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水、清潔劑、時間:洗東西要怎麼能省則省?

黃誠熙(Sky Huang)
・2015/05/20 ・2977字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

source:Sippanont Samchai
source:Sippanont Samchai

文/黃誠熙(Sky Huang),目前為UCLA材料系博士候選人

在生活中我們常常洗東西:洗碗、洗杯子、洗衣服…等等,可是怎麼洗東西才最有效率呢?讓我們先來想像一下洗東西的過程中發生了甚麼事情:我們在容器中注入水,髒東西會溶解到水中形成水溶液;接著我們把水倒掉,此時雖然大部分的東西都進入了下水道,但仍有一部分的水溶液留在容器中,他們或許存在杯壁上(例如洗過後的杯子放置一陣子底部會累積杯壁上受重力吸引而滑落的水),或是洗衣服時殘留在衣服中怎樣也扭不乾,而這些水溶液就是我們無法洗淨東西的原因。

那到底要怎樣洗東西才會清潔溜溜又省水、省時間,有效率到讓 CP 值破表呢?

1.洗衣服要沖幾次水才會乾淨?-單次清洗的水量固定時,沖洗次數和殘留的關係

先來考慮洗衣服的情況。洗衣服時會先放入洗衣精洗淨衣物,接著再注入水把洗衣精沖掉。我們是否有時候會擔心洗衣精殘留呢?到底沖洗一次和兩次和三次殘留洗衣精的量的差別是什麼呢?

首先,先帶入一些變量:

  • x:倒入的洗衣精的重量(克)
  • W:裝滿洗衣機的水溶液的體積(公升)
  • L:排水以後還殘餘的水溶液的體積(公升)

可以計算,洗過一次以後,剩餘的洗衣精的量是螢幕截圖 2015-05-17 23.04.12克。因為在此問題中,螢幕截圖 2015-05-18 03.07.35為一個常數,因此我們帶入一個常數C=螢幕截圖 2015-05-18 03.07.35。則我們可以計算重複加水再排水這個步驟三次,殘餘的洗衣精的重量為xC3。因此,在洗滌n次之後,殘留洗衣精的關係式為:

殘留洗衣精  2015-05-18_154139      (1)

結論:殘餘的洗衣精會隨著清洗次數指數下降,假如C是0.1,那洗一次殘存10%,洗兩次殘存1%,洗三次殘存0.1%,以此類推。

2.手滑加了太多清潔劑怎麼辦?-固定的清洗過程,加入的清潔劑重量和殘留的關係

有的時候我們會不小心手滑加太多洗衣精,或是因為衣服比較髒而加入較多的洗衣精。這時候你可能會想,那之後會不會殘留大量的洗衣精而影響健康呢?

我們可以再次使用方程式(1)來了解這個問題。在這次的問題中,因為是固定清洗過程,所以洗衣機的水體積固定,排水後殘留在洗衣機和衣服中的水溶液體積固定,清洗次數也固定,因此,在方程式(1)後面的C為常數,殘留的洗衣精重量也就取決於一開始加入的洗衣精重量x。這意思是說,假設我們不小心手殘倒了兩倍的洗衣精進洗衣機裡,事實上最後衣服上殘留的洗衣精的量也只是正常沒有手殘的兩倍,似乎,好像也不用太擔心呢(?)

結論:殘留的洗衣精的量直接正比於一開始倒入洗衣機的重量

15871136194_ff25c47882_z
source:Apionid

 

3.碗要怎麼洗會比較乾淨?-總水量固定時,清洗次數和殘留的關係

接著讓我們看看如何洗碗。想像有時候我們想要節省水,譬如出外露營,攜帶的水有限;又或是想節省時間,像是,一邊洗碗一邊發現電視中球賽快要開始了。這時我們就會想知道最有效率的洗碗法,可以洗得快又乾淨!因此,這邊想討論:在固定水量(假若水龍頭水流量固定,亦為固定時間)的情況下,哪一種方式洗滌會洗的最乾淨;是一次把水用完呢,還是分兩次但是每一次只有一半的水,或是分四次?是否有一個”魔法數字”可以得到最佳的洗滌效果呢?

推導過程如下:同樣令髒東西一開始有x克,我們可以使用的總水量是W公升,在分n次洗滌的情況下,每次倒入2015-05-18_152857公升的水清洗器具後倒掉,進行n次,而每次倒掉之後殘餘的水溶液為L公升。我們先來看幾個例子;若是我們一次用完全部的水量W,則殘留髒東西的重量為螢幕截圖 2015-05-17 23.04.12;若是兩次用完,每次使用水量為2015-05-18_153532,則為2015-05-18_153642。因此,我們可以寫下殘留的髒東西的量為:

殘留髒東西  2015-05-18_153844      (2)(註1)

其中和上面一樣,為固定的值螢幕截圖 2015-05-18 03.07.35,我們把它令成常數C。我們想要知道的就是,甚麼樣的n可以讓y有最小值,但是這個方程式是個有點複雜的方程式,因此我們嘗試使用數值解(註2),也就是畫出y和n的關係式,使用肉眼來找出y的最小值。下圖是數個不同的C的值y隨著n的變化情況:

2015-05-18_155219

在這邊我只畫出合理的n的範圍(應該不會有人想要重複洗一個東西洗超過10次吧?),可以發現不同的C值會有不同的趨勢。當C=1%時,只要持續增加n就可以大幅降低殘留的比例,C=5%也是;然而當C=20%或是更高時,就會在1~3之間出現最小值。

結論:如果洗一些殘留溶液不會很大的東西,例如說磁器杯、碗,這種表面光滑的東西時,必須要分越多次洗越乾淨;而當洗一些殘留溶液較大的東西,譬如說衣物、地毯…等等會吸水的東西時,則可以考慮分較少次數洗。

從這個結論我們也可以知道,有時候清洗可樂空瓶(2L空瓶)時,我們裝了半滿的水就會懶惰的蓋起瓶蓋搖晃,然後再裝半滿水再搖晃,其實是比裝滿水以後倒掉來的有效率的做法。

故事說到這邊,或許有些眼尖的讀者可以發現一個bug!那就是,無論加入多少溶質(清潔劑、髒污),水都可以瞬間把他們全部溶解,沒有溶解的上限,也沒有溶解速率的問題。沒錯,為了讓問題比較好處理,我們假設所有的溶質是完全可溶,而且是在飽和溶解度以下的情況。但是在上面的推導中可以看到當我們分多次清洗,水的量變少時,例如說只裝20mL的水進入,或許x公克的髒東西就不能完全溶解。

另外一個問題是:上面考慮的是平衡的情況,也就是我們想像當加入足夠多的水時,溶質會立刻被水溶解,但是真實情況是,水加進去不一定會一瞬間就把溶質溶解,就好像喝咖啡加糖,一開始糖也溶不開,洗碗也會遇到這種非平衡的情況(而且我們不會等到他全部溶解,太浪費時間)。在此情況下,就會變得較為複雜而難以使用理論來研究(請看註3初步的理論),此時,就必須倚賴各位的觀察來決定清洗次數囉!

  • 註1:這個方程式成立的條件為:被清洗的容器容量要大於2015-05-18_152857,否則我們就無法把這麼多的水裝進容器中,而也就無法用這種方式清洗了
  • 註2: 事實上我們可以將y微分,解 2015-05-18_155842=0,並且確認找到的極值為最小值,即可”解析解”這個問題;也就是解 2015-05-18_155842=[ln(nC)+1](nC)n=0
  • 註3:如果沖水一次溶解溶質的量是溶質總質量以及沖水的量的函數F(x,t),也就是假如在某一次沖水前溶質的量為x,而我們沖水沖了t時間,則最後被水帶走的溶質質量為F(x,t)*C(C為L/W,與內文相同)。在這種情況下,假若剛開始髒東西為m克,每次沖水的時間T,第一次清洗後帶走的髒東西量是:C*F(m,T),殘留1-C*F(m,T),第二次為:F(1-C*F(m,T),T),殘留1-F(1-C*F(m,T),T),以此類推,為一遞迴函數。
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黃誠熙(Sky Huang)
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黃誠熙(Sky Huang), 目前為UCLA博士候選人。

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過了這個數就超標啦!最大殘留容許量是怎麼來的?超標就會中毒嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2019/06/17 ・2609字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 465 ・五年級

  • 文/文詠萱

這個年頭,有時好好吃頓飯也是件不容易的事兒。

「今天有你最喜歡的香腸,吃飯吧!」兒子剛回家,把書包放好後來到客廳。爸爸從廚房端了最後一道菜出來,並將餐桌上的飯碗拿給兒子。

「好。」兒子一屁股坐下,拿起遙控器打開電視,直勾勾盯著電視,心不在焉地答著,雖然電視播著的是新聞。

爸爸見狀一邊夾了一大口茄子到自己的碗裡,一邊說道:「別顧著看電視,今天煮了茄子,多吃點。」

這時電視主播換了一則新聞:「衛生局抽驗某超商蔬果,驗出 6 件蔬果農藥超量數百倍,全數下架……。」

兩個人面面相覷。

「……你沒看到剛剛那則新聞嗎?茄子有毒!你還要吃茄子。」兒子瞪了眼爸爸

「什麼叫有毒?它是說有農藥超標,這跟有毒完全兩回事!」爸爸索性再夾兩筷子到飯碗裡。

「有農藥這種化學物質,怎麼會沒有毒?」兒子還是一臉不可置信的樣子。

茄子茄子,吃還是不吃呢?圖/pixabay

化學物質無所不在,「劑量」才是決定毒性的關鍵

一般人常講這個東西是「化學的」,那個東西是「天然的」,化學物質這幾個字聽起來雖然有點可怕,但其實所有東西都是化學物質,差異只在於該物質是由天然來源取得,或者是由人工的方式合成製造,包含你喝的水、你呼的空氣、你正在吃的飯,都是化學物質!

當你認為水是安全、「沒有毒」的時候,其實也有人會因為喝過量的水而出現所謂「水中毒」的現象。

一個化學物質到底對人有什麼影響,其實都和「劑量」有關。就像俗話說的「是藥三分毒」只要劑量超過人體可以處理的量,讓你不舒服或是有生命危險,就是中毒。一般我們常說的毒藥,其實就是它造成中毒的劑量很低。

再舉例來說,「鹽巴」也就是「氯化鈉」是調味必須要有的成份,但人人皆知,太多鹽巴不只太鹹難以入口,更還會變成對身體有危害,這就是劑量的概念。

要怎麼知道人吃多少化學物質會中毒?

既然我們知道劑量決定毒性,那要怎麼知道人吃多少會中毒呢?

除了藉由的過去經驗和資料評估化學物質的安全性,現在新研發的化學物質,還會透過做實驗、做研究,無論是食品添加物或農藥,各種生活中很常遇到的化學物質,科學家都是希望他們能夠好好運用,在不危害人體健康的前提下,提升人類生活的品質

化學物質的安全使用量主要是透過動物實驗,獲得『無明顯不良反應劑量(No-Observed-Adverse-Effect-Level, NOAEL)』,即是沒察覺到不良反應的最大劑量。透過試驗得到的無明顯不良反應劑量,再除上安全係數就是每日容許攝取量,而安全係數會考慮不同物種間的差異性、同物種的個體差異等因素來訂定數值,較常見的數值為一百。

而新聞上常說某種物質「超標XX倍」,難道不會超過每日容許攝取量嗎?其實新聞說的是超過「最大殘留容許量(Maximum Residue Limits, MRL)」,這個標準是針對非刻意添加的殘留物,如飼料、農藥等,設定一個執法標準。這個標準並不會超過就會讓人中毒、生病,而是法律規定若是超過這個值,供應商就會受罰,屬於行政規範。

最大殘留容許量的設定,會參考該物質每日容許攝取量、當地飲食習慣(例如食用的部位、食用的量等)、田間農藥測試及國際標準且還會將自然界中,例如水、空氣或其他來源中,原本就包含這些物質的風險扣除。因此,最大殘留容許量是遠低於每日容許攝取量。所以超標好幾倍不見得就是很危險、會中毒,那只代表在規範下,廠商將會受到懲罰。

政府制定的檢驗標準,為什麼不能一律比照國際標準?

由於各國的飲食習慣不同,規定最大殘留容許量的標準也會不一樣。像是台灣人以米食(水稻)為主,而歐美地區則是以小麥或馬鈴薯等作物為主食。因此在參考國民攝食量而訂定的最大殘留容許量標準亦會不同。

由於飲食習慣不同,各國的最大殘留容許量標準也不同。圖/pxhere

那麼,前面還提到空氣和水中等環境中,本來可能就包含被檢測的物質含量,那新聞報導、食品廣告中有時候會提到「零檢出」,是不是表示檢查的人在偷懶?

事實上,使用「未檢出」這個詞來取代「零檢出」可能會比較妥當,因為檢測儀器與方式的敏感度不同,導致測量物質最低含量的偵測極限也有不同。很多可能以前驗不出來的物質,會沒有評估標準可以參考,消費者當然會希望所謂「有毒物質」檢測出來為零,但就像前面說的,「劑量」才是決定風險的因素之一。所以現行依據科學資料定明訂適合台灣的檢驗標準的作法,就是希望有效把關。檢驗結果若在法規容許範圍內,理論上是不會對健康造成影響的。

挑選經標章認證的食材,安心買菜吃菜

「哦!原來如此!」經過一連串的資訊轟炸,兒子筷子轉了圈,還是閃過了茄子。

不過都說了這麼多,爸爸忍不住想把所有的一吐為快。

「但我一向主張,與其事後檢驗,不如事前好好把關。與其擔心吃到的蔬菜水果由農藥殘留,一開始就應該要買可靠的產品。」

「農藥我又看不到,這是要怎麼挑啊?」兒子馬上抱怨。

「看標章啊!現在許多優良農產品都有經過政府認證,甚至有 QR code 或者編號可以讓人追本溯源農產品的產地商家的食材,從前兩年起,台灣的營養午餐食材基本上都已使用『CAS有機農產品標章』、『CAS臺灣優良農產品標章』、『產銷履歷認證標章』,以及『台灣農產生產溯源QR Code』。你若是會擔心,人家標章認證都幫你作好好的,只要認識一下就可以安心買菜啦!」今天的菜大多兒子自個兒挑的,居然看個新聞就不想吃了,爸爸忍不住碎念了一下。

「是是是,下回買菜肯定認清楚。」不過吃個飯還被上了門化學課,兒子覺得今日有些心累。

「看到類似的新聞不要慌張、不要害怕,秉持科學家的精神,就能看清楚事情的樣貌。」爸爸終於拿起筷子開始吃飯了。

「好吃好吃!爸你快吃!」兒子夾了幾塊茄子,塞到爸爸碗裡。

本文由作物永續協會及泛科學合作企劃執行

參考資料:

  1. 怎麼決定多少「劑量」對人體有害?
  2. 真的能「零檢出」嗎?食品檢驗的四大迷思
  3. 重金屬、農藥「零檢出」,反而成為有機農業的絆腳石?
  4. 要求有害物質「零檢出」,為什麼這麼難?
  5. 化學殘留、疑似致癌物讓人心惶惶?劑量才是關鍵!

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