為什麼法醫科學是教授化學如此引人入勝的方式？無論學生是否喜愛像《CSI》、《NCIS》或《Bones》這樣的犯罪影集，透過故事敘述來框定調查過程，能將抽象概念轉化為引人入勝且高風險的問題解決。學生不再只是單純在試管中進行反應，而是要解開一個謎團。為了證明他們的推論，他們必須像法醫科學家一樣分析證據、解讀數據並傳達發現。 

在這個實作實驗中，學生使用 Go Direct^® SpectroVis^® Plus 光譜儀，探索濃度、吸光度與反應速率之間的關聯，調查食物染料與漂白劑混合物是否能作為可疑炸彈的計時器。透過確定反應級數與半衰期，學生揭示並解釋這一化學過程如何應用於法醫場景。

色彩倒數計時器（光譜儀）

案例背後的化學原理

當食物染料與漂白劑混合時，染料會發生化學反應，隨著時間逐漸失去顏色。這一反應遵循以下通式：

食物染料 + OCl⁻ → 無色分子

反應動力學（即反應速度）取決於反應物的濃度和溫度。由於漂白劑的濃度遠高於染料，其濃度幾乎保持不變，讓學生能專注於食物染料濃度如何影響反應速率：

速率 = k[食物染料]^x

透過收集與分析數據，學生確定 [食物染料] 上指數 x 的值，以建立反應級數。需注意的是，不同顏色的食物染料與漂白劑反應速率不同，本實驗使用藍色染料。若學生測試其他染料，可能需要調整漂白劑濃度。

你需要的材料

• Go Direct SpectroVis Plus 光譜儀
• 配備 Vernier Spectral Analysis^® 的裝置
• (2) 試管與蓋子
• 試管架
• 100 mL 燒杯
• (2) 10 mL 量筒
• (2) 滴管
• 藍色食物染料溶液
• 稀釋漂白劑溶液 (NaClO)
• 蒸餾水
• 無塵紙巾

學生操作步驟

在實驗的第一部分，學生需辨識最大吸光度的波長 λmax：

• 啟動 Spectral Analysis 應用程式並連接光譜儀。
• 點擊或選擇「吸光度對時間（動力學）」。
• 使用裝滿蒸餾水的空白試管校準設備。
• 準備一個裝有稀釋藍色食物染料溶液的試管。
• 執行完整的吸光度光譜掃描，找出 λmax，即染料吸收最多光的波長。

藍色食物染料的最大吸光度（λmax）應落在紅光範圍內。

接著，學生追蹤反應動力學。此步驟需提前準備並快速完成：

• 在 100 mL 燒杯中混合 10 mL 食物染料與 10 mL 稀釋漂白劑並攪拌。
• 將乾淨試管裝滿約 ¾，並放入光譜儀中。
• 開始數據收集，觀察隨著染料顏色隨時間（約 200 秒）褪去，吸光度如何下降。

混合染料與漂白劑後，學生在 Spectral Analysis 中觀察吸光度隨時間的變化。

現在，學生可分析數據與圖表，判斷反應相對於食物染料是零級、一級還是二級反應。這可透過 Spectral Analysis 中的計算欄完成：

• 繪製吸光度對時間圖（測試零級動力學）。
• 繪製 ln(吸光度) 對時間圖（測試一級動力學）。
• 繪製 1/吸光度 對時間圖（測試二級動力學）。

學生檢查這三張圖，找出哪個圖表最接近線性擬合，以確定反應級數。

最後，學生辨識半衰期（t½）。由於場景中的計時器在反應達到半衰期時啟動，學生將使用以下任一方法確定此時間：

• 使用圖表：找出吸光度降至初始值一半的時間。
• 使用方程式：為更精確計算半衰期，學生可用公式：t_½ = ln(2) / k

現在，學生能判斷吸光度下降到何時會觸發法醫場景中的假設計時器。

如何支持 3D 標準

此調查讓學生參與感官推理與數據分析，探索分子間相互作用如何影響反應速率與能量變化。他們也親眼見證某些技術在法醫調查中的角色，例如光譜學如何成為分析未知物質的關鍵工具。學生運用數學與計算思維來建構解釋、評估並傳達資訊。

小技巧

• 此實驗也可用 Go Direct 比色計進行。
• 適當稀釋樣品，保持在光譜儀的最佳線性範圍（吸光度 0–1）。
• 選擇成分單純的市售漂白劑，以次氯酸鈉 (NaOCl) 為第一成分，避免含添加劑的種類。

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