臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan創意微型實驗—微型濾紙色層分析
方金祥
創意微型科學工作室
[email protected]
將顏色之三原色紅、黃、藍等三種顏色依照不同比例混合在一起時即可呈現出各種顏色來，市售彩色筆的顏色之多也是如此，如要將已混合在一起的彩色筆的顏色分開來，進而了解是由哪幾種顏色混合起來的，有些是可猜出來的，譬如橘色是由紅色和黃色混合而成的，綠色是由黃色和藍色混合而成的，紫色是由紅色和藍色混合而成的，但是黑色彩色筆到底是由那些顏色混合起來的就很難猜出來，若欲將混在一起的顏色加以分開，就必須利用科學的方法，如色層分析法。作者於民國八十一年八月曾在聯合報科學專刊寫了一篇動手做做看（揭開黑色彩色筆的奧秘，如附件一所示），也就是利用簡易微型色層分析法將黑色彩色筆出離出不同顏色來，本文將以橘色和黑色彩色筆為例，分別以手動圓形水平展開、自動水平展開及自動垂直上升展開等三種不同的微型色層分析法將其顏色分開以供作參考。
n 微型濾紙色層分析之原理
微型濾紙色層分析乃是利用濾紙與水來進行分離色素的一種色層分析法，其原理是依據畫在濾紙上之彩色筆的顏色被濾紙吸附（Adsorption）能力及在水中之分配（Partition）能力的不同，而產生在濾紙上有不同的移動速度及出現不同顏色及其所處的位置。
n 材料與藥品
塑膠培養皿（直徑9 cm）、塑膠培養皿（直徑14 cm）、濾紙（185 mm）、塑膠滴管、黑色彩色筆、橘色彩色筆、塑膠滴管、水。
n 微型濾紙色層分析實驗操作
微型濾紙色層分析展開法分成手動圓形水平展開、自動水平展開及自動垂直上升展開等三種方法：
一、 手動圓形水平展開
(一) 黑色彩色筆
1. 準備一個直徑9 cm的塑膠培養皿，如相片一所示。
相片一：塑膠培養皿
2. 用黑色彩色筆在一張濾紙的正中央處畫一個直徑約為2 cm的空心圓，如相片二所示。
相片二：黑色彩色筆（左）、濾紙正中央處畫一個空心圓（右）
3. 將畫好圓形之濾紙置放在塑膠培養皿的上方，如相片三所示。
相片三：濾紙置於塑膠培養皿上
4. 用塑膠滴管吸取水，並在濾紙上空心圓的中央處逐滴地滴入水，如相片四所示。
相片四：將塑膠滴管中之水逐滴滴於空心圓之中央處
5. 待第1滴水擴散之後再滴入第2滴水、第3滴水，以此類推，如相片五所示。
相片五：滴入之水擴散之後再繼續滴滴水
6. 當水滴入濾紙直至能看到彩色筆的顏色分開且呈現明顯的顏色來為止。
7. 待濾紙上之水乾了之後，再將置放於塑膠培養皿之濾紙取下來。
(二) 橘色彩色筆
1. 準備一個直徑9 cm的塑膠培養皿。
2. 用橘色彩色筆在一張濾紙的正中央處畫一個直徑約為2 cm的空心圓，如相片六所示。
相片六：橘色彩色筆（左）、濾紙正中央處畫一個空心圓（右）
3. 將畫好圓形之濾紙置放在塑膠培養皿的上方。
4. 用塑膠滴管吸取水，並在濾紙上空心圓的中央處逐滴地滴入水，如相片七所示。
相片七：塑膠滴管中之水逐滴地滴入空心圓中
5. 待第1滴水擴散之後再滴入第2滴水、第3滴水，以此類推。
6. 當水滴入濾紙直至能看到彩色筆的顏色分開且呈明顯的顏色來為止，如相片八所示。
相片八：彩色筆的顏色分開來
7 待濾紙上之水乾了之後，再將置放於塑膠培養皿之濾紙取下來。
二、自動水平展開
(一) 黑色彩色筆
1. 取一個直徑14 cm的塑膠培養皿，並加入水約3 mm高度後備用，如相片九所示。
相片九：塑膠培養皿
2. 用黑色彩色筆在一張濾紙的下方處畫一個畫一小弧形，如相片十所示。
相片十：濾紙的下方處畫一個畫一黑色小弧形
3. 用剪刀在小弧形的下方剪開，然後向下摺90o，如相片十一所示。
相片十一：小弧形的下方剪開（左）、剪開之濾紙向下摺90o（右）
4. 將濾紙置於上述加有水的塑膠培養皿上，並使其下摺之濾紙下端浸入塑膠培養皿之水中，則塑膠培養皿中的水會由於毛細作用，自動沿著下摺之濾紙向上升，然後再往水平方向擴散，並將黑色中之成分慢慢推開，如相片十二所示。
相片十二：水經毛細作用自動沿著下摺之濾紙向上升然後再往水平方向擴散
(二) 橘色彩色筆
1. 取一直徑14 cm的塑膠培養皿，並加入水約3 mm高度後備用，如相片十三所示。
相片十三：塑膠培養皿
2. 用橘色彩色筆在一張濾紙的下方處畫一個畫一小弧形，如相片十四所示。
相片十四：濾紙的下方處畫一個畫一橘色小弧形
3. 用剪刀在小弧形的下方剪開，然後向下摺90o，如相片十五所示。
相片十五：小弧形的下方之濾紙剪開後濾紙向下摺90o（右）
4. 將濾紙置於加有水的塑膠培養皿上，並使其下摺之濾紙下端浸入塑膠培養皿之水中，則塑膠培養皿中的水會由於毛細作用，自動沿著下摺向上升，然後再往水平方向擴散，並將橘色中之成分慢慢推開，如相片十六所示。
相片十六：水經毛細作用自動沿著下摺之濾紙向上升然後再往水平方向擴散
三、自動垂直上升展開法
(一) 黑色彩色筆
1. 取一塑膠培養皿，並加入水約3 mm高後備用，如相片十七所示。
相片十七：加入水的塑膠培養皿
2. 將一張圓形濾紙剪成10 x 8 cm的長方形，並用黑色彩色筆在距離濾紙下端1.5 cm處畫一條線，如相片十八所示。
相片十八：濾紙下端1.5 cm處畫一條黑線
3. 將畫有黑線條的長方形濾紙對摺再對摺，然將其撐開，如相片十九所示。
相片十九：將對摺的長方形濾紙撐開
4. 將對摺並已撐開的長方形濾紙垂直置於裝有水的塑膠培養皿上待其展開，如相片二十所示。
相片二十：濾紙垂直置於塑膠培養皿上待其展開
(二) 橘色彩色筆
1. 取一塑膠培養皿，並加入水約3 mm高後備用，如相片二十一所示。
相片二十一：加入水的塑膠培養皿
2. 將一張圓形濾紙剪成10 x 8 cm的長方形，並用橘色彩色筆在距離濾紙下端1.5 cm處畫一條線，並將長方形濾紙對摺再對摺後撐開約120o角，如相片二十二所示。
相片二十二：將對摺的長方形濾紙撐開
3. 將對摺並已撐開的長方形濾紙垂直置於裝有水的塑膠培養皿上待其展開，如相片二十三所示。
相片二十三：濾紙垂直置於塑膠培養皿上待其展開
(三) 雙色彩色筆
1. 取一塑膠培養皿，並加入水約3 mm高後備用，如相片二十四所示。
相片二十四：加入水的塑膠培養皿
2. 將一張圓形濾紙剪成10 x 8 cm的長方形，並用分別黑色與橘色彩色筆在距離濾紙下端1.5 cm處各畫出一條線，並將長方形濾紙對摺後撐開約120o角，如相片二十五所示。
相片二十五：長方形濾紙對摺後撐開約120o角
3. 將對摺並已撐開的長方形濾紙垂直置於裝有水的塑膠培養皿上待其展開，如相片二十六所示。
相片二十六：濾紙垂直置於塑膠培養皿上待其展開
n 微型色層分析實驗結果
將黑色及橘色彩色筆分別畫在圓形濾紙或長方形濾紙上後，依手動圓形水平展開、自動水平展開及自動上升展開等三種微型色層分析展開法展開之結果分述如下：
一、手動圓形水平展開
(一) 黑色彩色筆
當水逐滴滴入置於塑膠培養皿上方之濾紙上的黑色空心圓時，水會經由毛細作用以水平向四周擴散，直至能看到彩色筆的顏色明顯地被分開，直至可以看出黑色彩色筆被分出藍色、黃色及紅色來且成圓環狀，其中紅色在濾紙上被水帶動得最快，因此紅色呈現在濾紙的最外圍，其次是黃色呈現在濾紙的中間，而被帶動得最慢的則是藍色呈現在濾紙的內圈。
由此一黑色彩色筆由分出來所呈現的色層分析圖（簡稱層析圖）之顏色， 可知黑色彩色筆的顏色是由藍色、黃色及紅色等三種顏色所組成的，如相片 二十七所示。
相片二十七：黑色彩色筆以手動圓形水平展開所呈現的圓環狀層析圖
(二) 橘色彩色筆
當水逐滴滴入置於塑膠培養皿上方之濾紙上的橘色空心圓時，水會經由毛細作用以水平向四周擴散，直至能看到彩色筆的顏色明顯地被分開，直至可以看出橘色彩色筆被分出黃色及紅色來且成圓環狀，其中黃色在濾紙上被水帶動得最快，因此黃色呈現在濾紙的外圍，而黃色而被帶動得較慢的呈現在濾紙的內圈。
由此一橘色彩色筆由分出來所呈現的層析圖之顏色，可知橘色彩色筆的顏色是由黃色和紅色等等兩種顏色所組成的，如相片二十八所示。
相片二十八：橘色彩色筆以手動圓形水平展開後所呈現的圓環狀層析圖
二、自動水平展開
(一) 黑色彩色筆
當塑膠培養皿中之水經毛細作用由下摺之濾紙上升至黑色彩色筆的小弧形顏色時，水會再經由毛細作用向前端以水平擴散，直至能看到彩色筆的顏色明顯地被分開，即呈現出黑色彩色筆被分出藍色、黃色及紅色來且成扇形狀，其中紅色在濾紙上被水帶動得最快，因此紅色呈現在濾紙的最外上扇形，其次是黃色呈現在濾紙的中間扇形，而被帶動得最慢的則是藍色呈現在濾紙的內圈扇形。
由此一黑色彩色筆由分出來所呈現的層析圖之顏色，可知黑色彩色筆的顏色是由藍色、黃色及紅色等三種顏色所組成的，如相片二十九所示。
相片二十九：黑色彩色筆以自動水平展開後所呈現的扇形狀的層析圖
(二) 橘色彩色筆
當塑膠培養皿中之水經毛細作用由下摺之濾紙上升至橘色彩色筆所畫的小弧形處時，水會再經由毛細作用向前端以水平擴散，直至能看到彩色筆的顏色明顯地被分開，而呈現出橘色彩色筆被分出黃色及紅色來且成扇形狀，其中黃色在濾紙上被水帶動得最快，因此黃色呈現在扇形的上層上，而紅色則呈現在扇形的下層。
由此一橘色彩色筆由分出來所呈現的層析圖之顏色，可知橘色彩色筆的顏色是由黃色及紅色等兩種顏色所組成的，如相片三十所示。
相片三十：橘色彩色筆以自動水平展開後所呈現的扇形狀的層析圖
三、自動垂直上升展開
(一) 黑色彩色筆
當塑膠培養皿中之水經毛細作用由濾紙下端慢慢上升至黑色彩色筆所畫的直線處時，水會再經由毛細作用以垂直上升並加以擴散，直至能看到彩色筆的顏色明顯地被分開，即呈現出黑色彩色筆被分出藍色、黃色及紅色來且成水平一字形，其中紅色在濾紙上被水帶動得較快，因此紅色呈現在一字形上的最上層，其次是黃色呈現在一字形上的中間層，而藍色則呈現在一字形的最下層。
由此一黑色彩色筆由分出來所呈現的一字形層析圖之顏色，可知黑色彩色筆的顏色是由藍色、黃色及紅色等三種顏色所組成的，如相片三十一所示。
相片三十一：黑色彩色筆以自動上升展開後所呈現的一字形層析圖
(二) 橘色彩色筆
當塑膠培養皿中之水經毛細作用由濾紙下端慢慢上升至橘色彩色筆所畫的直線處時，水會再經由毛細作用以垂直上升並加以擴散，直至能看到彩色筆的顏色明顯地被分開，而呈現出橘色彩色筆被分出黃色及紅色來且成水平一字形，其中黃色在濾紙上被水帶動得較快，因此黃色呈現在一字形的上層上，而紅色則呈現在一字形的下層。
由此一橘色彩色筆由分出來所呈現的層析圖之顏色，可知橘色彩色筆的顏色是由黃色及紅色等兩種顏色所組成的，如相片三十二所示。
相片三十二：橘色彩色筆以自動上升展開後所呈現的一字形層析圖
(三) 雙色彩色筆
當塑膠培養皿中之水經毛細作用由濾紙下端慢慢上升至畫在濾紙下方左邊的黑色彩色筆直線處，此刻也同時水也上升至畫在濾紙下方右邊的橘色彩色筆直線處時，塑膠培養皿中之水會再經由毛細作用以垂直上升並加以擴散，直至能看到彩色筆的顏色明顯地被分開，在左邊的呈現出黑色彩色筆被分出藍色、黃色及紅色來且成水平一字形，其中紅色在濾紙上被水帶動得較快，因此紅色呈現在一字形上的最上層，其次是黃色呈現在一字形上的中間層，而藍色則呈現在一字形的最下層。而在右邊的則呈現出橘色彩色筆被分出黃色及紅色來且成水平一字形，其中黃色在濾紙上被水帶動得較快，因此黃色呈現在一字形的上層上，而紅色則呈現在一字形的下層。由此一畫在同一水平直線上之黑色及橘色彩色筆，由分出來所呈現的層析圖之顏色，可知黑色彩色筆的顏色是由藍色、黃色及紅色等三種顏色所組成的，而橘色彩色筆的顏色是由黃色及紅色等兩種顏色所組成的，如相片三十三所示。
相片三十三：畫在同一水平線上之黑色和橘色以自動上升展開後所呈現的一字形層析圖
n 微型色層分析之特點
1. 微型濾紙色層分析法器材簡單，不須用到藥品，只需一般水及塑膠培養皿即可。
2. 操作容易又安全有趣，極適合學生親自做實驗。
3. 在幾分鐘之內，即可看出彩色筆的顏色被分離出來。
n 微型色層分析使用時應注意之事項
1. 微型色層分析所用的塑膠培養皿，在置放濾紙前其圓周上必須保持乾燥沒有水分。
2. 進行手動圓形展開法時，必須將水逐滴滴入空心圓之正中央，待水擴散之後再滴第2滴第3滴….。
3. 進行自動水平展開法時，必須將下摺濾紙與塑膠培養皿中之水保持接觸狀態，才能使水連續經由毛細作用將水吸往上面水平之濾紙。
4. 進行自動垂直上升展開法時，必須將濾紙對摺再對摺，然後稍微撐開才使濾紙直立於塑膠培養皿內之水中，而不致於濾紙吸水後軟掉而傾倒下去。
n 結語
本文中所設計的微型濾紙色層分析，不論是採用手動圓形展開法或自動水平展開法或是自動垂直上升展開法，黑色彩色筆皆可分出藍色、黃色及紅色等三種顏色，由此可知本文中所採用之此一廠牌的黑色彩色筆是由藍色、黃色及紅色所組成，如相片三十四所示。而橘色彩色筆可分出黃色及紅色等分二種顏色，可知此一廠牌的橘色彩色筆是由黃色及紅色所駔成，如相片三十五所示。其中如果不同廠牌之黑色彩色筆，用這三種微型色層分析展開法所分離出來的顏色不一定完全相同，甚至有些廠牌的黑色彩色筆是分不出顏色來的。而不同廠牌之橘色彩色筆，用這三種微型色層分析展開法所分離出來的顏色皆會相同。因此微型色層分析法應用在彩色筆顏色之分離時，既簡單又快速，既方便又有趣，尤其此法可將神秘的黑色彩色筆分離出漂亮顏色來，將更能引起學生對色層分析的學習興趣，使化學之教學過程更生動、活潑、有趣，俾使教與學達到最佳的效果。
相片三十四：黑色彩色筆用三種微型色層分析展開法所分離出來的色彩層析圖
相片三十五：橘色彩色筆用三種微型色層分析展開法所分離出來的色彩層析圖
n 附錄
八十一年八月九日聯合報科學專刊「動手做做看」。
