化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［III］

化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［III］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子［II］

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生實驗操作（含器材清洗）：約40分鐘，實驗觀察記錄：約10分鐘。學生回答問題（師生問題討論或家庭作業）：約20分鐘。

● 在進行本實驗時，學生可以透過視覺上的觀感，瞭解到雖然金屬銀（如銀鏡反應）具有灰白色的金屬光澤，但是當尺寸縮減至奈米級的尺度時，因表面電漿子共振吸收效應而呈現黃色，使學生對奈米粒子有更深刻的認知。

● 由於當氫氧化鉀與蒸餾水接觸時，會產生微量發煙並且發生放熱的現象，因此教師應該提醒學生在配製洗滌液的過程必須多加小心。

● 由於硝酸銀溶液接觸到皮膚時使皮膚產生黑色污點，需要幾天的時間才會自然脫落，因此教師應該提醒學生在使用時必須格外小心，戴乳膠手套和安全眼鏡。

● 最好選用乾淨的器具進行本實驗，未曾使用過的器具更佳。如果無去離子水和超純水，只使用蒸餾水，那麼本實驗還是可以得到如預期的結果，只是無法持續幾個星期之久。

● 本次實驗的各種溶液濃度之配製和體積的量度不必過於精準也可以合成出黃色的銀奈米溶液。

藥品配製

● 0.001 M AgNO₃溶液：取0.017 g的硝酸銀（AgNO₃）固體，置入一個乾淨的100 mL的容量瓶（或錐形瓶）中，加入約50 mL的蒸餾水，搖晃促使硝酸銀的顆粒完全溶解後，再稀釋溶液至總體積100 mL。

觀察記錄樣本

1. 觀察並記錄在銀奈米粒子的合成過程中，反應溶液顏色的變化情形。

記錄：原本天竺葵葉子的萃取液呈現淡黃綠色澄清狀，在加入25 mL的0.001 M硝酸銀溶液後呈現透明無色狀。在加熱過程中，約5分鐘後溶液逐漸變成黃色，再過3~4分鐘後變成橘色，接著漸漸變成棕紅色，直到加熱過程結束。銀奈米粒子的合成過程之顏色變化，如圖四的所示。

圖四  合成過程中溶液的顏色變化由開始的無色到最後的紅棕色

2. 觀察並記錄天竺葵葉萃取液及其加入食鹽是否具有膠體溶液的廷得耳效應。

記錄：天竺葵葉萃取液加入食鹽顆粒後，溶液顏色並無任何改變，即使靜置一段時間也是如此。再者，不論是否有加入食鹽，兩隻試管以雷射筆的雷射光束檢驗均有廷得耳效應的現象，如圖五所示。

圖五 加入食鹽後的萃取液（左）和原萃取液（右）都具有廷得耳效應

3. 觀察並記錄在加入食鹽顆到銀奈米粒子溶液並溶解後，溶液顏色的變化情形。

記錄：當加入食鹽顆粒到銀奈米粒子溶液後，溶液的顏色無明顯變化。搖晃試管使食鹽完全溶解後，溶液原本的紅棕色會褪掉呈黃色，如圖六所示。

圖六 加入食鹽（左）和未加入食鹽（右）的銀奈米溶液顏色

4. 觀察並記錄銀奈米溶液及其加入食鹽後的廷得耳效應。

記錄：銀奈米溶液以雷射筆產生的雷射光束射入會產生一道光徑，銀奈米粒子溶液加入食鹽後，以雷射光束照射也會產生一道光徑，此二溶液都有廷得耳效應的產 生。加入食鹽的銀奈米粒子溶液在長久靜置後，試管底部會出現淡黃色的沉澱物，上方的溶液為澄清狀，再以雷射光束照射產生光徑的強度變小，廷得耳效應降低。 如圖七所示。

圖七 加入食鹽並靜置一段時間後變成無色溶液（左） 加食鹽後為黃色溶液（中）和原銀奈米溶液（右）之廷得耳效應

參考答案

1. 為何可以利用廷得耳效應來檢測銀奈米溶液？

答：因為膠體溶液的粒子直徑在10^-7 ~ 10^-9 m之間，可分散光線，所以有廷得耳效應的產生。本次實驗若有合成出奈米級的粒子（其粒子直徑為10^-9 m的尺度），則可以應用廷得耳效應做為簡易的檢驗方法。

2. 天竺葵葉萃取液和銀奈米粒子溶液都具有廷得耳效應，使用廷得耳效應作為銀奈米粒子的鑑定是否不恰當？

答：天竺葵葉萃取液具有廷得耳效應，且加入食鹽後的萃取液仍有廷得耳效應。然而，加入食鹽到銀奈米粒子溶液中，會破壞銀奈米粒子的穩定性並使其發生沉澱， 以雷射光照射不具有或降低廷得耳效應。由於加入食鹽到萃取液和銀奈米粒子溶液的結果不同，因此用廷得耳效應作為銀奈米粒子的鑑定並非不恰當。

3. 為何銀奈米粒子溶液在加入食鹽水溶液後會發生紅棕色褪色現象？

答：銀奈米粒子在水溶液中能夠均勻分散的原因，是因為在溶液中的成分能提供銀奈米粒子的外層有負電荷的保護層，而使奈米銀粒子藉由負電荷的排斥力，而不相 互聚集在一起。然而，加入電解質食鹽後在溶液中有解離的鈉離子及氯離子產生，並且與負電荷層反應，使得負電荷的保護層消失，造成銀奈米粒子相互聚集而沉澱 析出，使溶液發生褪色現象。溶液變成黃色的原因，可能是天竺葵葉萃取液原來的顏色，也可能是因為萃取液的成分在反應過程形成副產物並帶有顏色。

參考資料和延伸閱讀

1. Silver nanoparticles, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Silver_nanoparticles.
2. Silver Nanoparticles, nanoComposix, http://nanocomposix.com/products/silver.
3. Green Synthesis of Small Silver Nanoparticles Using Geraniol and ItsCytotoxicity against Fibrosarcoma-Wehi 164, http://www.sid.ir/en/VEWSSID/J_pdf/122120090206.pdf.
4. Synthesis of Silver Nanoparticles, http://mrsec.wisc.edu/Edetc/nanolab/silver/.
5. Preparation of Silver Nanoparticles and Their Characterization, http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=2318.
6. 化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Siliver Nanoparticles）［I］，/highscope/?p=30347。
7. 化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成（Synthesis of Gold Nanoparticles）［I］，/highscope/?p=27762。
8. 高中職奈米材料課程實驗之設計－利用化學與電化學還原法製備銀奈米粒子，http://140.127.36.251/all_news/9 … )/奈米銀305-312.pdf。
9. 奈米銀，科學發展，http://web1.nsc.gov.tw/public/Data/popsc/2006_142/32-39.pdf。