魔术墨水的特性及显现实验分析研究.docx
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魔术墨水的特性及显现实验分析研究
魔术墨水的特性及显现研究
近年来，市场上出现了一种新型书写材料——魔术墨水。
这种墨水可以用配套的专用笔进行书写，形成的字迹从外观上看和普通墨水书写字迹相似，但是过一段时间后字迹会自动消失。
魔术墨水既可以作为恶作剧或者魔术表演的道具，也会被不法之徒利用进行犯罪。
用魔术墨水书写的欠条、签订的合同，在字迹消失后，就变成了白条、无效合同。
因此，了解魔术墨水颜色消失的原因，探讨魔术墨水的组成，研究魔术墨水造成白条的显现方法，就成了文件检验的一项重要任务。
一、探讨魔术墨水变色的原因
观察魔术墨水，发现魔术墨水外表呈现蓝色，瓶底有少量小颗粒透明沉淀。
打开瓶盖有刺激性的气味出现，滴在纸上颜色变淡，最终消失，味道也消失。
实验1：
只有纸张会使魔术墨水变色吗？
实验动机：
是不是纸张有特殊成分，才使魔术墨水变色，那么遇到别的物质就不会变色？
方法：
找一些物品<各种的纸张及棉布、金属、玻璃），将魔术墨水滴上去，观察其颜色变化并记录。
结果如下表
物品名称
变化情形
打印纸
形成水珠，18分后颜色消失。
滤纸
立刻扩散，48秒后颜色消失。
卫生纸
立刻扩散，52秒后颜色消失。
棉布
立刻扩散，30秒后颜色消失。
铁
形成水珠，20分后颜色消失。
玻璃
形成水珠，25分后颜色消失。
发现：
魔术墨水遇到这些物质均变色，只是速度的快慢有所不同。
变色时蓝色先变淡再变无色。
魔术墨水的变色方式，可分成两种；一种是接触物质扩散后颜色约在数秒到数十秒之间变淡再消失，另一种是形成圆形水滴，颜色很慢约数十分后才消失。
吸水性强的材料如棉布，扩散较快且变色速度较快。
墨水遇到一些物质如金属、玻璃，形成水珠后外围渐渐变淡，中间部分颜色较深都需花费较多时间，约18分至25分才能变色。
变色前有刺激性的味道，变色后则无味道。
结论：
因为魔术墨水滴在所有的物质上都会变色，因此可知魔术墨水的变色不是一种和特定种类的物质起反应，而是和外界作用。
实验2：
魔术墨水的颜色消失是一种挥发的现象吗？
实验动机：
猜想魔术墨水是不是涂在纸上，有颜色、有味道的东西沸点较低，而离开物质表面。
方法：
利用抽气的方法，将沸点较低的物质抽离。
结果：
剩下的液体仍然为蓝色，涂在纸上依旧颜色可消失。
结论：
魔术墨水的变色不是一种东西挥发的现象，而可能是一种反应，也就是一种反应后变无色的效果。
猜想：
造成魔术墨水变色，应是外界共同的因素所影响；有阳光、温度和空气。
实验3：
温度对魔术墨水变色的影响？
实验动机：
魔术墨水放在瓶里，温度较低。
一打开接触到外界，温度变高，或是接触到外界的物质温度变高。
方法：
在3个载玻片上各滴一滴墨水，分别放在常温25℃下、80℃热水上及0℃冰块上，观察其变色的情形有何不同。
结果：
温度
变化情况
0℃
60分钟转为无色
25℃
25分钟转为无色
80℃
6分钟转为无色
发现：
温度高的变色速度较快。
问题：
若没有光线、空气的情形下，温度对魔术墨水的影响为何。
方法：
将魔术墨水吸进三支小吸管里，将两头用蜡密封，以防止空气进入。
将此三支小吸管分别放进温度0℃、25℃、80℃的恒温箱中，隔绝阳光，再观察其变化。
结果：
温度
变化情形
0℃
不变色
25℃
不变色
80℃
不变色
发现：
三支小试管均不变色。
结论：
温度高可使变色较快，但是温度并不是魔术墨水变色的主要原因。
实验4：
是光线造成魔术墨水变色吗？
实验动机：
阳光中紫外线经常造成衣服褪色，因此魔术墨水可能受到阳光的照射而变色。
方法：
把魔术墨水放在两个培养皿中，一个用黑色布包住，另一个不包住，同时放在太阳下，比较其结果。
结果：
两者皆会变色。
结论：
光线不是造成魔术墨水变色的原因。
实验5：
空气是不是造成魔术墨水变色的原因？
方法：
将魔术墨水放在三个小吸管中，一个用蜡隔绝空气，另一个暴露于空气中，比较其结果。
结果：
墨水状态
变化情形
隔绝空气
不变色
暴露于空气中
25分钟后变无色
发现：
空气可以使魔术墨水变色的主要关键。
问题：
空气是一种混合物，空气中的什么成分造成魔术墨水变色？
是氮气？
还是氧气或是二氧化碳？
实验6：
是空气中的什么成份使魔术墨水变色？
方法：
将魔术墨水滴一滴放置于充满氮气、氧气、二氧化碳的塑胶袋中观察其变化。
结果：
气体种类
反应情形
氮气
颜色无改变
氧气
颜色无改变
二氧化碳
15秒后变无色
结论：
空气中的二氧化碳是魔术墨水变色的主要原因。
猜想：
二氧化碳遇到魔术墨水可产生碳酸，是不是魔术墨水遇到酸性溶液即可变色。
实验7：
魔术墨水和酸碱溶液的作用为何？
动机：
魔术墨水是不是遇到酸性溶液变无色，遇到碱性溶液不变色。
方法<1）：
取硼酸、柠檬酸、盐酸、醋酸先用酸碱指示纸测其pH值再加入魔术墨水观察其变化。
方法<2）：
以氢氧化钠、小苏打、肥皂水碳酸钠水溶液先用酸碱指示纸测其pH值再加入魔术墨水观察其变化。
结果<1）：
溶液名称
pH值
颜色
硼酸
4～5
立刻变无色
柠檬酸
2～3
立刻变无色
盐酸
0～1
立刻变无色
醋酸
2～3
立刻变无色
结果<2）：
溶液名称
pH值
颜色
氢氧化钠水溶液
12～13
不变色
小苏打水溶液
8
变无色
肥皂水
9～10
变浅蓝色
氨水
12
不变色
发现：
魔术墨水加入酸性溶液后立刻变成无色；魔术墨水遇到强碱不变色，遇到弱碱变无色。
问题：
变成无色的溶液遇到碱是否可再变回蓝色？
方法：
将变成无色的溶液滴入氢氧化钠观察其变化。
发现：
变无色的魔术墨水可经由加入适量的碱性溶液而变回蓝色。
结论：
魔术墨水的变色是一种可逆进行的酸碱反应。
二、探讨魔术墨水的组成
实验1：
魔术墨水含有哪一种指示剂？
方法<1）：
取5㏄的魔术墨水先用pH测量仪测试魔术墨水的pH值。
取魔术墨水5㏄，每次加水2㏄，等它变成浅蓝色再测pH值，再变成无色后再测无色溶液的pH值。
结果：
溶液颜色
加水量
pH值
深蓝色
0㏄
11.6
浅蓝色
6㏄
10.8
无色
34㏄
9.6
发现：
<1）pH值越高，魔术墨水的蓝色越深。
<2）魔术墨水变色的范围约在10～9.6之间。
结论：
魔术墨水含有指示剂成分，变色点在9.6～10之间。
查资料而知：
变色的pH值在9.6～10之间的指示剂可能为百里酚酞溶液。
实验2：
百里酚酞的性质是什么？
方法：
<1）观察百里酚酞的颜色、外观及气味。
<2）以微量的百里酚酞分别用20cc的水、酒精、氢氧化钠水溶液加入搅拌，观察它的变化。
结果：
<1）百里酚酞的颜色为淡灰蓝、粉末状无味的物质。
<2）如下表
溶剂名称
溶解情形
水
不溶解，许多白色颗粒飘浮在水上
酒精
可以溶解，形成无色溶液
氢氧化钠水溶液
溶解情形不大好，溶液呈淡蓝色。
猜想：
魔术墨水是把百里酚酞溶解在酒精中，再加入氢氧化钠水溶液。
验证：
配制pH值10、11、12、13、14的标准碱性溶液，比较百里酚酞在各种pH值下的颜色及加入1cc的酒精作用后的差别。
发现：
加入酒精后溶解情形更好，溶液的颜色更蓝更鲜艳，也比较少有沉淀。
实验3：
魔术墨水的pH值要调整到多少最理想？
动机：
既然百里酚酞可在强碱性溶液下形成蓝色溶液，为什么厂商所制造出的魔术墨水pH值为11.6？
方法：
配制pH值10、11、12、13、14的标准碱性溶液，分别加入百里酚酞的酒精溶液，比较百里酚酞在各种pH值下的颜色及和纸张作用的情形。
pH值
呈现的颜色
和纸张作用的情形
10
无色
无色
11
淡蓝色
立刻变无色
12
蓝色
3秒后变无色
13
深蓝色
5分钟后变色
14
深蓝色
不变色
发现：
用pH值12的氢氧化钠水溶液，变色的效果、时间及安全性都最理想。
综合以上的实验结果，得到的结论是：
魔术墨水的颜色消失是一种反应，不是挥发的结果。
魔术墨水的成分是百里酚酞加入pH值为12的氢氧化钠水溶液，再加入适量的溶剂<酒精）而形成。
空气中的二氧化碳和魔术墨水中的氢氧化钠反应，使pH值降低，是魔术墨水变无色的原因。
魔术墨水变色原理是酸碱指示剂原理，因此变成无色的水溶液或纸张可经由加入适量的强碱使它变回蓝色。
三、魔术墨水显现案件一例
在对魔术墨水进行实验研究之后，笔者恰巧遇到了一起有关魔术墨水的案件。
1、简要案情
2018年4月6日，李某某到公安机关报案称，由于经济往来，4月2日11时左右，其战友江某给他打了一张收条，他拿到后就放在了自己包里，大约下午3点拿出来看时发现收条上的字迹已经褪去，收条变成了白条!
2、检验情况
观察发现，检材为一张20.0㎝×12.9㎝，从笔记本上撕下的横格纸，测光观察可以看到字迹。
将检材放入文件视频仪下观察，当入射光波长为254nm时，可以看到压痕处有浅淡字迹显现，说明检材纸张上压痕处有物质附着。
用棉签蘸取1mol/L的NaOH溶液，涂抹纸张后，收条上的字迹清晰的显现了出来。
检材<显现前）
检材<显现后）
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