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歷史悠久的消毒水:次氯酸鈉的過去與今天

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2018/10/19 ・2755字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

  • 撰文/楊朝源│自由寫手

炎熱的天氣,最適合來去游泳池泡水消暑了。且慢,出門之前滑個手機,看見新聞上說泳池員工誤將硫酸與次氯酸鈉混合,導致現場產生大量有毒煙霧,多名小朋友吸入後身體不適緊急送醫(相關新聞)。

真的是不看還好,一看嚇一跳,不如在家當個宅宅開心地掃廁所好了。(神轉折)咦?什麼?掃廁所用到的漂白水也是次氯酸鈉溶液?次氯酸鈉到底是什麼呢?為什麼各種需要消毒殺菌的場合都少不掉它呢?

次氯酸鈉是泳池中常使用的消毒水。圖/StockSnap @Pixabay,CC0

亂世出英雄,戰爭中立功的次氯酸鈉

次氯酸鈉(sodium hypochlorite)首先是在 1787 年被法國化學家柏瑟列(Berthollet)所發現,將氯氣通入鹼液製造而成註2018/10/20。1820 年,次氯酸鈉被法國化學家拉巴拉克 (Labarraque) 當作漂白水來使用。

緊接著到了第一次世界大戰,當時為了幫大量的傷患進行傷口消毒,各國的學者醫生們都在找尋找一種既可以殺菌又不會傷害人體的消毒水,而其中最成功的人便是來自英國的化學家達金 (Dakin),他嘗試了許多種的物質,包含了酚、水楊酸、雙氧水……等,最後他發現同時具有殺菌與清理創傷效果的次氯酸鈉最為理想,而他所發明的配方後來被命名為達金溶液 (Dakin’s solution),到了二次世界大戰的時候,達金溶液已經被普及地用在傷口的消毒及清洗上面。

第一次世界大戰時,達金等人利用次氯酸鈉溶液來處理大量的傷患。圖/bmewett  @Pixabay,CC0

1990 年代末期,達金溶液的使用也開始受到質疑,其中最多的就是對於健康生物組織具有毒性的討論,因為一開始達金的建議配方是濃度 4% 的次氯酸溶液,而這樣的濃度對於細胞是有刺激性的。但現在發現即使只用 0.5% 甚至更低濃度的次氯酸鈉溶液也可以達到很好的效果,同時也較不具刺激性。儘管在使用上仍圍繞著爭議,臨床上的觀察結果還是可以證實達金溶液依舊是醫學中重要的消毒配方之一。

除了在醫學上的貢獻,次氯酸鈉在我們的生活也同樣扮演了重要的角色,游泳池、廁所乃至於免疫系統,都可以發現它的存在。

次氯酸鈉的殺菌守則:電子通通交出來

次氯酸鈉是如何殺掉細菌的呢?總歸一句話,就是靠著靈的……喔不,是電子的轉移。

要了解次氯酸鈉怎麼殺菌和漂白,就要先知道什麼是氧化還原反應。氧化還原反應指的是過程中發生電子轉移的化學反應,例如說將鋅片放入含有銅離子的水溶液之後,鋅會開始被溶解,而銅則會逐漸覆蓋在鋅片之上,這就是一個氧化還原反應。因為鋅相較於銅更容易失去電子,因此在碰到銅離子之後會將電子轉移出去變成鋅離子,而銅離子獲得電子後會還原成銅(實驗看這邊)

或許你會納悶,只是增加或減少幾顆電子真的有差這麼多嗎?事實上在化學的世界裡,差一顆電子就可以是天差地遠。舉例來說,同樣都是鈉,金屬鈉 (Na) 和鈉離子 (Na+)就有完全不同的化學性質,前者個性火爆,碰到水就會燒起來,後者則是化學界中的好好先生,沒發生什麼大事絕不會起反應,兩個的差別大到都可以大聲說我們不一樣啦!

在我們的生活周遭,氧化還原反應可說是無所不在,包含了我們的呼吸作用、植物的光合作用、各式各樣的燃燒以及電池的放電,這些都是氧化還原反應的案例。

原來是個擅長氧化的朋友呢

故事回到主線,次氯酸鈉(NaClO)溶在水中會解離成次氯酸離子(ClO)和鈉離子(Na+),其中的次氯酸離子很容易就會將其他物質的電子搶過來,也就說能夠氧化許多的物質,透過氧化就可以破壞細菌的細胞機能,最後導致細菌死亡。而漂白的功能也是因為氧化了含有顏色的化合物而造成褪色。

消毒水有毒?使用次氯酸鈉要注意

這麼看起來次氯酸鈉簡直是人類偉大的發明之一,那為何會有這麼多意外事件會因它而起呢?沒錯我們這邊就要來首尾呼應一下了。事實上與其說是「消毒」,次氯酸鈉的作用更應該說是「殺菌」。

這邊要提醒大家一下,雖然說常被稱為漂白水的次氯酸鈉可以在超商就買得到,但如果是對外營業的清潔公司(像是辦公大樓或包租公寓常將清潔外包),使用次氯酸溶液進行環境衛生殺菌像是用在地板、牆面的消毒,則歸屬於「環境用藥管理法」的「病媒防治業」的服務範圍,需要領得許可執照後才可以從事這項專業服務。

為什麼這麼麻煩呢?就如同前言的新聞案例,次氯酸鈉可以殺菌,就代表它具有一定的生物毒性,若是不慎喝下或觸碰到高濃度的次氯酸鈉就可能會產生危險;除此之外,它的某些化學反應也會釋放出有毒物質。為了要知道怎麼安全的使用,就讓我們來看看與次氯酸鈉相處時,有哪些事情需要去避免的吧。

1. 禁止飲用與避免觸摸

次氯酸鈉具有生物毒性,喝下太多會有中毒的危險,除非必要也應該盡量不要直接觸摸;若要稀釋高濃度的次氯酸鈉建議戴上手套及口罩等防護措施。

2. 避免高溫及陽光

次氯酸鈉受到高溫或曬到陽光會分解產生有毒的氯氣,因此平時不用的話要保存在陰涼的地方,使用時也不要加進熱水裡面。

3. 避免與酸混合

次氯酸鈉若碰到酸也會產生氯氣,一開始所提到游泳池的案例就是如此,在家中清潔時也要避免與鹽酸等家中的酸性物質接觸,以免產生危險。

次氯酸鈉,一種常見的化學物質,從戰爭中的醫學、到生活中居家的環境消毒殺菌、泳池的殺菌,廣泛的應用使得它成為人類歷史上重要的一環。然而水能載舟亦能覆舟,聰明小心地使用才能讓我們在享受它帶來的方便時,也不會有意外的發生。

參考資料

  1. Ueno, C. M., Mullens, C. L., Luh, J. H., & Wooden, W. A. (2018). Historical Review of Dakin’s Solution Applications. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery.
  2. Duarte, B., Cabete, J., Formiga, A., & Neves, J. (2017). Dakin’s solution: is there a place for it in the 21st century?. International wound journal, 14(6), 918-920.
  3. 衛生署 漂白水的使用
  4. 環境用藥管理法
  5. 環境用藥管理資訊系統
  6. Vogt, H., Balej, J., Bennett, J. E., Wintzer, P., Sheikh, S. A., Gallone, P., … & Pelin, K. (2000). Chlorine oxides and chlorine oxygen acidsUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry.( 2018/10/22 補充)

註 2018/10/20:勘誤次氯酸鈉(sodium hypochlorite)首先是在 1787 年被法國化學家柏瑟列(Berthollet)所發現,原段落誤植為當時製造次氯酸鈉的方法是透過電解海水,實際應為將氯氣通入鹼液製造而成;特此更正。

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/


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保留海洋中的絢麗色彩——海科館陳麗淑博士專訪

科學月刊_96
・2021/09/30 ・5120字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由海洋保育署廣告企劃,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 作者:採訪撰稿 ∕ 謝育哲 ∕ 本刊主編

大海中美麗的珊瑚礁是許多海洋生物的棲地,但由於海洋環境汙染及氣候變遷等問題,珊瑚的生存不斷受到壓迫,珊瑚白化問題更是屢見不鮮。為了讓一般大眾也能保育珊瑚,由海科館陳麗淑博士等人團隊從澳洲引進的「珊瑚觀測」,用簡單色卡上的顏色與觀測珊瑚進行比對,就能評估該珊瑚的健康狀況。此外,海科館及海保署也進行更多的計畫與推廣,讓全民一起守護海底美麗的珊瑚。

圖/Pexels

海中有著形形色色的生物,如果要挑選出一種外觀最令人印象深刻的,肯定是色彩斑斕綺麗的珊瑚了!許多人常會誤認珊瑚是一種植物,但牠其實是不折不扣的動物。事實上,珊瑚是由許許多多的珊瑚蟲(coral polyps)所形成的群體。目前全世界共有 800 多種的珊瑚,而由珊瑚組成的珊瑚礁(coral reef)更是許多海洋魚類生存的家園。

但由於珊瑚生長速度極慢,每年僅增長約 10 公分,且十分脆弱,近年來又因氣候變遷與海洋汙染等問題,造成珊瑚的生存出現危機。因此,保護珊瑚人人有責,但身為一般人的我們又該如何保育這些美麗又珍貴的海洋生物呢?本次《科學月刊》專訪了國立海洋科技博物館(以下簡稱海科館)的研究員陳麗淑博士,看看有哪些保護珊瑚的方式,以及介紹從澳洲引進的珊瑚觀測(coral watch)方法吧!

珊瑚遇到了什麼危機?

關於珊瑚,我們最常聽到的是「珊瑚白化」(coral bleaching)。但珊瑚白化代表什麼?又是什麼造成了珊瑚白化呢?

白化的軸孔珊瑚(Acropora spp.)與背景中的健康軸孔珊瑚形成對比。圖/WIKIPEDIA

由於珊瑚對於生存環境的溫度十分敏感,一般來說,對珊瑚而言最自在的水溫環境為 23~28℃,而生存的極限溫度範圍則為 18~32℃,若超過這個溫度區間,對珊瑚來說即為太冷或太熱的環境。陳麗淑表示,一但海水溫度超過 32℃,珊瑚就會出現白化現象。當然不是所有的珊瑚都會同時白化,各種珊瑚因生長速度不同,白化現象發生的情形也會有所差異。一般來說,生長速度較快的枝狀珊瑚比較容易白化,而團塊狀珊瑚則比較有抵抗力。

不過珊瑚到底是怎麼「變白」的?其實珊瑚白化詳細原因,是因為當環境溫度出現劇烈變化時,珊瑚內部的共生藻數量就會下降。由於共生藻是珊瑚繽紛色彩的來源,因此在珊瑚內部的共生藻數量多時,顏色就會飽滿鮮豔,而當共生藻離開珊瑚後,珊瑚的顏色便會越變越淡,最後白化,若後續沒有適當保護與處置,珊瑚就可能會因而死亡。所幸珊瑚白化並不是不可逆的,只要海水溫度回到適合珊瑚生存的溫度,珊瑚就會逐漸穿上牠美麗的彩衣,恢復原本繽紛的色彩。

過去臺灣周遭海域曾出現過多次珊瑚大量白化的現象,陳麗淑表示,珊瑚大規模的白化的情形主要集中發生在夏季,甚至在去(2020)年夏季就曾發生珊瑚大量白化的現象,由於當時的海水溫度偏高,且維持時間較長,使得臺灣各地出現珊瑚白化的情形。不過好消息是,根據調查,今(2021)年還未發生大規模的珊瑚白化,且時節已進入秋季,海水溫度下降,至少目前珊瑚不會面臨溫度升高的生存壓力。不過,陳麗淑也語重心長地提醒:「近年來海水溫度過高的發生頻率相較以往提高了不少。」令人擔心的是,若海水溫度升高頻繁,將可能嚴重衝擊珊瑚的生存。因此,我們必須想辦法保護珊瑚。

圖/Pexels

一般人該怎麼保護珊瑚?老嫗能解的「珊瑚觀測」

對一般大眾來說,並不是所有人都具備珊瑚的相關知識,對此,陳麗淑一直在思考該用什麼方法,才能讓沒有專業知識背景的大眾能參與保育珊瑚的活動呢?在公民科學領域中,有個名為「珊瑚礁體檢」(reef check)的珊瑚監測計畫。但由於珊瑚礁體檢的入門門檻較高,需要先經過一定時數的課程訓練,且所費不貲,因此這並不是一項適合所有人的方法。

這時陳麗淑想到了「珊瑚觀測」。事實上,珊瑚觀測約莫在 2009 年就已有人引進臺灣,但當時並未受到大量關注。直到 2018 年,陳麗淑帶領的團隊開始重新研究珊瑚觀測的方式,發現其背後的科學大有學問,也可簡化成任何人都能理解並運用的珊瑚監測方式。

珊瑚觀測主要是透過一張卡片,上頭有 4 種由淺至深的色調。陳麗淑表示,這些色調涵蓋了約 70~80% 的珊瑚種類,即使無法囊括其他特殊顏色的珊瑚,但卡片上的設計對普通人來說已是綽綽有餘。而觀測方法也很簡單,任何人只要帶著這張卡片潛水至珊瑚旁,將卡片上的顏色與想觀察的珊瑚顏色進行比對與拍照即可。如果是前往水深 6 公尺以上的區域,則建議觀測時攜帶光源,以避免色差造成的誤判。前文有提到,珊瑚的顏色代表其內部共生藻早的數量,當共生藻數量越多,珊瑚顏色越深,也就代表越健康;反之,若顏色越淡則代表珊瑚的健康可能出現狀況了。

因藻類過度生長而造成的珊瑚白化 。圖/WIKIPEDIA

陳麗淑說明,珊瑚觀測背後的科學基礎十分紮實。這套由澳洲昆士蘭大學(The University of Queensland)學者馬歇爾(Justin Marshall)等人組成的團隊研發設計。團隊將珊瑚搬至實驗室中進行一系列實驗,觀察在各溫度區段中,不同溫度會如何影響珊瑚中的共生藻數量,並記錄珊瑚的顏色變化。在經過嚴謹的科學實驗後,馬歇爾團隊將其簡化並歸納成珊瑚觀測的色卡。陳麗淑表示,這套化繁為簡的觀測方式在經過推廣後,許多保育團體對於珊瑚觀測的接受度都非常高,能進而達到推廣珊瑚保育目的。

海洋公民科學知識報你知

珊瑚觀測

珊瑚觀測是一項由澳洲昆士蘭大學學者所辦理的非營利全球珊瑚礁監測計畫,將珊瑚的顏色變化標準化後,製作成珊瑚健康色卡,提供一種簡單的方法用以評估珊瑚健康,並為 CoralWatch 的全球數據庫做出貢獻。大家可以使用這些色卡協助科學家收及數據,支持珊瑚礁監測工作。

另外,珊瑚觀察也透過與世界各地的志願者合作,包括了潛水中心、科學家、學校團體、遊客參與其中,讓大眾更加了解珊瑚礁白化、氣候變化對於珊瑚礁的影響。

保育珊瑚面臨哪些困境?

雖然保育珊瑚是許多人的共識,但過程中依然面臨到許多的挑戰及困難。目前最常見的是海洋垃圾問題。由於珊瑚本身不會移動,當海洋垃圾在海中漂浮時不慎卡在珊瑚上,若沒有人為協助清理,則非常有可能造成珊瑚死亡。

圖/Pexels

陳麗淑舉例說明,由於今年 5 月起爆發 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)的本土疫情,位於基隆的潮境公園也為了防疫而禁止一般人下水。但當研究人員下水觀察後發現,因為沒人下水協助清理海洋垃圾,許多卡在珊瑚上的垃圾無法被及時移除,發現的當下已有許多珊瑚出現白化現象,這些珊瑚後續花了約一個月才慢慢恢復正常。

對此,陳麗淑曾與中研院學者邵廣昭等人討論,若保育區都沒有人進入可能並不是件好事,尤其當海洋汙染嚴重,垃圾很多的情況下,都還是必須定期有人去協助清理。因此,保育區在人為管理的情況下或許才是保育珊瑚好方法。

你我都可以為珊瑚盡一份心力

我們還有什麼方法可以保護珊瑚呢?陳麗淑表示,如果你是一個會下水觀測的人,使用珊瑚觀測是個好選擇。無須再多帶任何設備,只要準備珊瑚觀測的卡片,攜帶相機與光源,就可以拍攝並記錄珊瑚的健康狀況。不過若是沒有相關潛水經驗或半路出家的遊客,反而可能在潛水的過程中不慎踢到或傷害珊瑚,因此潛水者必須要具備一定的潛水技術。

海洋保育署(以下簡稱海保署)為推廣友善珊瑚礁生態旅遊,提出「珊瑚礁區你該注意的 8 件事」,包含不踩踏、不揚沙、合格玩家、保持適當距離、使用海洋友善防曬、不餵魚、不吃珊瑚礁魚、減塑行動。

即便沒有下水,在岸上也有許多可以保護珊瑚的方法。舉例來說,在我們常用的防曬乳中,多數含有可能傷害珊瑚的成份,因此在選購時可以優先考慮「海洋友善防曬」。此外,由於珊瑚礁魚類可以協助清理珊瑚礁之中的藻類,讓珊瑚順利生長,我們應盡量避免食用珊瑚礁魚類。所以最重要的,是希望大家一起落實節能減碳,全球暖化是影響珊瑚生存的主要原因之一,若減碳能從個人做起,也是保育珊瑚的積極作為。

「海洋友善防曬」 的成分較不會傷害珊瑚。圖/Pexels

出書、展覽、辦活動 海科館邀你一起守護珊瑚

除了上述的個人保育行為外,海科館也辦理了一系列保育珊瑚計畫。陳麗淑表示,海科館的研究人員會定期前往珊瑚礁進行監測,還會前往各地宣傳及教導大家如何使用珊瑚觀測。

至於在珊瑚復育方面,海科館內也有養殖珊瑚,研究人員會把這些珊瑚移植到野外,或是使用不同的材質,測試珊瑚附著生長的情形等。未來希望透過這些方法,協助加速珊瑚的生長。

在教育方面,去年海科館與行政院環境保護署及科技部等單位,共同主辦的「2020 海洋公民科學家行動計畫」中,包含了「珊瑚保育監測」的主題。對此,海科館團隊舉辦了一系列的「針織珊瑚」活動。「針織珊瑚」主要是前往各地的小學,除了教導珊瑚的知識,以及倡導珊瑚保育外,讓小朋友們藉由織毛線的方式,訴說一則關於珊瑚的故事。每所國小的作品都有自己的主題,也讓小朋友在織毛線的過程中,思考珊瑚對於生態的重要性,從小扎根珊瑚保育知識。並在後續收集作品後,舉辦「陸上造礁 針織珊瑚計畫特展」。

此外,海科館也曾於 2019 年出版《珊瑚很有事:珊瑚保育×環境藝術×手作針織×珊瑚教案》一書,並榮獲第 44 屆金鼎獎。今年更在海科館官網建置「海科館悠遊數位海洋行動學堂懶人包」,整合科普電子書、電子繪本、數位課程學習平台、海洋知識、動畫學習、影片等。陳麗淑表示,透過這些教材與教案的持續推廣,希望能讓更多人利用這些資源,一起守護海洋中的美麗珊瑚。

海洋保育署與臺灣珊瑚保育

海保署於今年透過「臺灣珊瑚監測交流網絡建立與保育策略規劃」計畫,建立珊瑚監測與保育示範點,以及珊瑚監測交流網絡,選訂全臺灣共 32 個地點進行水下珊瑚礁調查。調查結果截至今年 9 月底,澎湖、恆春半島、東部、北部珊瑚覆蓋率多呈現穩定狀態,但小琉球珊瑚礁卻多數已衰退,可見除了受到全球暖化影響,不當的遊憩踩踏行為也對珊瑚礁造成嚴重衝擊。

此外,海保署也與行政院農業委員會水產試驗所共同合作,針對澎湖池東淺坪海域的棲地環境現況進行調查及珊瑚復育,增加棲地多樣性。截至今年 9 月底,珊瑚移植面積已達到 100 平方公尺,其中珊瑚礁魚類包含青嘴龍占(Lethrinus nebulosus)、鸚哥魚(Scaridae)、隆頭魚(Labridae)等也逐漸聚集在移植區域,豐富當地生態。

棕吻鸚哥魚。圖/WIKIPEDIA

此外,有鑒於目前許多單位都在進行珊瑚保育及復育相關工作,海保署今年度與海生館合作成立珊瑚保育專案辦公室,除了作為各單位資料蒐集整合中心,提供數據科學家分析資料外,還能進一步轉化為資訊呈現給大眾,使珊瑚礁相關專家學者、單位,以及一般民眾等,都可藉由此互相交流,同時兼具諮詢、推廣功能,協助提供珊瑚保(復)育相關標準作業方式及技術指導。並設立臺灣珊瑚礁水質採樣點及進行水樣分析,了解水質狀態,以作為後續珊瑚復育棲地及規畫保育方式選擇的依據。

為了鼓勵更多在地民間團隊參與,海保署亦透過辦理「海洋保育在地守護計畫」,支持在地團體進行公民科學、清除珊瑚礁覆網及珊瑚復植,希望能夠結合在地生活方式及資源提出具體保育策略,發揮社會影響力,促進在地參與珊瑚保育及復育作業,並提高民眾對海洋保育的參與及投入。

從政策面、科學面,再到行動面,海保署將持續呼籲全民共同守護臺灣珍貴的珊瑚資源。

海洋委員會海洋保育署正在舉辦 海有問題 我來分析 | 第一屆海洋公民科學家數據松!為臺灣周遭的海洋生態盡一份心力吧!

科學月刊_96
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