Investigating the breakdown of powdered eggshells upon the addition of different concentrations of sugar
solutions, and Escherichia coli.
这份文档是一篇关于研究不同浓度糖溶液对粉末状蛋壳质量变化影响的实验报告，属于国际文凭课程（IB）的内部评估（Internal Assessment, IA）。实验通过模拟牙釉质侵蚀，探讨糖溶液与大肠杆菌（E. coli）产生的乳酸如何分解蛋壳（代表牙釉质）。以下是文档的主要内容概述： 研究问题- 研究问题：不同浓度糖溶液（10%、25%、40%、55%、70%）如何通过0.46g大肠杆菌（K-12株）在24小时内产生的乳酸，影响2g粉末状蛋壳的质量变化（g）？
引言与目的- 背景：作者观察到同学在IB压力下常饮含糖饮料，全球含糖饮料消费增加导致牙釉质侵蚀加剧，但青少年对其原因了解不足。
- 目的：深入探究含糖饮料如何通过糖浓度影响牙釉质侵蚀，蛋壳作为牙釉质的模拟物。
- 意义：揭示糖浓度与牙釉质损耗的关系，提升公众对牙齿健康的认识。
背景信息- 牙釉质：人体最硬物质，由羟基磷灰石（钙磷酸盐）构成，保护牙本质和牙髓。牙釉质经历去矿化（失重）和再矿化（修复）的自然循环，酸性物质过多时再矿化受阻，导致侵蚀。
- 大肠杆菌（E. coli）：存在于口腔和肠道，通过摄取葡萄糖产生乳酸，乳酸与钙化合物（如蛋壳中的碳酸钙）反应生成乳酸钙，导致去矿化。
- 蛋壳与牙釉质：两者均含钙化合物（蛋壳为碳酸钙，牙釉质为磷酸钙），化学性质相似，可用蛋壳模拟牙釉质。
- 初步测试：比较酸奶（含乳酸菌）和E. coli的效果，发现E. coli在24小时内使蛋壳质量减少更多（0.91g vs 0.10g），故选用E. coli。
实验设计- 变量：
- 自变量：糖溶液浓度（10%、25%、40%、55%、70%）。
- 因变量：蛋壳质量变化（g），通过质量平衡器测量孵育前后差异。
- 控制变量：E. coli质量（0.46g）、蛋壳质量（2g）、孵育时间（24小时）、温度（30°C）。
- 方法：
- 实验组：E. coli + 糖溶液 + 蛋壳。
- 对照组：E. coli + 糖溶液（无蛋壳），排除细菌繁殖引起的质量增加。
- 计算：实验组质量变化 - 对照组质量变化 = 蛋壳真实质量变化。
- 材料：琼脂培养皿、蛋壳、糖（蔗糖）、E. coli K-12株、质量平衡器等。
- 步骤：研磨蛋壳，配制糖溶液，接种E. coli，孵育24小时后测量质量变化。
安全与伦理- 安全：处理E. coli和乳酸需戴手套、护目镜，避免病原传播；注意本生灯和玻璃器皿安全。
- 环境：50个培养皿需高压灭菌后处理，避免塑料污染。
结果- 定性观察：E. coli形成菌落，部分培养皿有真菌污染和冷凝水，表明可能存在外部干扰。
- 原始数据：质量变化（g）在各浓度下波动，10%和25%有异常值（质量增加），可能因E. coli繁殖或污染。
- 处理数据：
- 平均质量变化：10%（-1.13g）至70%（-1.78g），随浓度增加质量减少。
- 标准偏差：10%最高（0.37），40%最低（0.03），表明低浓度数据变异大。
- 图表：线性趋势显示质量随糖浓度增加而减少（斜率-0.0091）。
- 统计分析：皮尔逊相关系数（r = -0.876），表明糖浓度与质量减少呈强负相关。
文献比较- 文献值：10%糖饮料（如红牛）使牛牙釉质减少0.0192g，本实验10%减少1.13g，百分比差异5.81%，可能因饮料其他成分影响。
结论- 结论：糖浓度增加导致蛋壳质量减少，70%浓度下减少最多（0.65g比10%多），支持研究问题假设。趋势线可预测不同浓度影响。
- 意义：揭示含糖饮料对牙釉质的潜在损害。
优势与不足- 优势：设备严格灭菌，减少污染；使用低不确定度仪器；控制变量一致。
- 不足：
- 糖溶液残留引入系统误差。
- 琼脂量不均导致随机误差。
- 质量平衡器精度有限（±0.01g）。
- 10%浓度标准偏差高，可能因E. coli活性或污染。
未来研究- 改进方法：用人类牙齿代替蛋壳，使用扫描电子显微镜观察去矿化，或表面轮廓仪测量牙釉质密度，提供更准确的定性和定量数据。
参考文献这份报告结合个人观察与科学探究，模拟牙釉质侵蚀，验证了糖浓度对钙化合物的分解效应，并提出改进方向。
文档链接地址： https://www.studyokk.com/doc-view-2312html
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