第七章气体检测技术张静

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1、第七章第七章 气体检测技术气体检测技术 利用物质在生化反应或化学反应中放出或吸收利用物质在生化反应或化学反应中放出或吸收气体的性质，通过测量气体量的变化而对物质进气体的性质，通过测量气体量的变化而对物质进行定性定量分析的技术。行定性定量分析的技术。 广泛应用于细胞呼吸、酶反应动力学、氧化还广泛应用于细胞呼吸、酶反应动力学、氧化还原反应以及氨基酸、酮酸、尿素等的测定。原反应以及氨基酸、酮酸、尿素等的测定。 检测的气体主要有氧气、二氧化碳、氮气。检测的气体主要有氧气、二氧化碳、氮气。 常用仪器：华勃氏呼吸仪、范常用仪器：华勃氏呼吸仪、范斯莱克检测仪斯莱克检测仪第一节第一节 华勃氏呼吸仪检压法华勃氏

2、呼吸仪检压法原理原理恒温恒容的密闭系统中，利用气体压力的变化恒温恒容的密闭系统中，利用气体压力的变化而测定气体变化量的方法。而测定气体变化量的方法。pV=nRTn=pV/(RT)=kpP气体压强，用布氏液柱高度气体压强，用布氏液柱高度h(mm)表表示。示。1标准大气压标准大气压10000mm布氏液柱。布氏液柱。标准状态下气体的体积变化标准状态下气体的体积变化X=khK为反应瓶常数为反应瓶常数V -密闭反应系统总体积，密闭反应系统总体积，l；Vf -反应瓶中液体体积，反应瓶中液体体积， l；t - 反应温度，反应温度，；-标准大气压标准大气压P P0 0下，该气体的溶解度（毫升气体下，该气体的溶

3、解度（毫升气体/ /毫升液体）毫升液体） 可查表得到；可查表得到；0273273)(pVftVVkf主要部分为主要部分为1个带有主室（个带有主室（A）和侧室（和侧室（B）的反应瓶以及和）的反应瓶以及和它相连的检压管。它相连的检压管。检压管固定在金属板上，金属检压管固定在金属板上，金属板则夹在振荡器上。反应瓶可板则夹在振荡器上。反应瓶可浸没在恒温水浴中，检压管的浸没在恒温水浴中，检压管的底端套有一段橡皮管，橡皮管底端套有一段橡皮管，橡皮管的另一端用玻璃珠塞住。橡皮管和检压管的下半部充满的另一端用玻璃珠塞住。橡皮管和检压管的下半部充满比重为比重为1.0366的布氏检压液作为检压计的液柱，液柱的高低

4、的布氏检压液作为检压计的液柱，液柱的高低可通过压在橡皮管上的螺旋压板（可通过压在橡皮管上的螺旋压板（C）来调节。）来调节。检压管有三个口，一个侧向向下，可与反应瓶连接；另一个检压管有三个口，一个侧向向下，可与反应瓶连接；另一个与反应瓶同侧的上端开口装有三通活塞，关闭三通活塞时，与反应瓶同侧的上端开口装有三通活塞，关闭三通活塞时，从反应瓶到检测液液面之间形成密闭系统；另一侧上端开口，从反应瓶到检测液液面之间形成密闭系统；另一侧上端开口，与大气相通。与大气相通。1 氧气吸收量测定氧气吸收量测定1）反应系统总体积反应系统总体积V的测量的测量：一般采用：一般采用重量法重量法进行测量。进行测量。即在一定

5、温度下，将纯净的即在一定温度下，将纯净的水银水银充满到配套的反应瓶充满到配套的反应瓶和检压管的某一刻度之间的全部空间。然后称取水银和检压管的某一刻度之间的全部空间。然后称取水银重量，根据水银在该温度下的密度换算出体积。重量，根据水银在该温度下的密度换算出体积。2）布氏检压液的配制布氏检压液的配制：胆酸钠：胆酸钠5g,NaCl23g,溶解后混合溶解后混合调整比重为调整比重为1.033。配好后，每。配好后，每500ml加加0.1g 伊文氏伊文氏蓝。蓝。3）加样品加样品：将反应瓶洗净干燥，调节好恒温水浴温度，：将反应瓶洗净干燥，调节好恒温水浴温度，将样品加在反应瓶中，将样品加在反应瓶中，反应液反应液

6、加在反应瓶的加在反应瓶的侧管侧管中。中。若反应在吸收氧气的同时还有若反应在吸收氧气的同时还有二氧化碳放出二氧化碳放出，可加少，可加少量量饱和饱和KOH溶液溶液与反应瓶的中央小杯。各反应瓶所加与反应瓶的中央小杯。各反应瓶所加的各种液体体积必须相同，然后将反应瓶与检压管紧的各种液体体积必须相同，然后将反应瓶与检压管紧密连接，扣好弹簧或橡皮筋，使之密连接，扣好弹簧或橡皮筋，使之密封密封后把检压仪装后把检压仪装好，反应瓶全部浸入在恒温水浴中。关闭三通活塞，好，反应瓶全部浸入在恒温水浴中。关闭三通活塞，启动振荡器，振荡启动振荡器，振荡5-10min ,使反应瓶内外温度一致。使反应瓶内外温度一致。然后打开

7、三通活塞使检压管压力平衡。然后打开三通活塞使检压管压力平衡。 另外，一个反应瓶作为另外，一个反应瓶作为对照管对照管的温压瓶，温压瓶装等的温压瓶，温压瓶装等体积的蒸馏水代替样品液和反应液，用于校正气压的变体积的蒸馏水代替样品液和反应液，用于校正气压的变化和水槽中温度的变化。在计算时应将样品测定值加上化和水槽中温度的变化。在计算时应将样品测定值加上或减去空白测定值。或减去空白测定值。4）测定测定：在反应瓶的压力和温度达到平衡后，关闭三：在反应瓶的压力和温度达到平衡后，关闭三通活塞，调节通活塞，调节施压板施压板使检压液柱的高度调节到测反应系使检压液柱的高度调节到测反应系统总体积时的统总体积时的标准点

8、标准点（如：（如：150nm处），记录检压管开处），记录检压管开口一侧的检压液高度，迅速将指管中的反应液全部倾入口一侧的检压液高度，迅速将指管中的反应液全部倾入反应瓶中，放回恒温水槽，继续振荡。每隔一段时间，反应瓶中，放回恒温水槽，继续振荡。每隔一段时间，记录检压管记录检压管开口一侧的检压液高度开口一侧的检压液高度（密闭一侧的液柱应（密闭一侧的液柱应调回到标准点）调回到标准点）5）计算计算：首先根据反应系统总体积（：首先根据反应系统总体积（V）、反应瓶内液）、反应瓶内液体总体积（体总体积（Vf）、反应温度）、反应温度t及查表得到的气体溶解度及查表得到的气体溶解度，计算反应常数计算反应常数k。

9、273K= (V-Vf)273+t +Vf P0 再根据测得的压力变化值再根据测得的压力变化值h，计算出标准状态下气体体积的，计算出标准状态下气体体积的变化值变化值X，X=kh 若要计算反应物的量，若要计算反应物的量，n=X22.4106，可得到气体的，可得到气体的摩尔数，再根据反应方程式计算反应物的量。摩尔数，再根据反应方程式计算反应物的量。2 二氧化碳放出量的测定二氧化碳放出量的测定许多生化反应和化学反应都放出二氧化碳，可用华勃氏呼吸仪测定许多生化反应和化学反应都放出二氧化碳，可用华勃氏呼吸仪测定丙酮酸脱羧：丙酮酸脱羧：CH3COOH 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶 CH3CHO+CO2尿素水解

10、：尿素水解： NH2 C = O +H2O 脲酶脲酶 2NH4+ +CO2 NH2 二氧化碳放出量的测定与氧吸收量的测定方法大致相同。二氧化碳放出量的测定与氧吸收量的测定方法大致相同。只是前者反应后压力升高，后者压力降低。只是前者反应后压力升高，后者压力降低。 若反应在放出若反应在放出CO2的同时又吸收的同时又吸收O2，则可用，则可用2套测压计，套测压计，一套的反应瓶中央加一套的反应瓶中央加KOH测出氧气的吸收量；一套不加测出氧气的吸收量；一套不加KOH测出的数值为测出的数值为CO2放出量与氧气吸收量之差值。放出量与氧气吸收量之差值。 将此差值加上氧气吸收量即为将此差值加上氧气吸收量即为CO2

11、放出量。放出量。XCO2=h1kCO2+h2kO2 XCO2 二氧化碳放出量二氧化碳放出量 kCO2 测定测定CO2的反应瓶常数的反应瓶常数 h1 无加无加KOH的检测计测出的压力差的检测计测出的压力差 h2 加进加进KOH的检测计测出的压力差的检测计测出的压力差 kO2 测定测定CO2的反应瓶常数的反应瓶常数第二节范第二节范斯莱克检测仪测定斯莱克检测仪测定-氨基酸氨基酸 范范.斯莱克检测仪装置主要由反应器、量气管和气体斯莱克检测仪装置主要由反应器、量气管和气体吸收瓶三部分构成。吸收瓶三部分构成。 主要用于检测主要用于检测-氨基酸与亚硝酸反应所产生的氮气，氨基酸与亚硝酸反应所产生的氮气，从而计

12、算氨基酸的含量。从而计算氨基酸的含量。-氨基酸与亚硝酸反应生成羟基酸放出氮气氨基酸与亚硝酸反应生成羟基酸放出氮气R-CH-COOH+HNO2=R-CH-COOH+H2O+N2NH2OH亚硝酸由亚硝酸钠和冰醋酸反应生成亚硝酸由亚硝酸钠和冰醋酸反应生成 NaNO2+HAc=NaAc+HNO2亚硝酸在反应过程中容易分解成氧化氮气亚硝酸在反应过程中容易分解成氧化氮气 3HNO2=HNO3+2NO+H2O 氧化氮干扰氮气的测量，用碱性高锰酸钾完全吸收后才能氧化氮干扰氮气的测量，用碱性高锰酸钾完全吸收后才能准确测量氮的体积准确测量氮的体积 NO+3KMnO4+4KOH=KNO3+3K2MnO4+2H2O 释放的氮气，一半来自氨基酸，一半来自亚硝酸，把测得的释放的氮气，一半来自氨基酸，一半来自亚硝酸，把测得的氮气体积除氮气体积除2，再换算成标准状态下的氮的体积。因在标准状态，再换算成标准状态下的氮的体积。因在标准状态下，下，1mol气体所占体积为气体所占体积为22.4L，然后计算出氨基酸的含量。，然后计算出氨基酸的含量。 优点：重复性好，准确优点：重复性好，准确 缺点：仪器活塞较多又复杂，操作烦琐。缺点：仪器活塞较多又复杂，操作烦琐。 很少采用很少采用