1、 现代生命科学实验指导1实验一 现代工业用纯净水的制备及检测一、实验目的1.了解水中含有的常见杂质离子及杂质对水质的影响。2.掌握离子交换法去除常见离子的原理、方法及水质检测方法。3.学会采用 DDS-12 型数字电导仪检测水质的方法。二、实验原理水中常见的离子有 Ca2+、Mg 2+、Fe 3+、Cl -、SO 42-、Na +等，另外还会有一些微量元素。（1）离子交换树脂的离子交换原理用离子交换树脂可以将水中各种杂质离子全部除去，从而得到除去各种离子的去离子水。离子交换树脂是一种带有可交换离子的高分子化合物，它分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。能交换阳离子的树脂叫阳离子交换树脂，例如磺酸
2、型阳离子交换树脂 RSO3-H+（R 代表树脂的骨架） 。能交换阴离子的树脂叫阴离子交换树脂，例如 RN（CH 3） 3+OH-。树脂中H+与 OH-都是可交换离子。待净化的水流经离子交换树脂层时，水中的阳（2）离子如 K+、Na +、Ca 2+、Mg 2+被树脂吸附RSO3- H+ Na+RSO 3- Na+H +树脂上可交换的阳离子 H+进入水中，当水经过阳离子交换树脂层进入阴离子交换树脂层时，水中的阴离子如 SO42-、Cl -、HCO 3-等被阴离子交换树脂吸附：R-N（CH 3） 3+OH- Cl-R-N（CH 3） 3+Cl-OH -树脂上可交换的 OH-离子进入水中，并与水中的
3、H+结合成水。把几个阳阴离子交换柱串连起来或采用混合离子交换柱处理，可以得到较纯净的水。离子交换树脂使用一段时间后，由于水中溶解的离子已将其饱和，便失去交换能力，必须进行处理，使它再生。再生是用一定浓度的酸碱溶液浸泡，现代生命科学实验指导2分别将树脂所吸附的阳、阴离子置换出来，使树脂重新获得交换能力。实际上，再生反应是交换反应的逆过程。对于溶液而言，电导率是不同电解质溶液导电能力的表征。它表示相距1cm，面积 1cm2 两个平行电极之间溶液的电导。在实际应用中，电导率的单位 Scm-1 太大，常用 Scm -1 或 nScm-1 来表示。测量溶液电导的双电极系统称为电导池。当电导池装置一定时，
4、电导电极的截面积 A 和电极间的距离 l 是固定不变的， 为一常数，称为电导池Al常数 Q，则显然 llQK当电导池常数 Q 一定时，只要测出溶液的电导值 l，就能求出改容也得电导率 K。要对比不同物质的导电能力，直接对比实验测得的电导是没有意义的，而应该对比它们的电导率。三、实验仪器和试剂仪器：DDS12 型数字电导仪、 电导电极、 烧杯(50mL 3-5 只)，试管 8只，放水瓶，滤纸碎，广泛 pH 试纸，阳离子柱一根，阴离子柱一根，铁架台两个。试剂：HNO31moldm-3， HCl 1moldm-3 ， NaOH 1moldm-3， 2moldm-3， AgNO3 0.1moldm-3
5、，BaCl 21moldm-3， NaCI 1moldm-3。镁试剂，钙试剂（用 2moldm-3 NaOH 配制，现用现配） 。四、实验步骤水样(去离子水、蒸馏水、自来水)电导率的测定用电导率仪进行水样测量，每次测定前，都应以待测水样冲洗电导电极，现代生命科学实验指导3并用滤纸碎片吸干电极周围的水珠。注意，测量时必须将电极铂片全部浸入水样中，勿使电极引线潮湿。常见离子检验（1）Mg 2+离子的检验分别取自来水，蒸馏水和去离子水各 1mL 加入试管内，再加入 23 滴NaOH 溶液，使溶液 pH11，加镁试剂 12 滴，出现天蓝色沉淀，表明有Mg2+存在。（2）Ca 2+离子检验分别取三种水样
6、各 1mL，加入 23 滴 1moldm-3NaOH 使溶液pH12，再加入少量钙试剂。观察溶液转为红色，表明有 Ca2+存在。（3）Cl -离子检验上述三种水样各取 1mL 于三个试管内，分别加 1 滴 1moldm-3HNO 酸化，再加 1 滴 AgNO3 溶液。若有白色沉淀出现，则表明有 Cl-存在。（4）SO 42-离子的检验取上述三种水样 1mL 于三个试管内，分别加 12 滴 HCl，再加 2 滴BaCl2 。若有白色沉淀出现，则表明有 SO42-存在。（5）去离子水制备取自来水各 50mL，分别加入阳离子柱及阴离子柱，以每分钟 3060 滴的速度流经离子交换柱，收集通过交换柱的去
7、离子水（收集时一定要用去离子水冲洗干净所用烧杯） 。用上述离子检验方法和测定电导率的两种方法检测。现代生命科学实验指导4水样中离子的检出结果水样检出离子去离子水 蒸馏水 自来水Cl-Mg2+SO42-Ca2+阳离子柱电导率（ Scm -1）阴离子柱电导率（Scm -1）五、预习要求1. 预习写好检验 Ca2+、Mg 2+、CI -、SO 42- 4 种离子的操作步骤和鉴别方方法。2. 预习并掌握阴阳离子交换过程的原理和方法3. 预习 测定水样电导率的操作步骤及电导率仪的使用方法。六、实验报告的要求1. 实验报告中应说明离子检验过程你所采用的鉴定方法、步骤，并以表格方式列出。2. 应说明离子交换
8、过程中的反应方程式及你所采用的方法、步骤。3. 通过水样的电导率的测定，比较并讨论自来水、蒸馏水、去离子水的水质情况。4. 讨论工业去离子水的生产方法。现代生命科学实验指导5附：工业纯净水制备过程简图自来水箱 水泵 阳离子柱 阴离子柱 软化水箱现代生命科学实验指导6实验二 蛋白质的分离与提取 一、实验目的1. 学习蛋白质的两性解离性质。2. 学习从牛奶中制备酪蛋白的方法。3. 掌握等电点沉淀提取蛋白质的方法。二、实验原理蛋白质是生物体的重要组分，大多数细胞中，蛋白质占细胞干物质的90以上。蛋白质是生命活动的物质基础，其种类繁多，功能多样。生物体内的新陈代谢活动都是在各种特殊蛋白质酶的催化下实现
9、的，调节新陈代谢过程的一些激素，防御细菌、病毒侵袭的抗体以及与遗传调控有关的核糖体也都是蛋白质及其衍生物；构成生命现象的各种活动，如呼吸、运动、养分的输送、神经传导和记忆思维，均通过蛋白质来实现。蛋白质和氨基酸一样是两性电解质，在溶液中存在下列平衡： NH3+ -H+ NH3+ -H+ NH2P P PCOOH +H+ COO- +H+ COO-正离子 两性离子 负离子（pHpI）蛋白质分子的解离状态和解离程度，受溶液的酸碱度影响。调节蛋白质溶液的 pH，可使蛋白质带正电或负电荷；当溶液的 pH 达到一定数值时，蛋白质分子上的正负电荷数目相等，蛋白质以两性离子形式存在，在电场中既不向负极也不向
10、正极移动，此时溶液的 pH 称为该蛋白质的等电点（pI） 。在等电点 pH 条件下，蛋白质分子的净电荷为零，没有同种电荷的排斥，所以易聚集沉淀，溶解度最小。根据这一原理，将溶液的 pH 调到所要提取的蛋白质的等电点处，蛋白质即产生沉淀。现代生命科学实验指导7本实验以牛乳为材料，提取牛乳中所含的主要蛋白质酪蛋白。酪蛋白是一些含磷蛋白质的混合物，在牛乳中的含量约 35gcm-3，其等电点为 4.7。根据等电点法沉淀的原理，将牛乳的 pH 调至 4.7 时，酪蛋白就被沉淀出来。用乙醇洗涤沉淀物，除去脂类杂质后便可得到较纯的酪蛋白。根据蛋白质的理化性质，可用适当的方法使蛋白质从溶液中分离出来。常用的分
11、离方法还有：(1) 盐析法在蛋白质抽提液中加中性盐（如(NH 4)2S04，也有用 Na2S04 或MgSO4）的至半饱和，中性盐夺取与蛋白质结合的水分子，从而破坏蛋白质胶态溶液的稳定性而使蛋白质沉淀。(2) 酸沉淀法加酸可使蛋白质达到其等电点，溶解度下降而沉淀。加热加速沉淀，浓酸可使蛋白质成为不溶性蛋白质而沉淀。(3) 有机溶剂沉淀法用酒精或丙酮沉淀蛋白质，因酒精、丙酮和水有较强的作用，破坏蛋白质胶粒的水化层而使蛋白质沉淀。三、实验仪器与试剂器材：离心机、离心管、精密 pH 试纸或酸度计、恒温水浴或电炉 100温度计、抽滤装置、电子天平及托盘天平、烧杯、量筒、吸管和表面皿。试剂：95乙醇，无
12、水乙醇，0.2moldm -3 醋酸醋酸钠缓冲液（pH=4.6 ） 。材料：纯鲜牛奶四、实验操作1酪蛋白的提取现代生命科学实验指导8（1）量取 10mL pH4.6 的醋酸醋酸钠缓冲液，分别放入两支试管中并加热到 40，在不断搅拌条件下分别将 10 mL 牛奶慢慢加入其中。用 pH试纸或酸度计检验，混合物的最终 pH 应是 4.7 左右。（2）将上述悬浮液冷却至室温，离心 5 min(5 000rmin)。弃去上清液，得酪蛋白粗制品。（3）用水洗涤沉淀除去水溶性杂质，离心 5 min(5 000rmin)，弃去上清液。重复三遍。（4）向两支试管的沉淀中各加入 10mL 95乙醇，搅拌片刻，将全
13、部悬浊液转移至布氏漏斗中抽滤，除去脂类杂质。（5）用无水乙醇洗涤沉淀 2 次，抽干。（6）将沉淀摊开在表面皿上，风干，得酪蛋白纯品。（7）准确称量酪蛋白重量，计算酪蛋白含量和得率。2计算（1）含量计算酪蛋白含量（g / 100 mL）= 乳（2）得率计算酪蛋白得率（%）= 100%乳注：牛乳中酪蛋白的理论含量为 3.5 g100 mL。五、思考题1夏天，鲜牛奶如果不煮沸，放置在室温下，就变成酸味，同时有絮状的白色物出现或沉淀，这是什么原因?2高浓度的(NH 4)2SO4 对蛋白质溶解度有何影响，为什么?3做好本实验的关键是什么?现代生命科学实验指导9实验三 生物样品中铁含量的测定一、实验目的1
14、.了解分光光度法测铁的原理和方法。2. 基本掌握分光光度计的基本构造和操作方法。二、实验原理铁虽然是人体必需的微量元素，人体内以红细胞中的血红蛋白内含量最多，占总量的 65-70%。其次是肌肉里的肌红蛋白，占总铁量 5%。铁在这些组织中，参与人体最重要的生命物质-氧气的转运、交换和组织呼吸。还有很少量的铁（占总量 0.2%）,参与体内酶系统的合成。这些酶，尤其是细胞色素酶、过氧化氢酶等，共有 40 余种，在人体新陈代谢、脑组织活动、体力活动能力、保障身体抗病能力等方面，起着重要作用。人体内还有约 25-30%的铁储存在肝脏、脾脏和骨髓中，随时“听候调遗”，维持体内铁的平衡。各种食品铁含量有很大
15、差异，各种营养物质之间相互作用，促进和阻碍铁元素的摄入，人们在使用时应注意合理搭配，保持健康饮食。食品在生产、贮存和运输过程中常常由于污染了大量的铁而产生金属味，色泽加深和食品中维生素分解等。所以，食品中铁的测定不但具有营养学的意义，还可鉴别食品的铁质污染。铁含量的测定通常用分光光度法。有色物质对不同波长的入射光线有不同程度的吸收。分光光度法就是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。1朗伯比尔定律当一束具有一定波长的单色光通过有色物质溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。假定该入射光强度为 I 入 ，吸收光强度为 I 吸 ，透过光强度为 I 透 ，反射光强度
16、为 I 反 则有现代生命科学实验指导10I 入 =I 吸 +I 透 +I 反在分光光度法中，通常将试液和空白溶液分别置于同样质料和厚度的吸收池中，然后让强度 I 入 的单色光分别通过这两个吸收池，再测量其透过光的强度。此时，反射光强度基本不变，且其影响可以相互抵消，故上式可以简化为： I 入 =I 吸 +I 透I 入 I 透显然，当入射光 I 入 一定时，吸光强度 I 吸 越大，透射光的强度 I 透 就越小，把透射光的强度 I 透 与入射光的强度 I 入 之比，称为透光率或透光度，用 表示： 入透IT溶液的透光率愈大，表示它对光的吸收愈小；相反，透光率愈小，表示它对光的吸收愈大。实践证明，溶液
17、对光的吸收，与溶液浓度、液层厚度及入射光波长等因素有关。如果保持入射光波长不变，则溶液的吸收程度只与溶液浓度和液层厚度有关。朗伯(hamber)和比耳(Beer)分别于 1760 年和1852 年研究了光的吸收与溶液液层的厚度及溶液浓度的定量关系，其数学表达式为： kbcITA透入lg式中 T 透光度；A 吸光度； c 溶液浓度（moldm -3） ；K 摩尔吸光系数，其单位为 dm3mol-1cm-1； 现代生命科学实验指导11b 液层厚度(比色皿厚度)。由上式可知，对于同一溶液，如果入射光的波长、比色皿(厚度)均一定，那么吸光度 A 只与溶液浓度 c 成正比。本实验使用分光光度计，先测定一
18、系列浓度已知的标准铁溶液的吸光度值，根据朗伯比尔定律，建立吸光度值 A 与浓度 c 的线性回归方程，绘制出标准曲线，然后在相同条件下测出未知铁样品的吸光度值 A 未知 ，根据线性回归方程或标准曲线，测出未知试样的浓度值。2铁的测定原理铁的吸光光度分析法所用的显色剂较多，其中邻二氮菲(o-ph)是测定微量铁的较好试剂，其灵敏度高，稳定性好，干扰容易消除，是目前普遍采用的一种方法，其测定范围为 0.250.5gmL -1。在 pH29 的溶液中，试剂与 Fe2+生成稳定的橘红色配合物，其 lgK稳 21.3， 摩尔吸光系数 508nm = 1.11104，其反应式如下：N N32+FeFe2+（橘
19、红色）橘红色配合物的最大吸收峰在 510nm 波长处。当铁为 +3 价时，可用盐酸羟胺还原：2Fe3+ + 2NH2OH HCl = 2Fe2+ + N2 + 2H2O + 2 Cl-本方法的选择性很高，相当于含铁量 40 倍的Sn2+、Al 3+、 Ca2+、Mg 2+、Zn 2+、SiO 32-，20 倍 Cr3+、Mn 2+、V (V)、PO 43-，5倍 Co2+、Cu 2+等均不干扰测定。三、仪器与试剂仪器现代生命科学实验指导127230 型或 723 型分光光度计 1 台， 容量瓶或比色管(50mL) 5 只，微量加液器 (10mL，5mL，3mL，2mL) 4 个，烧杯 (250
20、mL) 1 只 ，(100mL) 1 只， 蒸馏水瓶 1 个。试剂铁标准溶液（0.1mgmL -1）， 邻二氮菲(0.15% 使用前配制 )，盐酸羟胺(10% 使用前配制 )，醋酸钠 ( 1.0molL-1)。 四、实验内容1测试溶液的配制 取 5 只 50mL 容量瓶，按下要求配制不同铁离子浓度的 5 种溶液，并用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，备用。所用试剂编号铁标准溶液100gmL-1盐酸羟胺10%邻二氮菲0.15%醋酸钠1.0moldm-3浓度gmL-1空白（参比）液（mL） 0.0 1.0 2.0 5.0 0测试液 1（mL） 0.2 1.0 2.0 5.0 0.4测试液 2（mL） 0.6
21、 1.0 2.0 5.0 1.2测试液 3（mL） 1.0 1.0 2.0 5.0 2.0未知测试液（mL）取 1.0未知液 1.0 2.0 5.0 x现代生命科学实验指导132吸收曲线的测定及制作为使测定灵敏、结果准确，在测定未知液前，首先应选择适宜波长的入射光。研究表明：当某种波长的光能被待测溶液最大吸收的时候，那么这种波长的光作为入射光是最适宜的，这称为“最大吸收原则” 。本实验选取 3 号标准液进行吸收曲线的测定。用 1cm 比色皿，以空白溶液作参比，在 460580nm 波长之间，每隔 10nm 测定一次吸光度。以波长为横坐标，吸光度 A 为纵坐标，绘制出吸收曲线，从而选定测量铁的最
22、适宜波长 max。3工作曲线的测定及绘制在已选定的最大吸收波长 max 下，用 1cm 比色皿，仍然以空白溶液作参比，测量各标准液(1 、2 、3 )的吸光度。以铁的浓度 CFe 为横坐标，吸光度 A 为纵坐标，绘制标准曲线，并以此建立线性回归方程。4未知液的测定在与工作曲线的测定相同的条件下进行未知液吸光度的测定，根据已建立的线性回归方程会绘制的标准曲线，求出未知液的浓度。五、实验报告要求1简要写明实验目的，测铁所依据的基本定律和测定原理。2将所测实验数据填写在实验报告相应位置上，同时绘制吸收曲线和工作曲线。注意：坐标选取要适当，要有利于数据的查找。3在吸收曲线上标出 max 最大；在标准曲线上通过测得的未知液吸收值 Ax 找出相应的 Cx 值。4操作过程中可能影响测定结果的主要因素有哪些?予以适当讨论。
