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嘗試找出綠光雷射筆鑑定冒牌橄欖油背後的科學

葉綠舒
・2014/04/15 ・1190字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 478 ・五年級

最近有則新聞,華盛頓雙語小學的學生發現,只要使用綠光雷射筆就可以鑑定橄欖油是否摻雜假油(1)。

新聞中提到,用綠光雷射筆照射天然橄欖油會發出紅光,而照射摻混的油品會發出黃光。這中間的原理是什麼呢?

筆者首先就想到天然的葉綠素在照光以後,所吸收的光能如果沒有傳遞出去(也就是啟動光反應),過一段時間之後,這個光能就會釋放出去。

但是釋放出去的光能,並不就是原先吸收的光能,能量的轉換從來都不是百分之百,一部份的能量會以光能的形式放出,餘下的能量則以熱能的形式散失掉。因此,研究者很早就知道,葉綠素在照光後一段時間,會放出波長為735nm與700nm的紅色螢光(2, 如下圖):

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Fluorescence_of_chlorophyll_under_UV_light
圖片來源:維基百科

天然橄欖油多少會有一點葉綠素在裡面,所以,天然的橄欖油有一點點淺淺的綠;因此,假設該實驗看到的紅色螢光是來自於葉綠素,是很合理的。

筆者也去查了一下,目前市面上販售的綠光雷射筆的波長為532nm,的確是落在綠光的範圍。

但是,研究光合色素的人也都知道,葉綠素之所以是綠色的,正因為它不吸綠光;所以,如何能使用綠光雷射筆來讓葉綠素發紅色螢光呢?

讓我們先來看一下葉綠素a與葉綠素b的吸收光譜。

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600px-Chlorophyll_ab_spectra-en.svg
圖片來源:維基百科

可以看到,葉綠素a與葉綠素b在500-550nm的範圍內只吸收很少的光,尤其是葉綠素a(圖中的藍線),根本等於不吸綠光。不過,葉綠素b(圖中的紅線)還是有吸少量的綠光,只是相比於它們對藍光(500nm以下)、紅光(600nm以上)看來,這兩種色素吸綠光真的很少很少。

不過,因為雷射是屬於單一波長,而且能量較高,可能是因為這樣,所以用綠光雷射筆可以看到它發紅光吧?!筆者倒是很好奇它發出的紅光的強度,畢竟在新聞上看不出來。

至於摻混的油發黃光到底是怎麼回事呢?筆者找了很久,沒有找到銅葉綠素的吸收光譜,也沒有找到它在吸光之後是否會發螢光,以及發出的螢光的波長;但是從網路上的資料可知,可以使用403-406nm波長的光(這個範圍是藍光~紫光)來進行定量。

所以發出的黃光,到底是不是來自於銅葉綠素呢?當然,因為黃光的能量還是比綠光要低,所以還是不能排除這個可能;而市面上最常見的紅光雷射筆,在這個試驗上是完全不能用的,因為紅光雷射筆的紅光會與葉綠素本身發出的紅色螢光混淆。

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其實筆者真正想要試試看的是,購買葉綠素b與銅葉綠素,將它們溶在食用油裡面,然後放在阿簡老師的黑色箱子裡,用綠光雷射筆照一下,應該就知道到底發黃光的是什麼囉!

 

參考文獻:

  1. 2014.4.12. 綠鐳光筆 小學生辨橄欖油真假。自由時報。
  2. 2014.3.14. Wikipedia. Chlorophyll fluorescence.
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葉綠舒
262 篇文章 ・ 9 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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紅紅的葉子要怎麼行光合作用?紅葉和黃葉裡也有葉綠素嗎?——《樹葉物語》
時報出版_96
・2023/10/29 ・2029字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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顏色會依照我們觀看的對象吸收和反射的光而有所不同。樹葉因為會吸收所有藍色和紅色系光譜,只反射綠色,因此看起來是綠色的,而讓樹葉顯現綠色的東西,便是負責養育生命的葉綠素。

需要光合作用時也只會紅通通的日本紅楓

當然,也有葉子不是綠色的。樹木一生中雖然會變換顏色,但也有一開始長葉就不是綠色的。關於這類樹木,首先想到的便是日本紅楓(Acer palmatum ‘Shojo-Nomura’)。

日本紅楓連剛冒出葉子時也不泛綠色,和它的名字一模一樣,打一開始就很紅。那麼,日本紅楓紅色的葉子裡沒有葉綠素嗎?如果缺少葉綠素,樹木無法行光合作用;若不行光合作用,將無法製造生存所需的養分,那究竟該如何生存呢?

所有樹葉裡都有葉綠素,但是除了葉綠素,還有類胡蘿蔔素、花青素和單寧等各種成分,我們需要從這裡找出頭緒。類胡蘿蔔素、花青素和單寧等成分分別呈現黃色、紅色和褐色,葉子雖然從一開始就具備多種顏色的成分,但在更需要光合作用的時候,葉綠素會上來表面;待過了秋季,逐漸接近無法行光合作用的冬季,其他顏色的成分才會開始活躍,秋楓便是如此。然而,日本紅楓即使在需要光合作用的時期,葉子也只會紅通通的,非常奇妙。

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淺綠色顯露出來的瞬間

圖/wikimedia

日本紅楓是人們培育出來的品種,以做為造景用的觀賞樹木。換言之,日本紅楓並不是在自然狀態下生長的樹木,而是人們為了更長時間觀賞楓樹的紅色葉子所培育的品種,讓它一年四季都能呈現紅色。雖說紅色葉子裡頭同時含有泛綠色的葉綠素,但不管再怎麼看,都看不到綠色。

我再次重申,觀察樹木需要長時間、仔細地觀察。日本紅楓葉子上的紅色氣息轉淡的現象一年大概會發生兩次,分別是開花與果實逐漸成熟時,也就是樹木最需要養分的時刻。這時的日本紅楓葉子會發生非常細微的變化,乍看之下無法得知其差異:仍然泛著紅色,仔細觀察卻能在葉子某些部分感覺到綠色的氣息。

雖然葉子顯現紅色,但葉綠素若不進行光合作用,樹木就無法存活,在開花和結果等需要大量養分的關頭更是如此,這種時候只要仔細確認日本紅楓的葉子,將能感覺到葉綠素行光合作用活動的跡象。葉子上面延展的葉脈或葉柄端的紅色會轉淡,非常顯眼。果實結果和逐漸成熟時也一樣,可以在變淡的紅色之間突然看見綠色。即便葉子是紅色的,葉綠素還是會在它非常迫切需要養分時活躍起來,無怪乎顯現了綠色。

黃金松的樹葉只有黃色嗎?

日本紅楓是人工選育的品種,但自然狀態下也有樹木不是發綠色的芽,好比名為黃金松(Pinus densiflora ‘Aurea’)的樹木。雖然松樹的葉子一年四季都是綠色,黃金松的葉子卻呈金黃色。黃金松是松樹的品種之一,是相當稀有的樹木,它只有下方呈綠色,整體看來葉子是金黃色的。據說從以前開始,只要天氣乾旱,黃金松的金黃色葉子就會變成褐色,梅雨季則變成綠色,對於觀察氣候十分必要,不過這種說法並無科學根據。儘管如此,據說以前農夫們乾脆叫黃金松「天氣木」。

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非常稀有的黃金松是在自然狀態下也會發金黃色、而不是綠色的芽。

韓國曾經發現幾棵自然狀態下的黃金松,特別是慶尚北道蔚珍郡周仁里的黃金松就被指定為地方紀念物,是一株受到保護的珍貴樹木。這棵黃金松曾是預測氣候的標準,村裡亦相傳若發生戰爭,它的葉子會泛紅。

蔚珍郡周仁里的黃金松和旁邊其他樹木的葉子顏色不同,一眼就能清楚看出來。這棵佇立在斜坡上的樹木已有五十歲左右,由於被指定為文化財,四周圍上了柵欄、被確實地保護著。雖然遠處就見得到它神祕的模樣,但務必近距離觀察。必須仔細觀察葉子,才能得知樹木的祕密,知道樹木如何用金黃色的葉子製造養分、使自己生長。

即便植物圖鑑裡記載「除了葉子的基部,其他都是黃色」,實際上再怎麼觀察,仍然很難說是黃色,非要講的話,比較接近綠色和黃色混合在一起的淡綠色。當然,顏色以針葉來說算特別,但不能說是黃色或金黃色。與其說黃金松的葉子是金黃色的,不如說是以綠色為底,黃色顯現得稍微強一點。

無法丟掉綠色的原因

我們談日本紅楓和黃金松,但擁有紅葉或黃葉的樹木不只這些,尤其是觀賞用的培育品種中,還有不少葉子的顏色相當五彩繽紛。然而,不管是哪種樹木,都無法完全丟掉綠色,因為綠色是葉綠素的顏色,而葉綠素是樹木的生命之窗。

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——本文摘自《樹葉物語》,2023 年 5 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

時報出版_96
174 篇文章 ・ 34 位粉絲
出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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「真.無線充電」?試試電磁波獵能手環,你的身體就是最好的捕能裝置!
PanSci_96
・2023/04/22 ・2679字 ・閱讀時間約 5 分鐘

你的手機能無線充電嗎?不過,雖說是無線充電,但還是得要放在充電盤上,由充電盤連結一條電線,這樣的充電方式,想必跟大家期待的「真.無線充電」有落差。

好消息是,有人提出一種藉由捕捉空間中的無線電波、獲得電能的無線充電方式,所以代表這些電能是完全免費的!但……這是真的嗎?

隔空充電可行嗎

現在我們已經可以透過無線網路串連全球的資訊,但是遠距能量傳輸卻尚未成真。

當代的無線通訊裝置,舉凡手機電話、wifi 網路、無線電、衛星定位等,都可以靠著不斷地發射無線電波來交換訊息。不過其實仔細想想,無線電波、電磁波其實就是不斷變化的電磁場。既然可以透過磁場變化來傳遞能量,那這些強大的電磁波網絡,是不是也可以拿來傳遞電能呢?

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實際上還真有類似的例子,一百年前最早的收音機竟然完全不需要插電!礦石收音機只需要天然礦石、金屬針、線圈和一些電線,就能收到附近廣播電台送出的訊號,轉換成聲音並放出。

那麼為什麼沒有沿用至今呢?主要就是效率的問題。礦石收音機需要不斷調整金屬針接觸礦石的位置,還得拉長長的天線來捕捉更多的無線電波;市售的礦石收音機玩具,甚至附有一條長長的鱷魚夾電線,可以接到大型金屬家具,產生更清楚、更大聲的聲音。當然這種收音機很快就被以電驅動的真空管收音機取代了。

2021 年初小米曾發表過隔空充電技術專利,利用指向型遠距充電,系統會先定位出手機的位置,再透過多個天線組成的陣列將電波瞄準發射給手機,克服電磁波發散的問題,據稱能在數公尺內進行無線 5W 的無線充電,雖然還不到快充,但也算是革命性突破。不過目前還在技術發表階段,尚未正式推出。

礦石收音機是利用天然礦石或晶體,加上天線、地線和調諧電路,所製成的收音機。圖/維基百科

無線射頻獵能

再換個角度思考,能量在傳遞的時候會向四周發散,而我們生活周遭到處都是會發出電磁波的 3C 產品,那能不能反過來,捕捉這些由其他電器溢散的電磁波,並轉為能量呢?

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還真的有人這麼做了。收集這些廢能,並轉化成可用電能的技術,就稱為「無線射頻獵能」。近十年來,有許多相關的技術與研究,不過效率大多還未到達實用階段。

就在今年一月,美國麻州大學團隊發表了一種可以用於無線射頻獵能的線圈手環,而且功率竟然比一般的線圈天線高十倍以上。

有趣的是,其實他們當時並不是在研究無線充電,而是如何使用 LED 快速閃爍來傳遞訊息;這種名為可見光通訊 VLC 的技術,有望成為未來 6G 通訊的方式。但發現到,這種技術需要 LED 以每秒數百萬次的頻率閃爍,過程中會釋放出大量不可用的無線電波,浪費掉許多能量;於是轉念一想,嘗試用線圈收集這些逸散的能量,降低傳訊時的能量浪費。

研究團隊發現,當線圈靠近金屬片時,收集能量的效率會變得更好。透過反射增強訊號,金屬片吸收環境中的電磁波再向外放出;隨著金屬片面積越大,攔截到的電磁波也越多,收集能量的效果也越好。

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但是無線充電就是要擺脫這些笨重的金屬板,於是研究人員開始拿生活周遭的 3C 產品來進行實驗。從獵能的功率來看,效果最好的依序是筆電、平板、手機。這和預期的一樣:面積越大,獵能效果越好。

然而,意想不到的是,實驗效果最好的,竟然是人體!

推測這是因為人體中含有大量水分,其容易導電、被極化的特性有助於蒐集空間中的電磁波。人體就是一根巨大的共振天線,能增加無線電訊號的發射效率,同樣的道理,也可以用來收集環境中的無線電波能量。

人體是巨大的共振天線!圖/GIPHY

研究團隊將線圈手環的設計稱為「Bracelet+」,是第一個借助人體的獵能裝置;後續又嘗試將線圈做成戒指和手環,希望能打造出輕便的隨身獵能裝置。

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那這樣是不是以後只要綁條線圈在手上,就再也不需要幫手機充電了呢?該線圈手環目前在數公尺的距離外最多可以捕獲微瓦等級的功率,也就是百萬分之一瓦。用這種電壓當然不可能幫手機充電,不過已經足以供應一些低功耗的隨身裝置,像是常見的智慧健康手環,或是負責監控體溫或血糖的元件,甚至類似心律調節器的植入式醫療器材,或許就可以利用該線圈設計,減少充電的頻率。

在 5G 物聯網的架構中,各種居家和隨身裝置必須隨時維持連線,如何為這些獨立、低功耗的裝置供電便成了重要的課題。在這種情況下,如果可以汲取周遭無線電波的廢能,不只可以節省能源,還能免去定期更換電池或充電的麻煩。

遠距充電熱潮

目前的 5G 和開發中的 6G 技術,都持續往電磁頻譜中更高頻率的部分去探索,設置覆蓋率更高、頻譜更寬的無線通訊網絡,而這些頻率的電磁波也將為無線充電帶來新的發展機會。

去年在 Scientific Reports 期刊上,有篇研究提出了 5G 網路作為電力網的想法。團隊針對 5G 使用的頻率設計出一種天線以及搭配的電路,可以在 180 公尺外接收到 6 微瓦,為無線電力網的夢想邁出了第一步。

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不過,在這波遠距無線充電的熱潮下,市面上也出現許多令人半信半疑的遠距充電技術。

例如 2011 年一家新創公司推出了超音波充電技術,宣稱可以透過空氣的震動替手機充電;然而,雖說超音波充電雖然在原理上可能可以運作,但在充電效率和經濟成本上根本不切實際,對人體健康的影響也相當有爭議。

除此之外,還有一家叫做 TechNovator 的公司推出了前所未聞的量子充電技術,他們宣稱可以透過「能量量子化」來傳輸能量,並且在「空間中創造能量結構」,還不需要任何形式的電磁場,就可以達成 100 瓦的無線充電!至於到底有沒有這麼好的事,就留給各位判斷了。

在所有物品與資訊都以無線網路相連的這個時代,無線的電力傳輸與電力網是關鍵的下一步;能夠有效的無線傳輸能量,才能讓我們生活周遭的智慧裝置擺脫電線的束縛,減少電池的消耗,成為一個自由移動,自給自足的物聯網。

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不論是透過可見光、wifi、還是 5G 訊號,無線且遠距的充電與獵能,將來勢必會有讓人驚豔的發展。

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PanSci_96
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