2、金属片触发热敷包结晶原因的探讨.ppt

* 摘 要 本课题以市售可重复使用热敷包的结晶触发与结晶成长为研究主体，由实验推测此热敷包中之醋酸钠水溶液应为一种过饱和的过冷溶液，以手折金属片，可能因其裂隙释出晶种而使溶液结晶；同时溶液迅速转变为固体并放热。 实验结果显示，在结晶触发及结晶成长的过程中：（1）醋酸钠的浓度越高，越容易触发结晶且结晶成长速率较快，并且结晶后热敷包升高至较高温度。（2）在热敷包中添加醋酸钠的同酸根离子，发现较难触发其结晶，并且结晶后温度上升程度较低且结晶成长速率也明显减缓。（3）在不同温度条件下，尝试触发热敷包结晶，发现结晶在高温下极难触发，且在结晶成长过程中，在5—45℃ 之间以25℃时结晶成长速率最快。 研究项目 1、尝试以实验室药品自制热敷包。 2、讨论热敷包中金属片造成结晶 的原因。 3、影响结晶触发的各种因素探讨。 4、影响结晶成长的各种因素探讨。 研究过程与方法 1、自制热敷包 2、金属片触发热敷包结晶原因的探讨 3、影响结晶触发的各项因素探讨 4、影响热敷包溶液结晶成长之变因探讨 (1)结晶成长速率与各项变因的关系 (2)结晶后上升之最高温度 1. 温度测量仪器的设计 将一卡计之铜杯及顶盖卸除、留下木壳、保丽龙部分 (如下图a所示)。 B. 将一球形保丽龙切割出顶盖的部分(如下图a所示)。 C. 将两个小型保丽龙杯叠在一起后(如下图b所示)，置入卡计中(如下图c所示)。 D. 使用时，将药品置入保丽龙杯中，盖上保丽龙顶盖、木盖、并插入温度计(如下图d)。 2.分别以A.浓度57.28、51.25、45.22、39.19﹪的醋酸钠 溶液80 g；B.于54.82%的醋酸钠溶液中分别添加不同量 的硝酸钠、醋酸铵。触发结晶，记录结晶后上升的最高 温度。 5、结晶过程照度的变化 (1)照度测量仪器的设计 暗箱 日光灯管 亚克力盒 照度计 设计装置一 设计装置二 (2) 醋酸钠结晶生长过程的照度变化 以54.82 %的醋酸钠溶液160mL自制热敷包，于沸水中 加热后降温至25℃，触发结晶，并测量结晶后每5秒之照度变化。 2. 改变变因：(i)温度：在沸水中加热后分别降温至5、25、35、45℃ (ii)浓度：将醋酸钠溶液浓度分别改为57.28、51.25、45.22、39.19﹪；(iii)添加其他离子化合物：在醋酸钠溶液中分别添加不同量之硝酸钠、醋酸铵。 实验数据及分析 1、自制热敷包 结果： 淡黄色透明 以含无水醋酸钠配制之热敷包 白色 针状 以金属片为中心，向外结晶 摇晃不结晶 无色透明 市售热敷包＆以含结晶水醋酸钠配制之热敷包 颜色 形状 结晶情形 稳定性 溶液颜色 结晶时 未结晶时 观察结果 注：后续实验选择以CH3COONa?3H2O 自制热敷包。 2、金属片触发热敷包结晶原因的探讨 (1)金属片的观察 ?由此观察到的金属片，我们推测其造成结晶的因素可能有二： (1) 扳动造成之震动，使其结晶 (2) 裂隙/突起的影响使其结晶。依此观察设计后续实验。 1.不同频率震荡是否触发热敷包结晶 结果： 均不结晶 结晶情形 200 100 50 超音波 （3MHZ） 震荡恒温槽震荡频率(rpm) 以手摇晃 各种震荡 机制 2.扳动发夹是否触发热敷包结晶 结果：均无法造成溶液结晶 3.以手摇晃60.29 % (w/w)的热敷包 结果： 3次 重复3次中结晶次数 50℃ 40℃ 30℃ 温度 注：与实验1比较，发现于高浓度下摇晃会造成溶液结晶；且 温度是影响摇晃是否结晶的重要因素。 (2)金属片表面裂隙或突起对结晶的影响 A、以砂纸磨金属片是否触发热敷包结晶 结果： 磨全部 结晶 粗糙较不光滑 磨一半 不结晶 光滑 未磨 室温下(约25℃)以手轻搓金属片 外观（磨过之处） 金属片 B、以砂纸制造各种材质金属之裂隙/突起，是否触发热敷包结晶 结果： 铁片 锌片 结晶 不结晶 铜片 以手摩擦金属片尖角处 以手磨擦金属片刮痕处 C、以砂纸取代金属片模拟裂隙/突起，是否触发热敷包结晶 结果： 不结晶 自制热敷包 240cw 400cw 600cw 800cw 将砂纸对折后互磨 D、以黏著剂封住金属片之裂隙/突起处观察此金属片是否触 发热敷包结晶 结果：无论金属片怎么折，热敷包皆不结晶。故突起/裂隙在 触发结晶的过程中，应扮演了关键性的角色。 3、影响结晶触发的各项因素探讨 (1)结晶过程中温度的变化 ?将醋酸钠溶降温，观察得随时间变化图形如上图所示；当温度降至-17℃，溶液即发生结晶现象，同时，温度迅速上升；其图形与过冷液体温度上升的图形吻合。 (2)影响金属片触发结晶的各项因素探讨 A、温度 结晶 折金属片 结晶 结晶 不结晶 不结