實(shí)施學(xué)校：長(zhǎng)沙市國(guó)防科技大學(xué)第一附小
實(shí)施年級(jí)：五年級(jí)
指導(dǎo)教師：余文華
推薦：長(zhǎng)沙市教育科學(xué)研究院姜平 

一、主題由來 

近年來，由于蔬菜殘余農(nóng)藥超標(biāo)導(dǎo)致食物中毒的事件屢次發(fā)生，引起社會(huì)和家庭越來越多的關(guān)注。大家對(duì)蔬菜殘留農(nóng)藥超標(biāo)問題談虎色變，心存余悸。特別是到了夏季，人們對(duì)蔬菜的食用安全提心吊膽，很多人故意買帶蟲眼的蔬菜。我通過調(diào)查了解到，一般的家庭常采用以下幾種方法的去除蔬菜殘余農(nóng)藥：清水浸泡、鹽水浸泡、用果蔬凈清洗，但這些方法是否真的對(duì)去除蔬菜殘余農(nóng)藥有效呢？通過上網(wǎng)查詢有關(guān)資料并請(qǐng)教農(nóng)科院的專家，我得知：浸泡方法并不可靠，甚至越浸泡越使農(nóng)藥滲透更深；用果蔬凈清洗蔬菜，由于很難將泡沫清洗干凈，而容易將化學(xué)藥品殘留在菜葉上，造成二次污染。為此，我試圖找到一種新的更有效而簡(jiǎn)便的去除蔬菜殘余農(nóng)藥的方法。
    我家有一臺(tái)臭氧消毒柜，平常用于餐具的殺菌、消毒，使用方便，但它是否也適合用于消除蔬菜中的殘留農(nóng)藥呢？帶著這個(gè)問題，我和老師一起上網(wǎng)查詢有關(guān)資料。我們了解到：臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，除具有廣譜抗菌的作用外，還具有分解某些農(nóng)藥的功效；臭氧易溶于水，溶解度是氧氣的13倍；由于臭氧（O3）是由氧分子（O2）攜帶一個(gè)氧原子組成，具有不穩(wěn)定特性，攜帶的氧原子除氧化用掉外，剩余的又組合成氧氣，所以臭氧工作中沒有二次污染。根據(jù)臭氧的特性，我們決定利用這臺(tái)臭氧消毒柜來測(cè)試臭氧對(duì)于去除蔬菜殘余農(nóng)藥的效果到底如何，并與常規(guī)方法進(jìn)行比較，以找出適合于家庭使用的簡(jiǎn)便、快速的蔬菜清洗法。  

二、活動(dòng)方法及實(shí)施過程

（一）實(shí)驗(yàn)方法 

根據(jù)蔬菜農(nóng)藥殘留中主要是有機(jī)磷（占總殘留量的75%左右）的實(shí)際情況，我們選擇目前較常用的蔬菜農(nóng)藥樂果作為實(shí)驗(yàn)用有機(jī)磷農(nóng)藥試劑，并確定采用市場(chǎng)上通用的速測(cè)卡方法來測(cè)定經(jīng)臭氧水處理后的蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量。
網(wǎng)上查詢結(jié)果顯示：速測(cè)卡檢驗(yàn)法已成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)快速檢驗(yàn)法，原理為：膽堿脂酶可催化靛酚乙酸脂（紅色）水解為乙酸與靛酚（藍(lán)色），而使白色藥片變藍(lán)。有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)膽堿脂酶有抑制作用，使催化水解變色的過程發(fā)生改變，即白色藥片不變色或變成淺藍(lán)，由此判斷出樣品中是否含有有機(jī)磷農(nóng)藥。為了更精確準(zhǔn)確地測(cè)定農(nóng)藥殘留量，用紫外分光光度計(jì)對(duì)檢測(cè)后的速測(cè)卡浸泡蒸餾水溶液的紅光吸收系數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

考慮到臭氧水去除殘留蔬菜農(nóng)藥的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，需要考慮的影響因素較多，主要有臭氧濃度（它與水放置于臭氧柜中的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)）、蔬菜在臭氧水中的浸泡時(shí)間、蔬菜處理量及蔬菜種類。如果每個(gè)影響因素的條件變化3次，所需的實(shí)驗(yàn)次數(shù)為81次，再考慮的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性問題，實(shí)驗(yàn)的次數(shù)更多，具體實(shí)施起來有較大的困難。我們?cè)儐柊职謫挝坏挠嘘P(guān)的科研人員，了解到解決這一類實(shí)驗(yàn)問題的最佳方法是采用正交設(shè)計(jì)，通過較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，既可以將各個(gè)因素對(duì)去除效果的影響大小進(jìn)行排序，又可以找出最好的處理?xiàng)l件。因此，在科研人員指導(dǎo)下，我確定了正交實(shí)驗(yàn)的方法，并且每一組實(shí)驗(yàn)用速測(cè)卡進(jìn)行了三次測(cè)量。其中正交實(shí)驗(yàn)的因素水平表如下：

表 1：正交設(shè)計(jì)因素水平表

因素

水平 水在臭氧中放置時(shí)間（分鐘／２５０毫升） 浸泡時(shí)間
（分鐘） 蔬菜加入量
（克） 蔬菜種類   
Ｉ 5 5 20 白菜   
II 10 10 40 豆角   
III 15 15 60 花菜 

（二）實(shí)驗(yàn)步驟
1、郵購(gòu)農(nóng)藥速測(cè)卡；
2、采用噴灑方式到菜地里向樣品白菜、豆角、花菜噴灑農(nóng)藥(樂果)；
3、噴灑第三天到地里取樣；
4、做實(shí)驗(yàn)，步驟如下：
實(shí)驗(yàn)一：臭氧去除蔬菜殘留農(nóng)藥效果的正交實(shí)驗(yàn)
1) 將樣本在水中做一次常規(guī)清洗，撈起，稍瀝干水；
2) 將樣本切成2厘米長(zhǎng)；
3) 用天平稱量，將三種樣本分別分成２０克、４０克、６０克，各三份；
4) 將三個(gè)燒杯分別盛水２５０毫升，同時(shí)放入消毒柜臭氧消毒層，產(chǎn)生臭氧水后，采用正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)三種樣本分別進(jìn)行處理；
5) 用農(nóng)藥速測(cè)卡對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè)，重復(fù)三次，并注意檢測(cè)過程中，操作條件的一致性；
6) 根據(jù)速測(cè)卡的藍(lán)色深淺情況，由大到小依次排序；
7) 將速測(cè)卡上的藥片取下，分別置于４０毫升的蒸餾水中浸泡；
8) 將溶液放置相同的時(shí)間后，用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量；
9) 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。
實(shí)驗(yàn)二：臭氧水處理方法與其他常規(guī)方法對(duì)比實(shí)驗(yàn)
1) 將相同重量（20克）的三種樣本分別在臭氧水、清水、鹽水、果蔬凈中浸泡１５分鐘；
2) 用清水漂洗一次后，稍瀝干；
3) 其余實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)一。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

臭氧水去除蔬菜殘余農(nóng)藥的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)三因素、三水平正交實(shí)驗(yàn)表確定實(shí)驗(yàn)條件，并用目測(cè)法和定波長(zhǎng)（602nm）的紫外分光光度計(jì)法對(duì)速測(cè)卡的藍(lán)色進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果用表2列出：
  表2 臭氧去除蔬菜殘留農(nóng)藥效果的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

因素

實(shí)驗(yàn)號(hào) 水在臭氧柜中放置時(shí)間 (分鐘/250毫升) 浸泡 時(shí)間(分鐘) 蔬菜加入量（克） 

蔬菜種類 去除效果   

目測(cè)排序 吸光度 去除率   

1 5 5 20 白菜 8 0.145 58%   
2 5 10 40 花菜 6 0.119 35%   
3 5 15 60 豆角 9 0.137 46%   
4 10 5 40 豆角 2 0.123 33%   
5 10 10 60 白菜 3 0.178 88%   
6 10 15 20 花菜 1 0.134 46%   
7 15 5 60 花菜 4 0.139 51%   
8 15 10 20 豆角 5 0.151 60%   
9 15 15 40 白菜 7 0.175 85% 

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出：

1、采用臭氧處理的方法中，不同因素對(duì)吸光度（即農(nóng)藥去除效果）的影響程度由大到小排列的順序?yàn)椋菏卟朔N類、水在臭氧中放置的時(shí)間、浸泡時(shí)間、蔬菜加入量；

2、蔬菜加入量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最小，說明250毫升的水足以處理60克的蔬菜；

3、蔬菜種類的試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧處理對(duì)白菜最有效，而花菜和豆角的處理效果相同；

4、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以確定臭氧去除蔬菜殘余農(nóng)藥的最佳操作方法為：水在臭氧中放置時(shí)間為15分鐘，蔬菜浸泡時(shí)間為10分鐘即可；

5、目測(cè)的結(jié)果排序，與紫外可見分光光度計(jì)所測(cè)定的排列結(jié)果差異很大，說明通過速測(cè)卡顏色是否變藍(lán)可以簡(jiǎn)單推斷出蔬菜中是否有殘余農(nóng)藥，但不能推斷出蔬菜種農(nóng)藥的多少，農(nóng)藥的定量分析必須通過嚴(yán)格的化學(xué)定量分析方法確認(rèn)；

6、根據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)速測(cè)卡的吸光度數(shù)值的比較，5號(hào)試驗(yàn)（接近最佳處理方法）的農(nóng)藥去除量可達(dá)88﹪。

（二）臭氧去除蔬菜殘余農(nóng)藥的方法與其他常用方法的比較

實(shí)驗(yàn)二中，對(duì)經(jīng)過不同清洗方法處理的蔬菜進(jìn)行殘留農(nóng)藥的速測(cè)卡測(cè)定后的藥片浸泡液，進(jìn)行紫外分光光度計(jì)測(cè)定的結(jié)果列在下表中：

表3：四種不同方法去除蔬菜殘余農(nóng)藥效果比較

樣品號(hào) 樣品說明 波長(zhǎng)（nm） 數(shù)據(jù)[Abs] 去除率   
1 洗脫液 602 0.191    
2 蘸農(nóng)藥的白菜 602 0.081    
3 蘸農(nóng)藥的豆角 602 0.089     
4 蘸農(nóng)藥的花菜 602 0.087     
5 臭氧15分鐘的白菜 602 0.182 92%   
6 臭氧15分鐘的豆角 602 0.168 77%   
7 臭氧15分鐘的花菜 602 0.169 79%   
8 清水15分鐘的白菜 602 0.110 26%   
9 清水15分鐘的豆角 602 0.115 25%   
10 清水15分鐘的花菜 602 0.111 24%   
11 鹽水15分鐘的白菜 602 0.125 40%   
12 鹽水15分鐘的豆角 602 0.121 30%   
13 鹽水15分鐘的花菜 602 0.119 31%   
14 果蔬凈15分鐘的白菜 602 0.150 63%   
15 果蔬凈15分鐘的豆角 602 0.141 51%   
16 果蔬凈15分鐘的花菜 602 0.143 54% 

通過以上實(shí)驗(yàn)，可以看出：用臭氧法農(nóng)藥去除率最高達(dá)92﹪，清水的去除率只有 25%左右，而鹽水浸泡的去除率也只有 30% ，果蔬凈的去除率稍高，達(dá)50%，但也明顯低于臭氧處理。由此，得出結(jié)論：用臭氧法去除蔬菜殘余農(nóng)藥的效果明顯優(yōu)于其他方法。而且臭氧的應(yīng)用在當(dāng)今社會(huì)已相當(dāng)廣泛，如臭氧消毒柜、臭氧發(fā)生器等，一般的城市家庭都有消毒柜，臭氧法去除蔬菜殘余農(nóng)藥是一種容易推廣的方法。

四、收獲與體會(huì)

這次實(shí)驗(yàn)使我受益非淺。首先，我掌握了蔬菜殘留農(nóng)藥速測(cè)卡的簡(jiǎn)單原理和使用方法，我將這種方法介紹給其它的同學(xué)，增加了他們的生活常識(shí)，讓他們的爸爸媽媽在夏季購(gòu)買蔬菜時(shí)自己就能判斷是否是“綠色蔬菜”。第二，我通過正交實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)，找到了一種比常用的清洗浸泡法更為有效的去除蔬菜殘留農(nóng)藥的方法-——臭氧去除法，這種方法安全有效，可以利用家中現(xiàn)有的設(shè)備，簡(jiǎn)單易行。我還算了一筆賬：以我家這臺(tái)康寶牌消毒柜為例，額定功率為750W，上層（臭氧層）功率為150 W，1個(gè)小時(shí)耗電0.15度，一次臭氧處理只需15分鐘，按一度電現(xiàn)價(jià)0.5元計(jì)算，一次臭氧處理只需2分錢，一個(gè)三口之家一頓飯最多也只做2個(gè)蔬菜，一餐飯也就4分錢足夠了，可見成本之低。第三，在科研人員的指導(dǎo)下，我了解了一種科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法——正交實(shí)驗(yàn)法，用這種方法可以用較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)來解決錯(cuò)綜復(fù)雜的、多影響因素的實(shí)驗(yàn)問題，這對(duì)我今后做類似的實(shí)驗(yàn)都會(huì)有很大的啟發(fā)。

這次實(shí)驗(yàn)提高了我的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)了我對(duì)科學(xué)研究的濃厚興趣，讓我明白，不論做什么大小實(shí)驗(yàn)，都必須做到：科學(xué)性、可行性、無漏洞、有意義。這次實(shí)驗(yàn)還激發(fā)了我的一個(gè)創(chuàng)造靈感，就是能否發(fā)明一個(gè)像清水過濾器一樣的能直接套在水龍頭上的臭氧發(fā)生器，這樣以后爸爸媽媽就可以隨時(shí)利用臭氧去清洗蔬菜啦，那該多方便呀！

          —摘引自《化學(xué)家園》