 澱 物 出 現 的 距 離 及 時 間, 單 位 : cm/s * 若 時 間 允 許, 將 把 實 驗 結 果 呈 現 於 七 月 底 的 展 覽 會 29

二 參 考 資 料 1. 23 年 諾 貝 爾 化 學 獎 Peter Agre 與 Roderick MacKinnon http://www.chemedu.ch.ntu.edu.tw/lecture/nobel23a.htm 2. 45 屆 科 學 展 覽 會 高 中 組 化 學 科 第 二 名 蛋 求 滲 解 - 磁 場 對 滲 透 壓 的 影 響 http://www.tyc.edu.tw/files/cd/science45/senior/42/4213.pdf 3. 電 解 質 水 溶 液 會 導 電? http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science_print.asp?add_year=25&popsc_aid=17 4. Neodymium magnet - Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/neodymium_magnet 5. Electrical conductivity - Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/electrical_conductivity 6. 磁 通 磁 性 科 技 股 份 有 限 公 司 釹 鐵 硼 超 強 力 磁 鐵 (NdFeB Magnet) 7. 台 科 大 生 物 專 題 報 告 作 者 :B91638 蔡 順 如 B9162 胡 宗 憲 B91645 盧 彥 明 B91641 周 瑋 綱 3