为什么有些书籍、纸张、试卷会有一股“臭臭”的味道？| No.413

Original Frions 中科院物理所

2024-08-25

当你翻开一本尘封已久的书籍
或是在紧张的考试前夕深呼吸准备冲刺时
突然一股“神秘气息”扑鼻而来
这到底是智慧的味道
还是历史的气味

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1.请问当针头刺入肌肉时，在微观上是通过刺破细胞还是挤开细胞刺入的呢？
2.人喝下自己流的汗能补充回流失的元素吗？
3.为什么库仑定律和安培定律中都会有一个4π却不能合并到ε0和μ0中，另外为什么ε0和μ0一个在分母一个在分子？
4.为什么有些书籍、纸张、试卷会有一股“臭臭”的味道？
5.请问每次进机场时的防爆检查是什么原理？是如何做到短时间内就检查出来的？
6.蓝晒的原理是什么？
7.直流电和交流电是怎样操作实现转变的？
8.五氧化二磷和十氧化四磷是不是同种物质？

Q1

请问当针头刺入肌肉时，在微观上是通过刺破细胞还是挤开细胞刺入的呢？

by 逯佩庚

答：
实践出真知。大家先来看看我们软物质实验室养的肌肉母细胞（放大200倍）：
C2C12小鼠成肌细胞，放大200倍
再来看看同样放大200倍的，打针用的注射针头针尖：
进不去，怎么想都进不去吧！
一般细胞的大小约在5-20 μm，只有头发丝直径的四分之一。所以虽然针头看起来很尖，对于细胞来说还是个庞然大物。针头刺入时，是锋利的针尖在切割皮肤，只会撑开一条缝，把周围的细胞挤开，而很难把单个细胞刺破。
那么有没有办法刺破单个细胞，给细胞打针呢？显微注射技术应运而生，并被广泛的应用于基因转染与体外受精等多个领域。显微注射法里用的是管尖极细（0.1至0.5μm）的玻璃微量注射针。
显微注射技术，我戳我戳（图片来源：果壳网）
by Childe
Q.E.D.

Q2

人喝下自己流的汗能补充回流失的元素吗？

by 摩托

答：
人的汗水的主要成分有水、电解质、尿素、氯离子、乳酸等。水能够帮助调节体温以及排出代谢废物。电解质中包含多种离子如钠、钾、钙、镁等。虽然这些电解质随着水而排除，但是大量出汗的情况下，会有一部分会吸附在衣服上，等干透就会发现上边会有白色的“盐”，这在黑色衣服上尤其明显。
仅仅喝下自己流出的汗水是不能全面补充流失的微量元素，因为汗水中电解质含量相对较低，而且汗液中还有许多代谢废物例如尿素、乳酸等。因此在大量出汗后，医生都会建议喝一些淡盐水，因为仅仅补充水分是不能补充人体流失的钠钾离子等。
参考资料：
红岩.汗液是身体健康的“晴雨表”[J].工会博览,2024(15):57-59.
郁洪涛.《皮肤与汗液分泌》教学设计[J].新课程教学(电子版),2019(22):15-16.
by 蓝多多
Q.E.D.

Q3

为什么库仑定律和安培定律中都会有一个4π却不能合并到ε0和μ0中，另外为什么ε0和μ0一个在分母一个在分子？

by 匿名

答：
1785年，库仑做了大量的实验，总结发现真空（空气）中两个点电荷（自身尺寸无限小）之间的作用力满足
其中代表两个电荷之间的距离。这是一个实验规律的定量总结。类似的，安培定律也是基本实验定律，它描述了真空中两个电流元之间的作用力：
两个表达式的分母上都有，这可能是为了方便计算才单独提了出来。以点电荷为例，我们来看看它是怎么简化计算的。由库伦定律得出点电荷产生的电场：
对它做曲面积分：
可见提出的可以与立体角积分抵消，后续的计算会非常方便。至于为什么和一个在分母一个在分子，可以从量纲角度来看。电流与电荷之间差一个速度的量纲，其中和之间的关系为，c为光速，可见只有在分母，在分子才能让两个式子的量纲相同。
by Sid
Q.E.D.

Q4

为什么有些书籍、纸张、试卷会有一股“臭臭”的味道？

by 王+1

答：
我们常常会发现购买的图书，或者打印的试卷会有一种“臭臭的味道”，这为不想考试又多了一个理由。等等，知识的味道不应该是香甜的吗？这当然不是知识散发的味道！
书籍、试卷那种“臭臭”的味道和油墨的印刷和纸张质量有关。正版图书通常使用环保、高质量的油墨，而盗版书为了降低成本，可能使用了劣质油墨来进行印刷。这类油墨含有较多的有害化学物质，如挥发性有机化合物（VOC），读者在翻阅时会被挥发释放出来，形成刺鼻的味道。
高质量的纸张，具有较好的手感和耐久性，而且不容易散发出异味。盗版书籍为了节省成本，可能使用较差的纸张，这种纸张可能含有较多的化学残留物，如酸性物质、漂白剂等，它们也会加重刺鼻的味道。书籍的受潮、霉菌斑点也会让纸张有一种怪味如影随形。同时，有一些装订书籍的粘合剂也会加重这种挥发的“臭味”。这些挥发的化学物质对身体会产生一定影响，所以大家应选择正规出版社和印刷厂生产的书籍。
参考资料：
【印刷油墨有毒吗?】
by Serendipity
Q.E.D.

Q5

请问每次进机场时的防爆检查是什么原理？是如何做到短时间内就检查出来的？

by 脆脆鲨

答：
在机场安检的时候相比你也经历过这样的场景，工作人员拿出一张创可贴大小的试纸，在你行李或衣服上擦一下，然后将试纸放入一旁的仪器中。整个过程就是机场的防爆检查，在身上或行李箱上擦拭是为了取样，然后放入仪器里进行检测，哪怕很微量的炸药或毒品违禁品颗粒都可以在仪器中被检测出来。
机场中广泛应用于探测微量炸药的仪器叫离子迁移谱仪（IMS）。IMS是从20世纪60年代末发展起来的一门新的检测技术，它的基本原理是这样的：首先使被检测的样品蒸气或微粒离化形成离子，然后让离子在一弱电场中产生漂移，并测量出离子通过电场所用的时间，进而根据离子所用的漂移时间可以计算出离子的迁移率.由于在一定的条件下，各种物质离子的迁移率互不相同，因而也就导致不同的离子通过电场的漂移时间各不相同。这样，我们就可以通过漂移时间的测量来间接达到对样品的分离和检测。
IMS的检测效果看上去和质谱仪差不多，不过，IMS不像质谱分析那样需要在高真空条件下进行检测，仅仅在大气环境下就可以工作。同时，它的探测灵敏度仍然很高，可以达到10^-8-10^-14g。与其他一些检测技术相比，IMS有着器简单、体积小、重量轻、功耗低和分析时间快等许多优点，在化合物分析中起着重要的作用。
参考资料：
徐淑武,郑健,毕志毅,等.离子迁移谱检测技术及其应用[D].2003.
by Sid
Q.E.D.

Q6

蓝晒的原理是什么？

by 夏日清欢

答：
蓝晒法也叫做铁氰酸盐印相法，他是一种传统的非银盐摄影工艺，利用铁盐与光的化学反应，通过柠檬酸铁铵和铁氰化钾混合制成的感光剂在紫外光的照射下发生反应，生成深蓝色的亚铁氰化铁，这种蓝色也被称为普鲁士蓝。蓝晒法制作出的图像非常稳定，尽管在强日光下可能会褪色，但在暗处放置一段时间后颜色会恢复.
蓝晒的制作过程也很简单:
制作底片：配置蓝晒试剂需要的器材：烧杯、量筒、天平、称量纸、药匙。试剂分为A溶液和B溶液：A溶液：40g/500mL的铁氰化钾（赤血盐）溶液；B溶液：100g/500mL的柠檬酸铁铵溶液（注意不要加热铁氰化钾溶液并加强酸！因为会释放剧毒的氰化氢气体）;A液和B液配制好后分开保存，使用时将两溶液按体积比1:1混合后，均匀涂抹在纸上。（请在通风橱，或其他通风良好的地方进行）
晒图：直接将标本放在蓝晒底片上，在烈日或者紫外灯等强光进行晒图，为防止晒图时物体滑落，可以用透明板将底片压合再曝光，确保清晰。
水洗显影：直接用清水漂洗干净即可，如果追求图像细节，可以在水中加入双氧水（控制用量以免漂白图像），或者放在空气中慢慢氧化。之后就可以得到一张漂亮的蓝晒图啦。
参考资料：
魏云航,杜姗,谭宇浩,等.基于纺织品的浸轧-蓝晒工艺优化及性能评价[J].现代纺织技术,2023,31(02):191-196.
赵月,于玉,薛凯文.蓝晒印相法在摄影教学中的应用研究[J].旅游与摄影,2023(22):160-162.
谢玉婷.蓝晒在当代艺术形式中的表现[J].艺术大观,2022(15):85-87.
by 蓝多多
Q.E.D.

Q7

直流电和交流电是怎样操作实现转变的？

by 王小明

答：
高中所学交流发电机所发出的正弦交流电便是典型的交流电(AC), 其大小和方向都随时间发生变化，在应用过程中，只要电流方向发生变化都统称交流电，如三角交流电和方波交流电。
对于直流电(DC)，实际应用过程中常常是电流方向一直保持不变,电流大小可以随时间变化, 这就是所谓的脉动直流电,
交流电到直流电的转换最关键的是整流器，在这里就以电阻性负载和单相半波可控整流电路为例，包含二极管，二极管是一个单向导通的电子器件，他能够将反向的电流截止。
电阻性负载的单相半波可控整流电路
原理：在整流电路中，当外部电源u₁处于正向，经过整流变压器T得正向电压u₂, 由于u₂是一个正弦电压,当wt=α时，恰好导通VT晶闸管，使得在负载R两端得到与变压器T两端一致的电压u₂。当wt=Π时，VT两端正向电压为0，电流无法导通，负载两端电压为0。同理当外部电源u₁处于反向时，VT仍然处于关断状态，回路继续保持为0，直至下一个周期满足条件导通为止。
电阻性负载的单相半波可控整流波形
由于VT只在电压部分正向角度才能导通, 负载R得到的输出电压极性不变, 但电压电流的瞬时值是变化的, 属于脉动直流形式,这就是经典的半波整流方式。此外还可以利用滤波器平滑脉冲直流电。
直流电到交流电的转换的电路称为逆变电路，下图为单项桥式逆变电路实现直流电变交流电的功能，其中S₁、S₂、S₃、S₄是逆变电路的四个开关。一般都是由一些复杂的电力电子器件组合而成。
原理：当开关S₁与S₄闭合，S₂与S₃断开时, 负载R两端得到输出电压u₀=U_d;相反, 当开关S₁与S₄断开, S₂与S₃闭合时, 负载R两端得到输出电压u₀=—U_d。当这两组开关以特定频率f切换时，负载两端就将获得下图的交变方波电压，周期T=1/f。
参考资料：
袁晨.交流电与直流电相互转换原理[J].电子世界,2018(19):21-23.
叶军,黄彦焱.直流电与交流电相互转换的实验研究[J].中学物理,2013,31(15):28-30.
by 蓝多多
Q.E.D.

Q8

五氧化二磷和十氧化四磷是不是同种物质？

by 选我回答！

答：
先上结论，描述的是同一种物质。五氧化二磷（Phosphorus pentoxide）是我们对这种物质的命名，但从分子结构上看，一个五氧化二磷分子却是由4个磷原子和10个氧原子组成的，所以其分子式写为P₄O₁₀，只是命名上还是遵循了原子最简比的原则。
五氧化二磷分子结构示意图 | 图源：wikipedia
五氧化二磷一般由单质磷和氧气反应生成，反应会直接生成如图所示的笼状结构，这种由4个磷原子和10个氧原子形成的结构在热力学上更加稳定。单独2个磷原子和5个氧原子是无法形成热力学稳定的分子结构的，所以不存在P₂O₅这样的分子。不过实验室里使用该物质或者是购买这种试剂时，我们还是习惯用P₂O₅这个写法，这样可以更方便地展示化学计量比。
by Eric
Q.E.D.