罗昕宇-创新大赛-蓝黑墨水字迹的消去研究---结题报告.docx

科学论文个人项目蓝黑墨水字迹的消去研究课题------结题报告高中摘要:针对蓝黑墨水的字迹消去的方法进行了资料收集找到了几种传统方法,对其进行实验探究并且加以改进。我在查阅相关文献后知道了蓝黑墨水字迹的消去原理及几种常用配方后,首先对几种配方进行了定性的研究,进行优胜劣汰的原理性测试,选定方法后进行了一系列的定量研究。我使用 Adobe Photoshop 软件进行灰度测量从而对蓝黑墨水字迹的消去结果进行了量化,进行不同浓度的效果对比,参考白纸上的不同浓度的空白实验,找到了药水配方的最佳浓度,得到了结论,同时根据实验结果及其现象提出了字迹消去后重现的可能性及方法。最后通过“问卷星”软件向社会发放了问卷,通过对回收问卷的各项数据统计分析出该课题的发展潜力与未来展望。1、蓝黑墨水字迹的成分简介蓝黑墨水中的成分较其他种类墨水简单,主要为:鞣酸、没食子酸、硫酸亚铁、有机色素、少量硫酸等。其字迹的蓝色来源于色素,黑色来源于鞣酸、没食子酸与硫酸亚铁反应生成了鞣酸亚铁、没食子酸亚铁,又被空气中的氧气氧化生成了黑色高价铁盐,增加了蓝黑墨水字迹的耐水性。2、蓝黑墨水字迹消去的定性研究在参考的文献中,我注意到了一下几种消去药品,按其性质分为如下几类:(说明:氧化剂可以通过氧化色素使颜色褪去;络合剂可以与三价铁盐生成无色配合物;蓝黑墨水的耐碱性较差,强碱可以破坏色素;字迹中存在少量凝胶可以用凝聚剂进行表面凝聚)1、氧化剂:高锰酸钾、铬酸钾1①:%高锰酸钾和5%硫酸高锰酸钾经过适当的浓度调试之后,在纸头上基本不会留下颜色,且消字效果明显,使墨水褪色成了无色,少数地方是黑的疑为黑色鞣酸铁和没食子铁沉淀。(反应速率较氢氧化钠慢很多)②:%草酸效果不明显,颜色略微变淡。③:%氢氧化钠效果明显,刚滴入时立即产生变红和扩散现象,一段时间干燥之后变成了灰黑色字迹。在之前一次试探性实验中残留字迹量大,但当改用棉签涂抹时残留黑色字迹明显变少甚至消失,说明残余的黑色物质是可吸附的。认为适宜用来作为消字药水的主要成分,但对于涂抹工具可以作进一步改进。2、络合剂:草酸3、强碱:氢氧化钠4、凝聚剂:硫酸镁将其进行单独及组合的实验,得到了一份实验报告,以下为实验记录表格,并作简单点评:2值得注意的是,在涂抹氢氧化钠溶液并等待干燥之后进行二次涂抹仍然会出现上述现象,猜测为药瓶浓度不足不能一次性充分反应。④:%铬酸钾基本无效果。⑤:①+%硫酸镁效果明显但不如①,硫酸镁对消字的作用由此猜测是负面的,假设不成立。⑥:②+%硫酸镁基本无效果。⑦:③+%硫酸镁与③基本无差别,猜测硫酸镁的效果并不明显。⑧:④+%硫酸镁与④反差巨大,效果明显,虽然有部分剩余蓝色字迹,猜测是铬酸钾浓度过低导致,说明硫酸镁在不同的环境下起到的作用不同。3第一次实验药品图:4第一次定性实验拍摄图如下:5如上图,可以发现了几个问题:1、肉眼可以目测的是高锰酸钾不同程度地会带来黄色,且本次高锰酸钾浓度已低至 %,故可确定高锰酸钾在白纸上虽然能起到氧化的效果但是会引入新的颜色,即高锰酸根的还原产物及过量的高6锰酸钾。铬酸钾也是同样的问题,故均被判断为不适合作为药水成分。2、氢氧化钠等强碱可以破坏有机色素使蓝色褪去,但是残余的黑色鞣酸铁和没食子铁无法消除,且黑色残余物面积大颜色深,故氢氧化钠不适合作为字迹消去药水的配方成分。硫酸镁同理。此时我提出了疑问:草酸与三价铁盐的反应在文献中有记载,可以生成无色的三草酸合铁离子,但此次实验无明显反应,猜测是否为实验时水温过低导致草酸溶解度下降,配得的饱和溶液浓度过低导致了现象不明显。故进行了一次粗略的定性实验。实验报告如下展示:实验药品茶叶水、草酸、***化铁溶液。实验步骤及现象1、取茶叶水(含鞣酸)10ml 于试管,加入***化铁溶液数滴观察到有黑色沉淀产生,溶液由澄清变为浑浊。(生成了鞣酸铁)2、滴加草酸溶液观察到黑色沉淀消失,溶液由浑浊变为澄清,略显黄色,是由于茶水中的其他有色成分。实验结论7草酸可以与三价铁反应生成无色物质,根据文献资料,草酸与鞣酸铁、没食子酸铁反应生成无色配合物,与实验现象相吻合。通过上述实验确定了草酸与鞣酸铁可以反应生成无色物质,第一次实验中草酸的问题由此归结为浓度过低所致。以上故对蓝黑墨水字迹的消去方法定性为:使用氧化剂破坏色素并将字迹中的铁氧化为+3 价,然后涂抹一定浓度的草酸溶液将黑色的鞣酸铁和没食子铁反应生成无色的三草酸合铁离子,达到褪色消去的效果。将氧化剂由:高锰酸钾、铬酸钾,更改为氧化性较弱的过氧化氢,其依然可以铁盐并且被证明可以破坏墨水中的有机色素。证明如下:将蓝黑墨水滴加至蒸馏水中稀释后,加入过氧化氢,一段时间后褪色变为无色。如下图所示:8故过氧化氢可以作为褪色药水的氧化剂使用。综