生物光電

前言

從第一天早上教授的講解和提問到兩天之內的實驗操作。在兩天中我們試著使用科學的方法尋找答案。儘管過程困難重重，但也是一種從零開始的學習過程。讓我們知道看似理所當然的結論若要使用準確的方式證明是多麼的不容易。

實驗原理

  • DCPIP的氧化還原變色原理

DCPIP (藍色) + H+ → DCPIPH (粉紅)

DCPIPH (粉紅) + Vitamin C → DCPIPH2 (褪色)

  • 光電二極體之原理

當一個具有充足能量的光子衝擊到二極體上，它將激發一個電子，從而產生自由電子。也就是說，只要照光，就會生電。

  • 簡易分光光度計之原理

透過一側照光的發光二極體照射到另一側的光電二極體所產生之電壓來判定比色管中溶液之吸光度。本實驗中由於VitaminC會與DCPIP產生反應而褪色，故可

藉此儀器判斷


實驗器材

  • 三用電表 1台
  • 麵包板 1組
  • 電池 (1.5V) 2顆
  • 簡易分光光度計主體殼 1個
  • 發光二極體 5個(紅、黃、綠、藍、白)
  • 光電二極體 1個
  • 電線 適量
  • 比色管 4個
  • 離心瓶 4管
  • 燒杯 3個
  • 滴管 3支
  • 量筒 1支
  • 0.05%DCPIP 適量
  • 2%VitaminC 適量
  • 鳳梨汁 適量
  • 檸檬汁 適量
  • pH計 1支

實驗目的

  • 以實驗證實紅墨水和DCPIP確實為紅色和藍色
  • 探討溫度與pH值之關係
  • 探討水果pH值與其酸度之關係
  • 探討VitaminC與水果之間之關係

實驗方法

一.以實驗驗證紅墨水與DCPIP確實為紅色和藍色

  1. 將三用電表，麵包板，電池 ，簡易分光光度計主體殼，白色發光二極體及電線組裝為一簡易分光光度計
  2. 於比色管內裝入適量紅墨水，並將比色管裝入簡易分光光度計
  3. 開啟電源，並觀察三用電表上數值之變化
  4. 依序以紅，黃，綠，藍之次序替換發光二極體，重覆以上動作，並將各數值記錄並繪成圖表(見下圖一)
  5. 將比色管內溶液由紅墨水改為DCPIP，重覆以上動作，並繪之為一新圖表(見下圖二)

(圖一) (圖二)

二.探討溫度與pH值之關係

  1. 以pH計連上電腦並啟動程式，並將pH4，7，10之標準液各分成三份，分別置於常溫(297K)，低溫(285K)，高溫(317K)下
  2. 分別以pH計測量常溫下標準液pH值4，7，10的電壓值
  3. 分別以pH計測量低溫下標準液pH值4，7，10的電壓值
  4. 分別以pH計測量高溫下標準液pH值4，7，10的電壓值
  5. 將以上之數據進行整合並疊圖觀察其差異及趨勢(見圖三)
  6. 以公式"E_ion = RT/zF * ([outer_ion]/[inner_ion])"推算出理想狀態之繪圖(見圖四)，並與實驗結果相比較。

(圖三) (圖四)

三.探討水果pH值與其酸度之關係

  1. 將DCPIP3ml裝入比色管並裝入簡易分光光度計，並將VitaminC加水稀釋成數種不同濃度之溶液
  2. 將任一已知濃度之VitaminC加入裝有DCPIP之比色管中一滴，並混合均勻，以紅光照射之，並記錄三用電表上之數值
  3. 對其他濃度之VitaminC亦進行以上動作
  4. 將所有數據整合繪成一點圖，並繪出其回歸直線，觀察其趨勢(見下圖五)

(圖五)

四.探討VitaminC與水果pH值之間之關係

  1. 將VitaminC加水稀釋成數種不同濃度之溶液
  2. 以pH計測量各不同溶液之電壓
  3. 將各數據整合，並繪製成圖表(見圖五，圖六)，觀察其趨勢

(圖五) (圖六)

結論

Q:冰水果比較酸嗎?

A:從pH值對溫度的作圖可以發現，在接近常溫時pH值反而較低，故冰水果在味覺上嚐起來較酸的原因並非化學定義上的酸，而是因在低溫時由於苦和甜的味覺也受低溫影響，較酸鹹味覺不靈敏，從而凸顯了酸味而顯酸。

Q:較酸的水果pH值真的比較低嗎 ?

A:不一定。人對酸的感覺是相對的，它受到很多因素影響，包刮上次吃什麼食物、個人體質、天氣等等。

Q:較酸的水果含較多的VitaminC嗎?

A:在使用pH儀測試後我們發現檸檬的Vit.C含量確實比鳳梨多，而由果汁和電壓關係圖可以得知檸檬的pH值較低，故以檸檬和鳳梨做比較，檸檬確實較酸，但若要擴大解釋至所有水果，則須參考另一張Vit.C對水果酸度的影響程度。


參考資料

自身實驗資料