99科展：製作滲透作用觀測器

壹、研究動機:

滲透作用是水分進出細胞的重要機制，一般是以植物部分組織浸泡在不同濃度的溶液中若干時間後，觀察組織膨脹或萎縮的狀況來判斷，但因植物細胞壁的限制，此法所能觀測的變化並不明顯(註一)。另外就是利用蛋膜的半透性特質製成滲透器，配合直徑小的吸管便可在短時間內觀測到顯著的滲透作用(註二、註三)。然而此法必須去除蛋殼且蛋膜非常脆弱，因此製作起來並不容易，也不是一個方便觀測滲透作用的工具。在上課的過程中老師提到用來作糕餅墊膜的玻璃紙也有半透膜的特性(註四)，於是我們便有了利用玻璃紙製作簡易且方便觀測的滲透工具的念頭。

貳、研究目的:

製作簡易且易於觀測的滲透系統

參、研究設備及器材:

1.透明玻璃紙

2.細玻璃管

3.寶特瓶蓋

4.食鹽(氯化鈉純度99.5%以上)、味精(麩胺酸鈉純度99%以上)

5.熱熔槍、熱熔膠、電子秤與直流電流計

肆、研究過程和方法:

一、滲透作用觀測工具的製造

1.將兩個寶特瓶瓶口部分裁剪成下列圖一至圖四狀態。
 

2.將圖一瓶口與圖二瓶蓋組合成圖五(實驗過程中用以固定玻璃紙)；

3.將圖一與圖三的瓶口內側用熱熔膠黏合成圖六(此空間在實驗過程中可更替不同濃度的溶液)；

4.將細玻璃管插在圖四的中央圓孔上，並在瓶蓋內外兩側以熱熔膠固定細玻璃管(用以避免在滲透過程中溶液從此處滲出，影響觀測結果) ；

5.將圖六上方瓶口與圖七瓶蓋組合成圖八；

     6.最後完成的滲透觀測工具如圖九。下方的瓶底空間是放置水的容器，可和上方溶液在玻璃紙間產生濃度差。

二、不同溶液滲透作用的觀測

1.在將玻璃紙固定在圖五裝置之前必須先將玻璃紙泡水大約5到10分鐘才能進行實驗。

2.將配好濃度的溶液(滴入2滴紅墨水以利觀察)倒入圖六的空間中再旋上圖七瓶蓋，即可開始觀測滲透作用。

伍、研究結果:

    下列圖組為第一列的味精(25 % ，w/w，以下皆同)、第二~四列分別食鹽在濃度為25 %、12.5 % 與6.25 % 時的滲透作用。結果顯示在相同濃度下食鹽的滲透作用較味精來得明顯，且高濃度溶液產生的滲透作用較低濃度溶液來得快(表一、圖十四)。

陸、討論:

1.  玻璃紙需要活化：玻璃紙是一種是以棉漿、木漿等天然纖維為原料，用膠黏法制成的薄膜(註四)，因此需要經過水浸潤一段時間軟化玻璃紙的結構才能表現出其特有的半透膜特性，這也透露出玻璃紙會隨著操作時間而劣化的可能性。

2.    食鹽為何比味精產生更明顯的滲透作用？我們認為是二者的化學性質不同所引起的。經過資料查詢得知，味精的成分為麩胺酸鈉(註五)，分子量為169.1 g/mol；而食鹽的成分是氯化鈉(註五)，分子量為58.4 g/mol，意思是相同重量的食鹽與味精溶於水時，有更多的食鹽分子溶在水裡面(變成離子)，因而限制了更多水的自由活動(因為水被氯離子與鈉離子吸住了)，造成在玻璃紙兩側的食鹽溶液與盛水區之間產生更大的濃度差。也就是說，重量百分比濃度並無法真實反映出不同物質在相同濃度下滲透作用的強弱。

柒、結論:

由本實驗的結果顯示，以玻璃紙加上細玻璃管組成的工具，不僅可以在更短的時間內觀測到明顯的滲透作用，同時還能重複使用。若因玻璃紙劣化不堪使用時，只需更換玻璃紙即可。因此我們相信，在觀測滲透作用時，本實驗所設計的成品是一個比蛋膜或是植物組織更便利的觀測工具。

捌、參考資料:

註一：南一版自然與生活科技第一冊第二章

註二：第43屆中小學科展作品 http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/43/pdf/c/080201.pdf

註三：遠哲科學競賽之蛋膜的滲透作用

註四：百度百科 http://baike.baidu.com/view/198186.htm

註五：維基百科  http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%91%B3%E7%B2%BE ；http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%B0%AF%E5%8C%96%E9%88%89