1、氧化还原在生活中或医学上的应用姓名：李国立 班级：临床四班 学号：201650196摘要： 氧 化 还原反应将我 们 日常生活与生 产 过程中必需的 所 有金属都从矿 石 中提炼出来 ， 加工制 作 成为一些重要 的 、 必需的化工 产品 ， 用 以促进生 产 。 这主要 包 括 ： 食 盐 水制烧碱 、 接触 法 制硫酸 、 合成盐 酸 、 电 解 饱 、 氨 氧化法制 硝 酸以及合成 氨 等等。除了 工 业生产 ， 在农业中也 有 不少氧化 还 原反应。在医学上的应用也极为广泛，如呼吸过程、生物电现象。关键词： 氧化还原反应、生活、工业、医学、应用。前言氧化还原反应在化学的学习过程中占有十
2、分重要的地位。 氧 化 还原反应 被 广泛应用 在 医 学 和 科学技术 以 及工农业 生 产当 中 ， 并且在我 们 的日常生活 之 中也处处可 见 该反应的应用 。1 氧化还原反应在生活中的体现1、 1 农业与氧化还原反应1、 1、 1 植物 的 光合作用 和 呼吸作用 在氧化 还 原反应当 中 ， 植物的光 合 作用以及 呼 吸作用可 以 算 是 比 较 复杂 的 一 类 。 化 学 方 程 式 为 ： 6H2O+6CO2 C6H12O6+6O2。光 合 作用可以 说是一个非常 大 的绿色工 厂 ， 它 的 过程主要 是 通过叶绿 体 的作用 ， 绿 色 植物能够充 分利用光能将水以及二
3、 氧 化碳转化成 有 机物质 ， 用以储存 能 量 ， 同时还 可 以释放出 一 定的氧气 。 光合作用 除 了能够制 造 有机物 ， 还 起 到了转化 并 且储存太 阳 能 ， 平衡大 气 中氧与二 氧 化碳的含 量 ， 使其达到 一 定稳定度 的 作用。光合 作用在生 物 进化的过 程 中 可 以 说 起 到 了 极 其 重 要 的 作 用 。 其 化 学方程式为 ： C6H12O6+6O2 6H2O+6CO2+能量 。 可以 解 释成植物 在 自身体内 消 耗了氧以及 碳水化合 物 ， 在释放能量的同时 ， 还产生 了 二氧化碳和 水 ， 以 此 来帮助推动 植物体内 各 项机能更 好
4、地运作。1、 1、 2 肥料 施 入土壤后 的 变化虽 然 这一过程需 要 细菌起帮 助 作用 ， 但究其实 质 来说 ， 也 是 氧化还原 反 应。 当把肥料 施 进土壤 ， 肥 料 发生 的变 化 如由铵态 氮 转化为硝 态 氮、由 SO42-转变为 H2S 等 反应 也是 氧 化还原反 应 。1、 1、 3 晒田 与 灌田 通 过 排水来更好 地 改善通透 性 ， 增 多耕作层中 氧 的含量， 同 时阻碍甲 烷 、硫化氢和 亚 铁等一类 还 原性有害 物 质的存储 含 量会由于 氧 化作用而 递 减 ， 最终促 进 植物根系 向 更深的地 方 生长 ， 让植 物 生长得更 粗 壮就是晒
5、田 的主要目的 。进行晒田和灌田的 工 作是因为土 壤 中含有的铁 以 及锰的化合 价 态一 旦 发生变化 将 会对作物 的 营养产生 一 定的影响 ， 因 此通过这 样 的工作来 控 制土壤中 将 会发生的 氧 化还原反 应 的产生。1.2 工 业 与氧化还 原 反应1、 2、 1 金属 冶 炼 氧 化 还原反应 将 我们日常 生 活与生产 过 程中必需 的 所有金属从矿石中提 炼出来。 金 属冶炼的 主 要实例包 括 ：制造活泼的有色金属：电解法（ K-Al 之间）或置换法。化学方程式为： 2Al2O3=4Al+3O2.高温条 件 下制造 黑 色金 属 和其他 有 色金 属 ： 热 还原法
6、 （ Zn-Cu 之 间 ） 。化学方 程 式 ：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3。 制备 贵 重金属 ： 湿法冶金。1、 3 纺 织工业纺 织 工业中的 漂 白 、 消 毒 等都是氧 化 还原反应 。1.4 以氧化还原电位控制 Fenton 反应处理模拟苯酚废水酚类物质作为一种常见的污染物,污染大、难降解、成分复杂。常见的处理方法占地广、处理费用高、处理效果不理想。现今实验研究证明 Fenton 氧化法,因其氧化性强、反应条件简单、操作方便、不易产生二次污染物等特点,在含酚废水的处理上具有更为广阔的前景。Fenton 反应中,起氧化作用的羟基自由基(OH)是由 H2O2与 Fe2+反应
7、生成,即 H2O2的投加量是决定 Fenton 法处理效果的标准。常见的关于 Fenton 氧化法研究也集中在该因素上。在反应中随着有机物浓度的不同,其对应的最佳 H2O2投加量也不同,这就使 Fenton 反应的应用有了一定的局限性。Fenton 反应的本质上是氧化还原反应,氧化还原电位(ORP)即是决定氧化还原反应方向和程度的重要因素。所以在 Fenton 反应中,研究有机物的降解过程,实际上就是氧化还原电位的变化过程。2 电化学与 氧 化还原反应生活 中 ， 我 们通 常 会使用 干 电池和 蓄 电池 ， 再加 上 在空间技术上 应 用的高能 电池 ， 这三 种 电池都是 属 于氧化还
8、原 反应的。因 为 假如不是 这 样 ， 我们 就 不可能使 得 化学能与 电 能之间相互 发 生转变。 不 论是用电来 带 动化学反 应 ， 还是利 用化学反应 来 产生电能 ， 氧化还原 反 是在所有 的 电化学反 应 过程中的重 要核心。3 生活与氧 化 还原反应我们 生 活和 生 产过程 中 所必需 的 大量 的 能量都 是 通过煤炭 、 石油以及天 然气等燃料 的 燃烧来获 得 的 。 化 学 方程式为： （ 汽 油燃 烧 ）2C8H18+25O2 16CO2+18H2O+能 量。 与 我 们最息息 相 关的呼吸过 程 ，其实 也 是氧化还 原 反应的过程 。 在呼吸的 过 程中氧化
9、 还 原反应会 将 葡萄糖氧 化 成为二氧化 碳 和水。而 在 呼吸的过程 中 ， 通过 把 食物分子 内 存储 的能量 转 化成为三 磷 酸腺苷高能 磷 酸键内存 在 的化学能 ， 以此 来 给人以及 动物提供 能 够支持 机 械运动、维持体温 、 合成代谢 、 细胞的主 动 运输等所需 的 能量。酿 酒 的过程也 是 氧化还原 反 应。由淀 粉 酿酒的过 程 涉及淀粉 分 解变为葡萄 糖 ， 葡萄糖 受 到酒曲里 的 酒化酶的 作 用 ， 转 化为乙醇 等 过程。4 医 学 与氧化还 原 反应4、 1 疾 病 和 老 化 的 系 列 研 究医 学 界 在 针 对 疾 病 和 老 化 的 系
10、 列 研 究 中 ， 发 现 了 自 由 基 抗 氧化 物 质 的 理 论 。 人 体 内 的 自 由 基 有 许 多 种 ， 较 活 泼 、 不 成 对 电 子 的 自由 基 性 质 不 稳 定 ， 具 有 抢 夺 其 他 物 质 的 电 子 ， 使 自 己 原 本 不 成 对 的 电子 变 得 较 稳 定 的 特 性 。 而 被 抢 走 电 子 的 物 质 也 可 能 变 得 不 稳 定 ， 可 能再 去 抢 夺 其 他 物 质 的 电 子 ， 于 是 就 产 生 了 连 锁 反 应 ， 造 成 这 些 被 抢 夺 的物 质 遭 到 破 坏 。 人 体 的 老 化 和 疾 病 ， 极 可能
11、就是 从 这个时候开始的 ， 尤其是 今年位居 十 大死亡 原 因之首的 癌 症 ， 其罪魁 祸 首 便 是自由基 。 我们都知道 ， 经常吃充 分 富含维生素 C 的水果 以 及蔬菜不 仅 能够永葆 青 春还可以有 效促进身 体 健康 。 维生 素 C 作为 自 由基的最 大 敌人 ， 是十 分 超群的抗 氧化剂。它能 够 有效抑制 细 胞基本成 分 的氧化 ， 从 而可以帮 助 减少自由基对 皮肤的伤 害 ， 加 速 自由基的 消 除 ， 减 缓皮肤的 衰 老。4、 2 电化学免疫传感器抗体对相应抗原具有识别和结合功能。电化学免疫传感器就是利用这种识别和结合功能将抗体或抗原与电极组合而成的
12、检测装置。目前已有诊断早期妊娠的 hCG、诊断原发性肝癌的甲胎蛋白（ AFP） 、测定人血清蛋白（ HSA)以及血液中胰岛素等电化学免疫传感器。4.3 在电化学生物传感器及生物电分析领域中的应用在研究基因缺损与异常 ,疾病分子的诊断、预防、治疗以及药物蹄选和法医鉴定中 ,广泛应用 DNA 的杂交检测以及免疫分析。纳米材料的独特的性质为设计超灵敏的生物传感器和生物分析方法提供了很好的平台 ,在电化学免疫传感器、电化学 DNA 传感器以及生物电分析领域中具有广泛应用。利用纳米材料作为载体 ,设计新型的具有生物分子识别、电信号增强作用的纳米标记方法 ,为蛋白质和核酸等生物分子的超灵敏电化学免疫和 D
13、NA 传感器制备提供了基础。4.4 酶电极的生物传感器电化学生物传感器将生物活性分子的特异性识别与电化学传感器强大的分析功能相结合 ,通常是将生物活性物质固定在电极上 ,主要包括酶电极和非酶电极如微生物电极、亲和电极、组织电极、免疫电极等 ,其中以酶电极研究最多 ,进展最快 ,应用最多 ,将酶固定在电极上即构成了酶电极。酶固定化技术对酶电极的特性参数影响较大 ,如抗干扰性能、灵敏度高低、稳定性、检出限高低以及线性范围等。酶具有催化功能 ,能在较温和的条件下高效且专一地催化特定的底物的生化反应 ,反应绿色环保无污染的特点。但酶又具有蛋白属性 ,游离酶对于环境条件较为敏感 ,高温、强酸、强碱、某些
14、有机溶剂容易使蛋白质变性 ,导致酶蛋白失活 ,而且催化反应后不易与底物分离 ,造成酶不能回收及重复使用 ,并限制了连续操作 ,成本高。为了解决上述弊端 ,从 20 世纪 60 年代开始 ,酶固定化技术研究在酶学领域包括化学、生物学、医学及生命科学等学科得以迅速发展 ,美国学者 Up 和 Guilbault 在 1967 年首先采用了固定化酶方法制作了酶电极。用酶电极进行检测时 ,当酶电极浸入被测溶液时 ,待测底物与酶活性中心接触 ,发生氧化还原反应反应 ,使溶液中电活性物 ,比如02、 H2O2、 NH3、 NH/CO2,浓度发生改变。这些活性物质的浓度的改变将引起电极上电信号的变化 ,可以采
15、用安培法或者电位分析法测定产生的电流信号或者电位变化 ,计算出待测底物的浓度性 ,但对于电流型或者电位型传感器常常受一些氧化还原物质干扰 ,对底物测定的准确度受到影响。（ 1）例如对于安培型酶电极 ,当工作电位较高时 ,总会受到溶液中电活性物质的干扰。以 Clark 型葡萄糖酶电极 (氧电极 )来说 ,在血糖的实际分析中 ,由于工作电位较正 ,一些易氧化物质 ,如对乙酰氨基酷 (ACP)、抗坏血酸 (AA)、尿酸 (UA)等存在干扰。可通过加入适当的人工电子介体改善电子转移环境、降低工作电位 ,达到减少干扰 ,提高选择性。 01 丨 121等釆用双工作电极有效消除血糖测定时 ACP、 AA、
16、UA 干扰。另外对活性酶有抑制作用的物质会降低酶的活性 ,降低灵敏度。比如一些是重金属离子 Cu、 Ag、有机砷化物等能与酶分子的巯基结合 ,使得那些以巯基为活性基团的酶受到抑制 ,使酶活性降低。(2)响应时间响应时间是酶电极一个重要的性能指标。酶电极对底物的响应能力。响应时间主要受扩散控制 ,其中包括底物从溶液扩散到酶电极表明以及底物接近酶活性中心 (或氧化还原中心 ),因此影响扩散和酶促反应的主要因素为酶促反应类型、酶用量和固定化酶层的厚度。酶用量和固定化度需要优化 ,因为增加酶的用量可提高反应速度 ,但也会增加固定层的厚度 ,不利于扩散 ,故倾向于选择高活性酶以便于制作较薄的膜而获得较快
17、的动力学响应。(3)稳定性酶电极的稳定性常由传感器的热稳定性和储存一定时间后酶的催化活性以及储存寿命来衡量。而酶传感器常包括酶和电极组成 ,故对酶的活性和电极的稳定性有影响的因素均需优化。酶的来源与纯度是决定酶活性的基础 ,酶的固定化方式也是影响酶活性保持的重要因素 ,固定时不但要求固定牢固 ,且活性不降低或降低少甚至增敏。电流型酶传感器的稳定性常常受到反应中一些物质的毒化而使酶的活性逐步降低 ,尤其是在高电位下 ,使酶的毒化过程加快 ,而利用氧化还原介体可以减少酶传感器毒化的速率和程度。总结氧化还原反应是一类十分重要的化学反应，它广泛存在于化学反应和生命过程中。氧化还原反应中伴随的能量与人们
18、的日常生活、工业生产及生命过程息息相关。如：燃料燃烧、电池的使用、电解电镀工业、金属的腐蚀和防腐、生物的光合作用、呼吸过程、新陈代谢、神经传导、生物电现象等。参考文献 1 邓 蕴 梅 .生活 中 的氧化还 原 J .CETE 教学园地 ， 2010（ 23） ： 1111 12. 2马淑 君. 氧化还 原反应教学谈 J .实训实 练西北职教， 2006（ 12 ） ： 103. 3 孙竹梅 .氧化还原反应的应用 探 析 J .中学生数理化 ， 2009（ 9） ： 71 73.4强亮生，许崇泉主编.工科大学化学.高等教育出版社，第二版.5邓蕴梅.生活中的氧化还原J.中国教育技术设备.2010(23).6胡显奎.氧化还原反应的研究概况J.中山大学研究生学刊（自然科学版）.1999(02).7电化学腐蚀原理和现实生活生产上的应用J.重庆工商大学学报（自然科学版）.8孙竹梅.氧化还原反应的应用探析J.辽宁工业大学学报（社会科学版）.2010(03).9王发珍,左东升,李天增,孙丽波, 刘海涛. Fenton 试剂处理苯酚废水的研究J. 环境保护科学. 2008(04)
