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                    《科學通報》

                    開博時間:2019-09-06 16:50:00

                    《科學通報》是主要報道自然科學各學科基礎理論和應用研究方面具有創新性、高水平和重要意義的研究成果。報道及時快速,文章可讀性強,力求在比較寬泛的學術領域產生深刻影響。

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                    紫砂本不語, 科學自有聲

                    2020-12-03 13:33:00

                      茶具是茶文化的重要載體,江蘇宜興的紫砂壺是公認盛放茶水最好的容器?!犊茖W通報》 “觀點”欄目發表,千人計劃專家聯誼會青年千人專家委員會和宜興市陶瓷行業協會撰寫的“紫砂本不語, 科學自有聲——科學解讀宜興紫砂壺”一文,從現代科學的角度, 借助先進的科研設備從微觀形貌、導熱性能、微量元素、抑菌性等方面解讀其獨特性與背后的科學性。

                    紫砂

                      “開門七件事,柴米油鹽醬醋茶”。在中國茶文化中,沏出濃香純厚的好茶,不僅需要精選的茶葉,還需要使用講究的茶具。紫砂壺則是公認的沖泡茶水最好的容器,而制作紫砂壺最好的地方為江蘇宜興。墨客騷人在用典雅的紫砂壺泡茶品飲時,是“幾案有一具,生人閑遠之思”,已然超越飲茶本身。既然在文人雅客眼中的紫砂古樸純厚,不媚不俗,在科技如此發達的當下,何不借以各類先進的儀器再從科學角度一探紫砂壺的獨特之處呢?

                      2016年5月千人計劃專家聯誼會青年千人專家委員會聯合宜興市陶瓷行業協會,對宜興紫砂壺做出了科學細致的定量研究。幾位青年千人專家代表,重慶大學劉靂宇教授、中國科學院物理研究所金魁研究員、北京航空航天大學楊樹斌教授和中國科學院微生物研究所傅鈺研究員課題組分別進行了微觀形貌表征,并對熱擴散系數、元素浸出、抑菌性做了測量,通過定量化參數來科學解讀紫砂壺提攜不燙手、泡茶不走味、貯茶不變色、盛暑不易餿的真正原因。

                      研究人員用掃描電子顯微鏡(簡稱掃描電鏡或SEM)對所收集的三種紫砂陶片(圖 1)微觀形貌進行了表征。在掃描電鏡下,三種樣品均呈現多孔結構,這種獨特的結構使得紫砂器具有良好的透氣性,從而使紫砂壺沏茶不失原味,且香氣四溢而不渙散,得茶之真味真香。通過德國Linseis LFA1000激光導熱儀測量樣品的熱擴散系數,發現隨著溫度的增加,所有樣品的熱擴散系數卻是逐漸降低,因此紫砂壺在注入沸水時不會炸裂,注入沸水后提攜撫拿而不燙手。

                      1 實驗所測試的紫砂陶片樣品。(a)~(c) 3種樣品分別為不同紫砂陶原料制成的前體;(d) 鈉、鎂、鈣、硅含量的時間變化曲線,左上小圖為實驗所用紫砂茶杯;(e)鉀元素含量的時間變化曲線,左上小圖為實驗樣本

                      研究人員還利用電感耦合等離子光譜發生儀(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer)測量了紫砂茶杯浸泡過的超純水中礦物元素含量(圖1(d),(e)所示)。與玻璃試劑瓶相比,紫砂茶杯浸泡后有鈣(Ca)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈉(Na)、硅(Si)5種礦物元素浸出,與市面上銷售的礦泉水成分類似可見紫砂壺可以一定程度上改變水質,提升水中礦物質含量。眾所周知,紫砂制品主要成分赤鐵礦中鐵、錳含量較高,但是在試驗中沒有發現鐵、錳離子的浸出,這可能因為鐵、錳化合物在常溫常壓條件下很穩定,難以通過浸泡的方式以離子形式游離。同時實驗發現即使是經過了27天的浸泡,也未在紫砂制品所盛的水中檢測出對人體健康有害的重金屬元素,如鎘(Cd)、汞(Hg)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋇(Ba)、鉛(Pb)等。這表明用紫砂制品泡茶,并不會因紫砂本身產生重金屬污染。

                      對于紫砂壺的抑菌性,研究人員也做了一些探討。實驗結果顯示紫砂陶片對水的酸堿性改變不大,因此不能通過大幅改變水的酸堿性來抑制某些細菌的生長。采用大腸桿菌(DH5α)菌株,浸泡過紫砂陶的蒸餾水(浸泡24 h)及紫砂陶片本身都沒有形成抑菌圈,這些實驗結果暗示紫砂壺沏茶后茶水不餿可能并不是由于紫砂本身含有殺菌或者抑菌的物質,而是得益于紫砂壺特殊的材質和自身結構。掃描電鏡的結果證明紫砂為多孔性材質,氣孔細微并且密度高,因此具有很好的透氣性,此種結構有助于保證壺水中的氧分子濃度維持在一個較高的范圍,不利于厭氧微生物的活動。另外,紫砂壺口蓋設計精巧,壺蓋與口之間“縫無紙發之隙”; 紫砂壺通常嘴小,且壺嘴流出口成一定斜角,大大降低了空氣中微生物進入壺中的機會,加之倒入壺中的水為殺死微生物的沸水,因此微生物在壺內發酵的機會大大降低,所以成就了紫砂壺泡香茗“盛暑越宿不餿”“不奪茶味”的美譽。

                      此次研究通過科學測量來解讀紫砂,揭示了紫砂壺眾多優良特性的科學緣由,也打破了之前公眾及媒體宣傳中對紫砂制品的多種誤解。紫砂壺不僅代表了一種文化,其完美的結構設計巧妙合理又增添壺型之美,高精度的制作工藝體現了制陶者的智慧,也展示了深刻的科學性,可謂巧奪天工。

                    本文來自《科學通報》

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