生活與光化學實驗活動設計Design of Hands-On Activities for Photochemistry in Daily Life

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果告

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※ 生活與光化學實驗活動設計 ※

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計畫類別：□個別型計畫 □整合型計畫

計畫編號：NSC90－2515－S－110－001－

執行期間： 90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日

計畫主持人：余岳川

共同主持人：

計畫參與人員：林俊呈、李雅琳、黃信昌

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

執行單位：國立中山大學化學系

中 華 民 國 91 年 10 月 25 日

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生活與光化學實驗活動設計

Design of Hands-on Activities for Photochemistry in Daily Life

計畫編號：NSC 90－2515－S－110－001

執行期限：90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日

主持人：余岳川 國立中山大學化學系

[email protected]

計畫參與人員：林俊呈、李雅琳、黃信昌

國立中山大學化學系學生

A general purpose experimental station consisted of two identical sets of UV lamps and detectors has been constructed to demonstrate various photochemistry and photophysics applications in daily life. These include but not limited to currency counterfeiting, fluorescence and phosphorescence, optical brightener in paper, chromatic sunglasses, anti-UV sunglasses, sunscreens, etc. This exhibition is designed specially for informal science education such as science centers and museums.

Keywords: experimental station,

photochemistry and photophysics, informal education 二、緣由與目的 光與物質作用之後有多種可能結果， 包括光被物質吸收、物質發螢光或磷光、 物質變色、物質發生化學反應等，這些現 象常被用來應用在日常生活。例如防曬 油、抗紫外線布料、抗紫外線太陽眼鏡或 隱形眼鏡都是利用物質吸收紫外線原理， 日光燈、鈔票螢光防偽、螢光增白劑是利 用螢光原理，而夜光漆、夜光玩具則利用 磷光原理，自動變色太陽眼鏡則利用光變 色原理。 有鑑於一般大眾對光化學與光物理諸 多現象在日常生活所扮演的角色多不瞭 解，乃設計此通用實驗平台，期使一般大 眾一探光化學與光物理之奧祕。 三、結果與討論 實驗平台設計 1. 特別設計之通用實驗站，包括兩套完全 相同之紫外線燈及紫外線光度計，樣品則 採用對照組方式，以抽屜式插入光源與光 度計之間，光源與則觀景窗略成直角，以 便觀察，設計圖詳如圖一。圖二係實驗平 台實品相片。 2. 各種對比樣品組，包括(1)真鈔/偽鈔、 (2)螢光物質/磷光物質、(3)含增白劑白紙/ 不含增白劑白紙、(4)一般塑膠/光變色塑膠 珠子、(5)一般太陽眼鏡/自動變色太陽眼 鏡、(6)一般太陽眼鏡/抗紫外線太陽眼鏡、 (7)塗防曬油/未塗防曬油玻片。 一般操作方式 打開實驗平台電源，依次將對比樣品組插 入實驗站，用肉眼觀察發光或變色現象或

2 透過光度計比較紫外線強度，以比較各種 不同光化學現象。 展示之光化學及光物理現象 (1) 鈔票防偽：真鈔用紙在製造時即加入螢 光纖維絲，印製系列號時用螢光油墨。 (2) 螢光物質與磷光物質：螢光物質及磷光 物質在紫外線照射下會發出可見光，光 源切斷後螢光立刻消失而磷光可持續 一段時間，這是因為躍遷選擇律的不 同。 (3) 螢光增白劑：為使衣物、紙張、紙尿布 等看起來比較白，清潔劑內加入螢光增 白劑，紙張亦經增白劑處理，在紫外線 下產生螢光，造成錯覺。 (4) 光變色物質：利用光致化學反應可使物 質在紫外線下改變顏色，稱為光變色。 可充當紫外線指示劑。 (5) 自動變色太陽眼鏡：眼鏡內加入氯化銀 晶體，在紫外線照射下進行氧化還原反 應，產生銀原子，達到遮光效果。這種 光變色通常是可逆反應，回到室內便回 復透明。 (6) 抗紫外線太陽眼鏡：比一般太陽眼鏡多 了抗 UV 鍍膜，以吸收或反射紫外線。 (7) 防曬油：為無機或有機化合物，藉反射 (無機)或吸收(有機)紫外線達到防曬目 的。 觀察重點 (1) 真鈔/偽鈔：在紫外線下整張真鈔散佈 三色螢光纖維絲，系列號發橘色螢光。偽 鈔則無。 (2) 螢光物質/磷光物質：在紫外線照射下 都會會發出可見光，光源切斷後螢光立刻 消失而磷光可持續一段時間。 (3) 含增白劑白紙/不含增白劑白紙：含增 白劑者較白。 (4) 光變色物質/非光變色物質：先用日光 燈觀察，再打開紫外線燈，則光變色物質 會變色而非光變色物質不變色。 (5) 一般太陽眼鏡/自動變色太陽眼鏡：先 用日光燈觀察，再打開紫外線燈，則自動 變色太陽眼鏡變深而一般太陽眼鏡不變 色。 (6) 一般太陽眼鏡/抗紫外線太陽眼鏡：打 開光度計，比較兩者光度；再打開紫外線 燈，比較兩者光度。抗紫外線太陽眼鏡的 光度應減少。 (7) 塗防曬油/未塗防曬油玻片：與太陽眼 鏡相同。 紫外線安全 本實驗平台由於(1)使用低功率紫外 線光源，(2)使用長波紫外線光源，(3)平台 為密封式，紫外線不會外漏，(4)觀景窗由 玻璃組成，可有效隔絕紫外線，(5)觀景窗 與紫外線光源垂直，眼睛不會直接看到紫 外線光源。因此無安全顧慮，一般大眾可 放心使用。在實際操作時可將平台內紫外 線偵測頭取出來測量平台外紫外線強度。 特色 本實驗設計最大之特色是只需一個通 用平台即可展示多種不同光化學及光物理 現象，節約時間、空間及器材。參觀者同 時可對諸多觀象有一全面瞭解。 四、成果自評 經實地測試本計劃已達成原計劃設定 之目標。為符合科學博物館供大眾操作之 目標，在樣品導入方式仍有可改進空間， 例如可將全部樣品置入大型密封圓盤，並 設計由操作者按鈕選擇樣品。 五、參考文獻 [1] 余岳川，生活與化學，民國八十六年， 台灣書店，台北市。 [2] 余岳川，生活與化學 2，民國九十一 年，眾光文化公司，台北市。

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圖一 光化學實驗平台設計國