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一、問題的提出
義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)》九年級(jí)上冊（人民教育出版社）P37通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究了二氧化錳對過氧化氫分解的催化作用。[實(shí)驗(yàn)2-5]（1）在試管中加入5 mL5%的過氧化氫溶液，把帶火星的木條伸入試管，木條是否復(fù)燃？（2）向上述試管中加入少量二氧化錳，把帶火星的木條伸入試管。觀察發(fā)生的現(xiàn)象（如圖1所示）。[實(shí)驗(yàn)2-6]待實(shí)驗(yàn)2-5的試管中沒有氣泡時(shí)，重新加入過氧化氫溶液，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。
上述探究過程中存在的不足之處：
1.[實(shí)驗(yàn)2-6]一般是在[實(shí)驗(yàn)2-5]所用的試管中繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，所以雖然觀察到的現(xiàn)象和[實(shí)驗(yàn)2-5]的實(shí)驗(yàn)（1）相比，產(chǎn)生氣泡的速率明顯比較快，但是如果和[實(shí)驗(yàn)2-5]的實(shí)驗(yàn)（2）相比，由于加入的過氧化氫溶液被稀釋，所以產(chǎn)生氣泡的速率并不相同，所以通過[實(shí)驗(yàn)2-5]的實(shí)驗(yàn)（2）和[實(shí)驗(yàn)2-6]的對比不能充分說明二氧化錳在反應(yīng)前后性質(zhì)不變這一特點(diǎn)。
2.在實(shí)驗(yàn)過程中都是通過視覺的觀察來定性地判斷反應(yīng)的快慢，對二氧化錳的催化效果體現(xiàn)得不明顯。
3.由于實(shí)驗(yàn)室常用的二氧化錳是粉末狀，從反應(yīng)后的溶液中分離出來比較困難，所以對催化劑需要滿足的三個(gè)條件之一——反應(yīng)前后質(zhì)量不變，驗(yàn)證起來比較困難。
鑒于上述原因，我們通過研究，對這一探究過程進(jìn)行了改進(jìn)。
二、實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)藥品的改進(jìn)設(shè)計(jì)
1.塊狀二氧化錳的制作：將水泥和二氧化錳粉末按照質(zhì)量為1：4的比例混合均勻，加入適量水?dāng)嚢璩屎隣睿缓笥檬郑ù魃弦淮涡允痔祝┠蟪牲S豆粒大小的顆粒，陰干24小時(shí)以上，用水沖掉表面的粉末，再晾干備用。
2.實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)（如圖2所示）。
三、實(shí)驗(yàn)過程
[步驟一]稱量0.5 g塊狀二氧化錳裝入D中，在A、B中分別加入5 mL和10 mL5%的過氧化氫溶液，在E、F中裝滿水，按如圖所示將裝置連接好。
[步驟二]將A、B中的過氧化氫溶液各5 mL分別同時(shí)注入到C、D中，可以觀察到：D中產(chǎn)生氣泡的速率明顯比C中快，而且在相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到N中的水明顯比M中多。待C、D中反應(yīng)完畢后，用帶火星的木條伸入到集氣瓶E、F中，可看到木條復(fù)燃。說明二氧化錳可以加快過氧化氫的分解速率。
[步驟三]將D中反應(yīng)后的液體排放到燒杯H中，在F中重新裝滿水，將B中剩余的5 mL過氧化氫溶液加入到D中。可以觀察到D中仍然迅速產(chǎn)生氣泡，且進(jìn)入到N中水的量與步驟二中相同。說明二氧化錳在反應(yīng)前后性質(zhì)沒有發(fā)生變化。
[步驟四]將D中反應(yīng)后的液體排放到燒杯H中，并從D中取出塊狀的二氧化錳，干燥、冷卻后稱量，其質(zhì)量仍為0.5 g。說明反應(yīng)前后二氧化錳的質(zhì)量沒有發(fā)生變化。
四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)
1.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)通過排出水的體積由定性變?yōu)榘攵康姆椒ㄓ^察二氧化錳的催化效果，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服力。
中學(xué)化學(xué)教材中有許多演示實(shí)驗(yàn)，其內(nèi)容的呈現(xiàn)形式一般是實(shí)驗(yàn)過程、方法和實(shí)驗(yàn)儀器、藥品的文字說明以及實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方法的圖示。教材呈現(xiàn)出來的這些內(nèi)容是演示實(shí)驗(yàn)的簡約方案，不是演示實(shí)驗(yàn)的全部，它只是幫助教師教學(xué)的一個(gè)例子，是教師教學(xué)的參考，教材中演示實(shí)驗(yàn)的過程方法不是對教師教學(xué)的限制和規(guī)定，而是教師教學(xué)的樣本。教學(xué)實(shí)踐表明，如果對教材呈現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)不進(jìn)行加工處理而照本應(yīng)用于課堂教學(xué)，有些時(shí)候演示實(shí)驗(yàn)很難發(fā)揮其最佳教學(xué)效果或者根本達(dá)不到演示實(shí)驗(yàn)的目的。要想讓演示實(shí)驗(yàn)發(fā)揮應(yīng)有的作用，教師就需要認(rèn)真思考演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)鍵性的問題——演示實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)的內(nèi)容、操作的方法和教學(xué)的語言，本文以二氧化錳催化過氧化氫分解演示實(shí)驗(yàn)為例加以說明。
一、過氧化氫催化分解演示實(shí)驗(yàn)
在王祖浩教授領(lǐng)銜主編的滬教版九年級(jí)化學(xué)和蘇教版高中化學(xué)教材中都有過氧化氫加入二氧化錳催化劑催化發(fā)生分解反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)。
滬教版九年級(jí)化學(xué)中過氧化氫的催化分解實(shí)驗(yàn)如下[1]：
利用圖2-9的實(shí)驗(yàn)裝置，把稀的雙氧水(6%的過氧化氫溶液)從分液漏斗慢慢加入裝有二氧化錳粉末的錐形瓶中，收集一集氣瓶放出的氣體，用帶火星的木條伸入集氣瓶中。
研究表明，在雙氧水制取氧氣的反應(yīng)中，加入二氧化錳能加速雙氧水的分解。在反應(yīng)前后，二氧化錳的質(zhì)量保持不變，化學(xué)性質(zhì)也沒有發(fā)生變化。這種在化學(xué)反應(yīng)中能增大化學(xué)反應(yīng)速率，但本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒有發(fā)生變化的物質(zhì)稱為催化劑。
蘇教版高中化學(xué)教材《化學(xué)反應(yīng)原理》中過氧化氫的催化分解實(shí)驗(yàn)如下[2]：
向A、B、C、D 4支試管中分別加入等體積5%的H2O2溶液，再向試管中分別加入2～3滴洗滌劑，向試管A中加入2～3滴FeCl3溶液，向試管B中加入少量MnO2粉末，向試管C中加入一小塊新鮮的動(dòng)物肝臟，D試管留作比較用。觀察、比較4支試管中發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并試著分析導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象差異的原因。
實(shí)驗(yàn)表明，催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率有顯著影響。催化劑是通過降低反應(yīng)所需的活化能來增大反應(yīng)速率。如圖2-10所示，沒有催化劑參與的反應(yīng)，活化能(Ea')較大，則反應(yīng)的速率較小;而有催化劑參與的反應(yīng)，活化能(Ea)較小，因此反應(yīng)速率較大。
從初高中催化劑的教學(xué)要求和教材呈現(xiàn)的文本材料我們可以看出，同樣都是過氧化氫的催化分解實(shí)驗(yàn)，但用來說明的問題是不同的，初中教材中的實(shí)驗(yàn)用來說明催化劑的概念即什么樣的物質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)的催化劑，而高中教材中的實(shí)驗(yàn)用來說明不同催化劑對過氧化氫的分解催化效果不同和催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率的原因。因此，過氧化氫催化分解演示實(shí)驗(yàn)在不同時(shí)期教學(xué)的角度和關(guān)注點(diǎn)是不同的。
二、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)關(guān)注的問題
1. 演示實(shí)驗(yàn)的演示內(nèi)容
教材中的演示實(shí)驗(yàn)都承載著課堂教學(xué)中知識(shí)的、技能的、方法的等多方面的教學(xué)任務(wù)，課堂上演示實(shí)驗(yàn)要把它所承擔(dān)的任務(wù)全部完成，就要求在實(shí)驗(yàn)演示的過程中讓其能展現(xiàn)的內(nèi)容全面表現(xiàn)出來，讓學(xué)生全方位觀察體驗(yàn)。
催化劑是初中化學(xué)中的重要概念，教學(xué)要求是認(rèn)識(shí)催化劑的基本特征。課堂教學(xué)中關(guān)于催化劑的演示實(shí)驗(yàn)就要能充分體現(xiàn)出催化劑具有的特征，讓學(xué)生通過現(xiàn)象充分體驗(yàn)到催化劑的特點(diǎn)，要達(dá)到這一要求，演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象就要能表現(xiàn)出催化劑改變了化學(xué)反應(yīng)的速率，而反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生變化，讓學(xué)生在觀察、比較中得出對催化劑的認(rèn)識(shí)。過氧化氫催化分解實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是知識(shí)層面的，實(shí)驗(yàn)過程的體驗(yàn)和現(xiàn)象的觀察、結(jié)論的獲取是技能、方法層面的，初中化學(xué)教學(xué)中通過二氧化錳催化過氧化氫的分解實(shí)驗(yàn)一定要讓學(xué)生切實(shí)感受到催化劑具有的特征，讓學(xué)生在知識(shí)、技能、方法上有所收獲，還要為高中化學(xué)中催化劑的教學(xué)鋪墊，即催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率，但不能改變化學(xué)反應(yīng)的方向，讓學(xué)生在觀察比較中意識(shí)到不是加入催化劑反應(yīng)才發(fā)生。
高中階段《化學(xué)反應(yīng)原理》中催化劑的教學(xué)是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的深入，目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率的原因和不同催化劑的催化效果，因此，高中化學(xué)過氧化氫的催化分解反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)就應(yīng)該能從現(xiàn)象上表現(xiàn)出催化劑加入改變了化學(xué)反應(yīng)的過程，最終催化劑沒有發(fā)生變化，從而達(dá)到演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。
明確了實(shí)驗(yàn)要突出表現(xiàn)的內(nèi)容，演示實(shí)驗(yàn)圍繞著要突出表現(xiàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，讓演示實(shí)驗(yàn)把教學(xué)需要的信息都呈現(xiàn)出來，演示實(shí)驗(yàn)才是有效的。做到這一點(diǎn)需要教師認(rèn)真鉆研教材研究演示實(shí)驗(yàn)，透徹理解文本材料，精心設(shè)計(jì)選擇演示實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的做法。
2. 演示實(shí)驗(yàn)的演示方法
演示實(shí)驗(yàn)的操作方法需要精心設(shè)計(jì)安排，否則演示實(shí)驗(yàn)只能成為課堂教學(xué)的點(diǎn)綴，讓學(xué)生看些熱鬧、有些新奇而已，很難達(dá)到預(yù)想的結(jié)果。
對于二氧化錳催化過氧化氫分解的實(shí)驗(yàn)，按照滬教版九年級(jí)化學(xué)教材中的方法進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只是感受到過氧化氫接觸到二氧化錳產(chǎn)生了大量的氧氣，其它的可以說一無所獲，實(shí)驗(yàn)中并沒有現(xiàn)象能說明催化劑改變化學(xué)反應(yīng)的速率、反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，學(xué)生也只能被動(dòng)接受MnO2是雙氧水分解的催化劑的觀點(diǎn)，對MnO2催化雙氧水分解后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生變化是半信半疑。MnO2是加快了雙氧水的分解速率還是使常溫下本沒有進(jìn)行的過氧化氫的分解反應(yīng)發(fā)生了?MnO2有沒有發(fā)生反應(yīng)?MnO2的質(zhì)量有沒有改變?固體物質(zhì)還是不是MnO2?這些方面的問題對學(xué)生認(rèn)識(shí)催化劑的概念和分析物質(zhì)是否是催化劑產(chǎn)生著影響。 按照蘇教版高中教材中的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行教學(xué)演示，學(xué)生同樣是只能看到過氧化氫在不同物質(zhì)存在的情況下，生成氧氣的速率加快了且加快的速率不同，也沒有感受到催化劑改變了化學(xué)反應(yīng)的過程，而最終質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都沒有發(fā)生變化。演示實(shí)驗(yàn)的形式不同了，但與學(xué)生在初中從實(shí)驗(yàn)中得到的體驗(yàn)沒有什么不同，仍然是被動(dòng)的接受催化劑改變化學(xué)反應(yīng)過程的結(jié)論。
從滬教版九年級(jí)化學(xué)教材關(guān)于催化劑的演示實(shí)驗(yàn)本身來看，雖然不能把催化劑全部的特點(diǎn)顯現(xiàn)出來，但實(shí)驗(yàn)的方法得當(dāng)也可以減少學(xué)生理解催化劑的困難。我們可以這樣來實(shí)驗(yàn)演示：
首先用一支試管取2mL6%的雙氧水，讓學(xué)生認(rèn)真觀察雙氧水中產(chǎn)生的細(xì)小的氣泡，感知過氧化氫在沒有加入二氧化錳前就可以發(fā)生分解，但速率很慢;然后向錐形瓶中加入二氧化錳時(shí)，讓學(xué)生體會(huì)到加入的量很少;連接裝置后，通過分液漏斗滴加過氧化氫，既讓學(xué)生觀察產(chǎn)生氣體的速率加快和感知?dú)怏w的收集檢驗(yàn)上，還要在氣體收集滿瓶和檢驗(yàn)后錐形瓶已不在產(chǎn)生氣體時(shí)，再向錐形瓶中滴加過氧化氫，錐形瓶中又產(chǎn)生氣體，反復(fù)這樣的操作幾次，通過加入少量二氧化錳使大量過氧化氫分解，讓學(xué)生體驗(yàn)二氧化錳沒有在過氧化氫生成氧氣時(shí)消耗，而是一直存在并發(fā)揮著催化作用。這樣一來，學(xué)生對二氧化錳是過氧化氫分解的催化劑的認(rèn)知就變得順理成章了。
蘇教版高中教材《化學(xué)反應(yīng)原理》中關(guān)于催化劑的演示實(shí)驗(yàn)，要體現(xiàn)出教學(xué)需要的現(xiàn)象，需要對實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行必要的加工改造。過氧化氫分解的催化劑有很多，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，我們發(fā)現(xiàn)FeCl3溶液對過氧化氫分解的催化作用十分明顯，更重要的是，借助FeCl3溶液催化過氧化氫分解實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，可以把催化劑在反應(yīng)過程中的變化表現(xiàn)出來，幫助學(xué)生完整地認(rèn)識(shí)催化劑的催化原理。
課堂教學(xué)時(shí)，比較了不同物質(zhì)的催化效果后，再引導(dǎo)學(xué)生觀察FeCl3催化過氧化氫分解的實(shí)驗(yàn)。首先讓學(xué)生觀察FeCl3溶液的顏色，學(xué)生看到FeCl3溶液呈黃色，接著在試管中取2mL黃色的FeCl3溶液，然后用膠頭滴管向FeCl3溶液中滴加數(shù)滴5%的過氧化氫溶液，學(xué)生可以觀察到試管中產(chǎn)生了大量氣泡，并且在產(chǎn)生氣泡的過程中溶液變?yōu)榧t色，當(dāng)試管中的氣體逸出液體平靜下來后，液體又恢復(fù)為黃色。再用膠頭滴管向試管中滴加5%的過氧化氫，結(jié)果又出現(xiàn)了上述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生觀察到這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，自然明白FeCl3作為催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，改變了反應(yīng)過程，化學(xué)反應(yīng)速率加快但最終FeCl3沒有變化。
我們可以看出，演示實(shí)驗(yàn)的做法對提高演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果是十分重要的，同樣的演示實(shí)驗(yàn)，不同的做法，學(xué)生的收獲不同。
3. 演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)語言
筆者除了設(shè)計(jì)了合適的演示實(shí)驗(yàn)的操作方法之外，在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中還要有恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)性語言的引領(lǐng)，才能啟發(fā)學(xué)生思考演示實(shí)驗(yàn)中教師的每一個(gè)表情、動(dòng)作、操作、步驟的用意，讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)要揭示的問題，在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中獲得知識(shí)、領(lǐng)悟方法。演示實(shí)驗(yàn)中的引導(dǎo)性用語一般是針對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要得到的結(jié)論設(shè)計(jì)的、富有啟發(fā)性、引導(dǎo)性的問題或陳述語，演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)用語應(yīng)該圍繞演示實(shí)驗(yàn)解決的問題設(shè)計(jì)，要有針對性，富有啟發(fā)引導(dǎo)作用。
在進(jìn)行初中化學(xué)催化劑的教學(xué)時(shí)，二氧化錳催化過氧化氫分解的演示實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)下面的引導(dǎo)性語言、問題：
(1)仔細(xì)觀察或輕輕搖動(dòng)盛有過氧化氫的試管觀察，你看到什么現(xiàn)象?該現(xiàn)象說明了什么問題?
(2) 將過氧化氫滴入錐形瓶后有什么現(xiàn)象出現(xiàn)?能試著猜想產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能的原因嗎?
(3)過氧化氫反復(fù)多次滴入錐形瓶時(shí)，你又有什么發(fā)現(xiàn)?對此發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)是什么?
(4)通過上面的實(shí)驗(yàn)，能看出二氧化錳在過氧化氫分解中的作用嗎?
高中化學(xué)催化劑的教學(xué)時(shí)，二氧化錳催化過氧化氫分解的演示實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)下面的引導(dǎo)性問題：
(1)請認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對它們加以描述。
(2)在初中催化劑學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對此現(xiàn)象你有怎樣的感悟。
(3)FeCl3溶液中多次滴加過氧化氫的現(xiàn)象是什么，這種現(xiàn)象說明了什么。
(4)通過這些實(shí)驗(yàn)，你對催化劑加快化學(xué)反應(yīng)的速率有什么見解嗎?
教師演示實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象配合教學(xué)過程中這些引導(dǎo)性的語言、問題，讓學(xué)生在觀察思考和分析歸納中獲得了對催化劑較為全面的認(rèn)識(shí)。
指導(dǎo)用語的運(yùn)用要適時(shí)，有的語言和問題應(yīng)在演示實(shí)驗(yàn)前給出，指導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的觀察和思考，有的要在實(shí)驗(yàn)中提出，這樣更能引起學(xué)生對問題的注意，有的要在實(shí)驗(yàn)后拋出，讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)全面深入分析，防止實(shí)驗(yàn)結(jié)束學(xué)生思維即停止的情況。
演示實(shí)驗(yàn)富有豐富的教學(xué)內(nèi)涵，需要我們思考的問題有很多。我們只有對教學(xué)材料深入研究，才能讓演示實(shí)驗(yàn)發(fā)揮它應(yīng)有的教學(xué)功能。
關(guān)鍵詞： 酶活性 PASPORT傳感器 過氧化氫酶 pH
《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》明確提出了“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”的基本理念，注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，同時(shí)也關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的形成。傳統(tǒng)的高中生物實(shí)驗(yàn)常常因?yàn)樵O(shè)備不夠精良而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)不夠精確，從而無法達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。PASPORT傳感器的出現(xiàn)解決了這一難題，為高中生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)提供了有利的條件。
1.實(shí)驗(yàn)原理
酶是催化特定化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)或RNA。過氧化氫酶是一種催化過氧化氫分解為水和氧的酶，是一種蛋白質(zhì)，最適pH是6.8，易受酸或堿的影響，在過酸或過堿的情況下其分子結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，導(dǎo)致失活。本實(shí)驗(yàn)將用PASPORT傳感器中的絕對壓強(qiáng)傳感器記錄過氧化氫酶催化過氧化氫反應(yīng)導(dǎo)致的壓強(qiáng)的細(xì)微變化。
2.實(shí)驗(yàn)器材
計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集器，絕對壓強(qiáng)傳感器，250ml錐形瓶三個(gè)，磁力攪拌器，攪拌棒，橡皮塞，100ml量筒，移液管。
3.實(shí)驗(yàn)步驟
3.1連接儀器。
1）取出絕對壓強(qiáng)傳感器附件，將橡皮管的兩端分別連接快速釋放連接器和軟管連接器，并將軟管連接器插入橡皮塞中，如圖1所示。
2）將橡皮管尾部的釋放連接器與壓強(qiáng)傳感器接口相連接，扭緊，上鎖，如圖2所示。
3）將絕對壓強(qiáng)傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器，并將數(shù)據(jù)采集器連接到計(jì)算機(jī)，它將自動(dòng)啟動(dòng)PSAPORT窗口。
3.2加入藥品。
1）取一個(gè)250ml錐形瓶，小心放入攪拌棒。
2）用100ml量筒分別量取20ml3%H2O2和80ml的蒸餾水，再依次加入250ml錐形瓶中，并將錐形瓶放至磁力攪拌器上，如圖3。
3）將磁力攪拌器調(diào)至最高，溫度調(diào)為35℃。
4）用移液管量取2ml的過氧化氫酶到錐形瓶里，用已連接好的橡皮塞塞緊錐形瓶口。
3.3數(shù)據(jù)采集。
1）在計(jì)算機(jī)上的Datastudio里，按啟動(dòng)按鈕收集數(shù)據(jù)，150S后停止數(shù)據(jù)的采集。
（注意：若還未到150S，瓶內(nèi)壓強(qiáng)大幅增大將橡皮塞頂飛掉時(shí)即可停止數(shù)據(jù)的采集。）
2）運(yùn)行結(jié)束后，將橡皮塞拔出，徹底清洗攪拌棒。
3.4改變pH，重復(fù)操作。
將上述步驟2）中的80ml蒸餾水依次分別換成20ml1mol/LHCl+60ml蒸餾水和20ml0.1mol/LNaOH+60ml蒸餾水，重復(fù)上述步驟，收集數(shù)據(jù)，檢測酸和堿對過氧化氫酶活性的影響。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
根據(jù)酶活性實(shí)驗(yàn)得出過氧化氫酶+H2O2、過氧化氫酶+H2O2+酸與過氧化氫酶+H2O2+堿的O2（KPA）-T（S）如圖4。
由圖4可知，在中性pH附近，反應(yīng)速度最快，最大壓強(qiáng)為107KPa。在酸性和堿性pH附近，反應(yīng)速率較慢，最大壓強(qiáng)分別為103KPa、104KPa。
在中性pH附近，過氧化氫酶的催化效率最高，當(dāng)pH變化時(shí)，無論是偏酸或偏堿都會(huì)影響過氧化氫酶的活性，導(dǎo)致過氧化氫的分解減慢甚至幾乎不分解，所以圖4中絕對壓強(qiáng)（酸）和絕對壓強(qiáng)（堿）的曲線變化不大，最后趨于平緩。通過觀察實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)由過氧化氫酶催化過氧化氫生成的O2起的泡泡量在三種pH環(huán)境的情況下沒有明顯區(qū)別，如若不使用絕對壓強(qiáng)傳感器測量其壓強(qiáng)的變化，幾乎看不出上述三種不同PH環(huán)境對過氧化氫酶活性的影響，實(shí)踐證明：使用絕對壓強(qiáng)傳感器能增加學(xué)生探究出不同pH梯度對過氧化氫酶活性影響的可能性，使實(shí)驗(yàn)的探究更多樣化，更精確，并且用數(shù)據(jù)說明問題比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法得出的結(jié)果更具說服力。
5.實(shí)驗(yàn)建議
5.1快速完成實(shí)驗(yàn)
進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)時(shí)，在各種因素的影響下，不免存在一定的誤差。例如溫度的控制上，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的溫度是35℃，利用攪拌器可設(shè)固定溫度35℃，但是當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過久時(shí)，溫度會(huì)有一小范圍的上升，但基本保持35℃，此時(shí)出現(xiàn)一定的誤差，為了降低誤差，使實(shí)驗(yàn)更為精確，應(yīng)該盡量快速完成實(shí)驗(yàn)。
5.2提早熟悉實(shí)驗(yàn)儀器
此實(shí)驗(yàn)的使用器材較為復(fù)雜，連接不當(dāng)或其使用方式不熟悉會(huì)使測量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的偏差，應(yīng)盡可能在課前讓學(xué)生熟悉使用部分儀器，避免出現(xiàn)課堂實(shí)驗(yàn)操作混亂致使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差。
單位時(shí)間內(nèi)用等量的過氧化氫酶催化H2O2時(shí)產(chǎn)生的氧氣較多，會(huì)使瓶內(nèi)的絕對壓強(qiáng)變化更為明顯。因此，在不同的pH中過氧化氫酶催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣引起瓶內(nèi)的絕對壓強(qiáng)的差異也更為顯著，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加明了。
5.4用常見材料替代過氧化氫酶
過氧化氫酶較貴，用于學(xué)生做實(shí)驗(yàn)很不劃算，根據(jù)前人的研究我們了解到過氧化氫酶存在于很多動(dòng)植物細(xì)胞中，例如常見的土豆、新鮮的肝臟中都具有豐富的過氧化氫酶，我們可以使用這些常見的材料代替過氧化氫酶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，還可以組織探究不同材料中的過氧化氫酶的最適pH是否一致。
6.結(jié)語
生物傳感器的引進(jìn)具有時(shí)代特征。生物傳感器從誕生以來，雖然只有20多年的歷史，但已在醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、人工智能、生物學(xué)領(lǐng)域里進(jìn)行了卓有成效的應(yīng)用［1］。在此，生物傳感器的引進(jìn)使得生物實(shí)驗(yàn)課更加高效，并且數(shù)據(jù)比較精確，得到的曲線也非常合理。比如在探究酶活性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐時(shí)我們就提過使用絕對壓強(qiáng)傳感器的一個(gè)好處是：用目測的方法難以觀察出在酸或堿及控制實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的氧氣的量的差異，而絕對壓強(qiáng)傳感器則能靈敏地測量出由于氧氣的量不同而產(chǎn)生的壓強(qiáng)差異。這說明絕對壓強(qiáng)傳感器的使用能使實(shí)驗(yàn)更為具體化以及理性化，這是傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的。但是，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生長期如此操作，其生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作能力及生物繪圖能力必然會(huì)下降，這些都與《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》的能力要求相違背［2］。所以，在使用生物傳感器時(shí)要慎重，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上注意與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，揚(yáng)長避短，合理搭配。
參考文獻(xiàn)：
有專家的“科學(xué)解釋”，有專業(yè)機(jī)構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)，結(jié)論還符合蜂蜜愛好者的預(yù)期，于是，“蜂蜜用冷水沖才有營養(yǎng)”毫不意外地得到了廣泛傳播。然而，這完全是一個(gè)混淆視聽的“科學(xué)謠言”。
蜂蜜的主要成分是糖水和水，微量成分中有一些酶。這些酶為什么存在于蜂蜜中還不完全清楚，但它們的生物學(xué)功能是很明確的。蜂蜜中主要的酶有五種：淀粉酶、蔗糖酶、葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和酸性磷酸脂酶。淀粉酶的作用是把淀粉切成小分子，蔗糖酶把蔗糖水解成葡萄糖和果糖，葡萄糖氧化酶把葡萄糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖酸和過氧化氫，過氧化氫酶把過氧化氫分解成水和氧氣，而酸性磷酸酯酶把磷酸酯進(jìn)行水解。不管這些酶被加熱后是否會(huì)失去活性，吃到肚子里都要經(jīng)過胃酸和蛋白酶的攻擊，保留活性的難度并不比被開水燙來得低。而且，即使有一部分能夠經(jīng)歷重重考驗(yàn)到達(dá)下消化道，也無法被吸收進(jìn)入血液，也就無法實(shí)現(xiàn)生理功能――“營養(yǎng)價(jià)值”或者“保健功能”，這都只是想象。
那么，如果它們中有一些“幸運(yùn)兒”達(dá)到了腸胃還保持著催化活性，是不是就能“幫助消化”從而具有“營養(yǎng)價(jià)值”了呢？答案依然是否定的。首先，淀粉酶和蔗糖酶是人體也會(huì)正常分泌的物質(zhì)，來自于蜂蜜的那點(diǎn)含量對于人體無異于滄海一粟。葡萄糖氧化酶產(chǎn)生的過氧化氫，對人體甚至有害無益。而且，過氧化氫酶和酸性磷酸酯酶所催化的反應(yīng)，都不是正常消化所需要的，也就更談不上“幫助消化”。
蜂蜜行業(yè)的確曾經(jīng)把“酶值”作為衡量蜂蜜品質(zhì)的指標(biāo)之一。這個(gè)檢測的理論基礎(chǔ)，是蜂蜜中含有一定量的淀粉酶，而糖中不含。如果有人通過摻入糖的方式來造假，蜂蜜的酶值就會(huì)變低。此外，如果對蜂蜜進(jìn)行了加熱處理，或者長時(shí)間儲(chǔ)存，酶值也會(huì)下降。所以，這個(gè)指標(biāo)的設(shè)立是通過測定淀粉酶活性的值，來判斷蜂蜜是否存在摻假或者經(jīng)過了加熱處理。也就是說，淀粉酶含量只是一個(gè)用來推測蜂蜜“歷史清白”的指標(biāo)，淀粉酶本身并不具有什么營養(yǎng)價(jià)值。用開水把它降低，或者用冷水讓它保留，都沒有營養(yǎng)上的意義。雖然這個(gè)指標(biāo)曾經(jīng)很常用，但在現(xiàn)實(shí)使用中，用它來判斷蜂蜜品質(zhì)并不靠譜。作為一個(gè)評判指標(biāo)，需要指標(biāo)高低和品質(zhì)之間有明確的關(guān)系――比如酶值，理想是“酶值高，表明蜂蜜好；酶值低，則蜂蜜不好”。但是，蜂蜜中的淀粉酶含量會(huì)受到各種因素的影響，有的蜂蜜天然酶值就高，而有的天然就低――用這個(gè)指標(biāo)來判定優(yōu)劣，那些天然酶值低的“好蜂蜜”就無辜中槍了。更重要的是，淀粉酶并不難獲得，在摻糖造假的時(shí)候也完全可以加一點(diǎn)進(jìn)去，想要多高的酶值都可以得到。
除了主要成分糖和水，蜂蜜中還有一些微量成分，蜂蜜愛好者們相信這些“微量成分”具有特別的功效?？茖W(xué)界和蜂蜜產(chǎn)業(yè)都對這些“微量成分”和傳說中的各種功效很感興趣，各種各樣的研究也極多。然而，迄今為止，只有抗菌作用能夠得到科學(xué)證據(jù)支持。蜂蜜是葡萄糖和果糖的混合物。在適當(dāng)?shù)臈l件下，前面提到的葡萄糖氧化酶能把葡萄糖氧化成葡萄糖酸，并釋放出過氧化氫。過氧化氫俗稱雙氧水，是常用的殺菌劑。蜂蜜中還含有過氧化氫酶，其作用卻是把過氧化氫分解成水和氧氣。一個(gè)要產(chǎn)生過氧化氫，一個(gè)要分解過氧化氫――在這對冤家的矛盾統(tǒng)一中，不同的蜂蜜也就有了不同的抗菌能力。此外，蜂蜜中還可能含有一些其他的抗菌成分，比如新西蘭的麥盧卡蜂蜜，就定義了一個(gè)“麥盧卡活性因子”（UMF）。它的化學(xué)成分是甲基乙二醛，本身也是一種常見的化學(xué)試劑。過氧化氫和甲基乙二醛等抗菌成分的存在，使得蜂蜜在外用涂抹的時(shí)候有一定的抗菌效果。其實(shí)過氧化氫和甲基乙二醛都不是麥盧卡特蜂蜜特有的，只是很多蜂蜜的研究都用它來做試驗(yàn)而已。麥盧卡蜂蜜把它定義成了自己的標(biāo)準(zhǔn)，不過是成功的營銷策略而已。
除了外用時(shí)的抗菌功效，蜂蜜廠家和愛好者們津津樂道的其他“功效”都“沒有被證實(shí)”――就像有人說樹林里有兔子，一撥又一撥的人去找過，但都無功而返。我們依然只能說“沒有兔子存在的證據(jù)”，至于“到底有沒有兔子”，人們還是只能通過“信”或者“不信”去解決。
[摘要] 目的 探討依達(dá)拉奉對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡的影響及NF-κB和白介素-6（IL-6）、白介素-8（IL-8）表達(dá)。 方法 體外培養(yǎng)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞，用過氧化氫氧化應(yīng)激建立肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡細(xì)胞模型，將細(xì)胞分為對照組、過氧化氫組、依達(dá)拉奉-過氧化氫組。用MTT法檢測依達(dá)拉奉對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞增殖能力的影響，流式細(xì)胞儀檢測依達(dá)拉奉對氧化應(yīng)激肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞細(xì)胞凋亡的影響，采用ELISA試劑盒及谷胱甘肽（GSH）、脂質(zhì)過氧化物（MDA）試劑盒檢測IL-6、IL-8及GSH、MDA含量，用Western-blot方法檢測氧化應(yīng)激肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞中的NF-κB蛋白表達(dá)。 結(jié)果 依達(dá)拉奉-過氧化氫組細(xì)胞生長抑制率為（22.3±3.1）%，明顯低于過氧化氫組[（37.5±2.4）%]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。依達(dá)拉奉-過氧化氫組MDA含量低于過氧化氫組，GSH含量高于過氧化氫組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。依達(dá)拉奉-過氧化氫組IL-6、IL-8含量低于過氧化氫組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。依達(dá)拉奉-過氧化氫組細(xì)胞凋亡率[（14.67±0.50）%]明顯低于過氧化氫組[（38.88±0.80）%]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。過氧化氫+依達(dá)拉奉組NF-κB蛋白水平（2.106±0.012）低于過氧化氫組（4.216±0.127），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。 結(jié)論 依達(dá)拉奉具有抑制氧化應(yīng)激后所誘導(dǎo)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡、下調(diào)NF-kB和IL-6、IL-8表達(dá)的作用。
[關(guān)鍵詞] 依達(dá)拉奉；氧化應(yīng)激；核因子-κB；白介素-6；白介素-8；肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞；凋亡
[中圖分類號(hào)] R563 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2014）03（a）-0008-05
Effects of Edaravone on apoptosis and the expressions of NF-κB， IL-6， IL-8 in lung epithelial type Ⅱ cells
WANG Yuanyuan1 CAO Jian2 CHEN Qin1 OUYANG Xianguo1 SONG Guoliang1
1.Department of Cardiology， the Third Hospital of Nanchang City， Jiangxi Province， Nanchang 330009， China； 2.Department of Anesthesiology， the Second Affiliated Hospital of Nanchang University， Jiangxi Province， Nanchang 330006， China
[Abstract] Objective To explore the effects of Edaravone on apoptosis and the expressions of NF-κB， IL-6， IL-8 in lung epithelial type Ⅱ cells. Methods Lung epithelial type Ⅱ cells were cultured in vitro， the apoptosis of lung epithelial type Ⅱ cells model was established by hydrogen peroxid. Lung epithelial type Ⅱ cells were divided into three groups： control group， hydrogen peroxide group and edaravone-hydrogen peroxide group， lung epithelial type Ⅱ cells was treated by edaravone. The proliferation rate of lung epithelial type Ⅱ cells were detected by MTT； the apoptosis rate of lung epithelial type Ⅱ cells was determined though flow cytometry； the expression of IL-6， IL-8， GSH， MDA was detected by ELISA kit， GSH kit， MDA kit， the NF-κB protein expression after edaravone treatment was examined through Western-blot. Results Cell growth inhibition rate in edaravone-hydrogen peroxide group [（22.3±3.1） %] was lower than that in hydrogen peroxide group [（37.5±2.4） %]， the difference was statistically significant （P < 0.05）. MDA content in edaravone-hydrogen peroxide group was lower than that in hydrogen peroxide group， GSH content in edaravone-hydrogen peroxide group was higher than that in hydrogen peroxide group， the differences were statistically significant （P < 0.05）. IL-6， IL-8 content in edaravone-hydrogen peroxide group was lower than that in hydrogen peroxide group， the difference was statistically significant （P < 0.05）. Cell apoptosis rate in edaravone-hydrogen peroxide group [（14.67±0.50） %] was lower than that in hydrogen peroxide group [（38.88±0.80） %]， the difference was statistically significant （P < 0.05）. NF-κB protein level in edaravone-hydrogen peroxide group （2.106±0.012） was lower than that in hydrogen peroxide group （4.216±0.127）， the difference was statistically significant （P < 0.05）. Conclusion Edaravone can inhibit lung epithelial type Ⅱ cells apoptosis against -oxidative stress and down-regulate the expressions of NF-κB and IL-6， IL-8.
[Key words] Edaravone； Oxidative stress； NF-κB； IL-6； IL-8； Lung epithelial type Ⅱ cells； Apoptosis
急性肺損傷發(fā)病過程中，細(xì)胞因子可能通過抑制炎癥細(xì)胞凋亡延長炎性反應(yīng)時(shí)間，促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞凋亡而參與急性肺損傷的炎性反應(yīng)過程[1]。肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞是肺部特異性細(xì)胞，可以分泌肺泡表面活性物質(zhì)，能降低肺泡表面張力，對穩(wěn)定肺泡形態(tài)有一定作用。Ⅱ型細(xì)胞又是肺泡的儲(chǔ)備細(xì)胞，當(dāng)肺上皮遭受損害，會(huì)導(dǎo)致其增生，它是急性肺損傷發(fā)病過程中的重要效應(yīng)細(xì)胞[2]。依達(dá)拉奉目前研究表明具有清除自由基，抑制氧化性應(yīng)激，抑制細(xì)胞凋亡，可用于治療氧化應(yīng)激介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的神經(jīng)退行性疾病[3]。本研究通過建立氧化應(yīng)激誘導(dǎo)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞細(xì)胞凋亡模型，探討依達(dá)拉奉對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡的影響及其與炎癥因子的關(guān)系。
1 材料與方法
1.1 材料
RPMI1640培養(yǎng)基HEPES，四氮唑藍(lán)（MTT），二甲基亞砜（DMSO）小牛血清（Gibico公司），IL-6，IL-8 ELISA試劑盒：武漢博士德公司。AnnexinⅤ-PI凋亡檢測試劑盒（北京寶賽生物技術(shù)有限公司），堿性磷酸酶（AP）顯色底物，anti-NF-κB，小鼠單抗辣根酶標(biāo)記兔抗山羊IgG；anti-β-actin山羊單抗（SantaCruz產(chǎn)品）。依達(dá)拉奉（先聲藥業(yè)）。
1.2 人肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的培養(yǎng)及誘導(dǎo)氧化應(yīng)激
人肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞由南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科實(shí)驗(yàn)室凍存。細(xì)胞用含10%小牛血清的RPMI1640培養(yǎng)液在5%CO2，37℃，飽和濕度的細(xì)胞培養(yǎng)箱培養(yǎng)，細(xì)胞呈貼壁生長，用0.25%的胰酶和0.02%EDTA（1∶1）消化傳代，用于實(shí)驗(yàn)的細(xì)胞均處于指數(shù)生長期。根據(jù)文獻(xiàn)[4]報(bào)道方法，分別選用0.1、0.5、1.0 mmol/L過氧化氫（H2O2）處理肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞24 h。實(shí)驗(yàn)分為對照組（無H2O2處理的肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞）、過氧化氫處理的過氧化氫組及依達(dá)拉奉（20 μmol/L）-過氧化氫處理的依達(dá)拉奉-過氧化氫組。
1.3 肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞體外生長活性的檢測（MTT法）及谷胱甘肽（GSH），脂質(zhì)過氧化物（MDA）含量測定
取指數(shù)生長期的肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞，分別用生理鹽水及各濃度過氧化氫（0.1、0.5、1.0 mmol/L）處理，采用0.25%胰蛋白酶消化，以不含細(xì)胞的培養(yǎng)液做空白對照。以1×104/孔的密度接種于96孔板，每孔設(shè)3個(gè)復(fù)孔。觀察肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞貼壁后，加入20 μmol/L依達(dá)拉奉，置于孵箱（37℃，CO2）培養(yǎng)24、48、72 h。再加入MTT 20 μl顯色，吸棄孔內(nèi)上清液，每孔加入DMSO，震搖15 min溶解結(jié)晶，用酶聯(lián)免疫儀測490 nm處的吸光度（A490）值。肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞生長抑制率=（1-實(shí)驗(yàn)組平均A490值/對照組平均A490值）×100%。采用GSH試劑盒，MDA試劑盒檢測GSH、MDA含量。
1.4 酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)
人肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞按1×104/孔接種于96孔板上，分為對照組、氧化應(yīng)激組、依達(dá)拉奉-過氧化氫組，培養(yǎng)結(jié)束后收集上清，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對上清進(jìn)行適當(dāng)稀釋，按ELISA試劑盒說明進(jìn)行試驗(yàn)。
1.5 AnnexinV-PI
雙標(biāo)記法分析肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡率。如上法收集氧化應(yīng)激組及藥物處理72 h后各組細(xì)胞，將細(xì)胞收獲后，用磷酸鹽緩沖液（PBS）洗滌1次，-20℃ 75%乙醇固定過夜，取出離心收集細(xì)胞，PBS洗滌2次，加入10 g/L Rnase 37℃孵育15 min，再加入碘化丙錠（PI）染色30min，尼龍網(wǎng)過濾，采用流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡，采用CELIQUEST 軟件分析早期細(xì)胞凋亡率。
1.6 Western blot法檢測NF-κB蛋白水平
取對照組、過氧化氫組、依達(dá)拉奉-過氧化氫組細(xì)胞，加入細(xì)胞裂解液，提取總蛋白，收集上清液，考馬斯亮藍(lán)法進(jìn)行擔(dān)保定量。SDS-PAGE分離樣品后電泳轉(zhuǎn)移至硝酸纖維膜上，TBST常溫下封閉過夜后，分別加入anti-NF-κB小鼠單抗（一抗）、室溫下免疫沉淀1 h，加入辣根酶標(biāo)記兔抗山羊IgG（二抗）2 h。洗膜，顯色。用Gel-ProAnalyzer分析軟件分析通道蛋白的灰度值。
1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 15.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，正態(tài)分布計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，多組間比較采用方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以率表示，采用χ2檢驗(yàn)。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 依達(dá)拉奉對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞生長增殖能力的影響
過氧化氫氧化應(yīng)激處理肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞后，過氧化氫組細(xì)胞生長抑制率為（37.5±2.4）%，明顯高于對照組的（3.8±0.8）%，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01），氧化應(yīng)激可以導(dǎo)致細(xì)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的增殖能力下降。依達(dá)拉奉干預(yù)后，依達(dá)拉奉-過氧化氫組細(xì)胞生長抑制率為（22.3±3.1）%，與過氧化氫組比較，細(xì)胞生長抑制率下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），細(xì)胞的增殖能力較前升高。提示依達(dá)拉奉-過氧化氫組可以改善氧化應(yīng)激對肺泡Ⅱ上皮細(xì)胞的細(xì)胞抑制，提高細(xì)胞增殖能力。見表1。
表1 各組肺泡II型上皮細(xì)胞抑制率比較（%，x±s）
注：對照組比較，*P < 0.01；與過氧化氫組比較，#P < 0.05
2.2 依達(dá)拉奉對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞脂質(zhì)過氧化物、谷胱甘肽水平的影響
MDA是脂質(zhì)過氧化的分解產(chǎn)物，是反映組織氧化損傷水平的指標(biāo)之一。GSH在細(xì)胞內(nèi)能清除過氧化物代謝產(chǎn)物，阻斷脂質(zhì)過氧化連鎖反應(yīng)，從而起到保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的作用。本實(shí)驗(yàn)提示，過氧化氫處理后，與對照組比較，細(xì)胞產(chǎn)生MDA顯著增加，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01），細(xì)胞在氧化應(yīng)激后，細(xì)胞損傷程度明顯增加。過氧化氫處理后，與對照組比較，GSH含量顯著下降，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01），氧化應(yīng)激可以通過減少谷胱甘肽對細(xì)胞的保護(hù)作用引起細(xì)胞損傷。經(jīng)依達(dá)拉奉處理后，與過氧化氫組相比，MDA含量下降（P < 0.05），GSH含量升高（P < 0.05），提示依達(dá)拉奉可以通過增加谷胱甘肽含量，清除過氧化物代謝，從而減少細(xì)胞氧化損傷水平。見表2。
表2 各組脂質(zhì)過氧化物、谷胱甘肽水平比較（x±s，n = 6）
注：與對照組比較，*P < 0.01，與過氧化氫組比較，#P < 0.05；MDA：脂質(zhì)過氧化物；GSH：谷胱甘肽
2.3 依達(dá)拉奉對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞IL-6、IL-8含量的影響
對照組IL-6、IL-8含量較低，過氧化氫組IL-6、IL-8表達(dá)升高，提示氧化應(yīng)激可以誘導(dǎo)炎癥因子IL-6、IL-8釋放。依達(dá)拉奉處理24 h后，可以減少炎癥因子表達(dá)，改善氧化應(yīng)激損傷，炎癥因子IL-6、IL-8含量下降，與過氧化氫組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。見表3。
表3 依達(dá)拉奉對氧化應(yīng)激后肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞分泌IL-6
和IL-8的影響（ng/L，n = 6，x±s）
注：對照組比較，*P < 0.01；與過氧化氫組比較，#P < 0.05；IL-6：白介素-6；IL-8：白介素-8
2.4 依達(dá)拉奉對氧化應(yīng)激后肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡率的影響
通過流式細(xì)胞儀檢測，對照組、過氧化氫組、過氧化氫-依達(dá)拉奉組細(xì)胞的凋亡率分別為（4.97±0.40）%、（38.88±0.80）%、（14.67±0.50）%，氧化應(yīng)激對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞損傷，細(xì)胞凋亡率明顯增加，在依達(dá)拉奉處理后，可以減輕細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化連鎖反應(yīng)和炎性反應(yīng)，減少細(xì)胞損傷，從而減少細(xì)胞凋亡。見表4。
表4 依達(dá)拉奉對氧化應(yīng)激后肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡率的影響（%，x±s）
注：與對照組比較，*P < 0.01；與過氧化氫組比較，#P < 0.05
2.5 依達(dá)拉奉對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞細(xì)胞NF-κB蛋白水平的影響
過氧化氫處理建立氧化應(yīng)激模型后，NF-κB在細(xì)胞外刺激下被激活，過氧化氫組肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞細(xì)胞NF-κB蛋白水平增高，與對照組比較，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。依達(dá)拉奉干預(yù)后，過氧化氫-依達(dá)拉奉組NF-κB蛋白水平與過氧化氫組比較有所下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），可以抑制炎性反應(yīng)。見表5。
表5 各組細(xì)胞NF-κB蛋白水平的影響（x±s）
注：與對照組比較，*P < 0.01；與過氧化氫組比較，#P < 0.05
3 討論
目前認(rèn)為，急性肺損傷是機(jī)體過度炎性反應(yīng)導(dǎo)致肺血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞廣泛破壞的結(jié)果。急性肺損傷時(shí)出現(xiàn)的表面活性物質(zhì)衰竭的共同的病理特點(diǎn)是肺泡的機(jī)械性損傷和肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的過度凋亡[5]。
本研究通過氧化應(yīng)激建立肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡模型，通過MDA及GSH試劑盒檢測MDA、GSH水平，MDA是脂質(zhì)過氧化的分解產(chǎn)物，是反映組織氧化損傷水平的指標(biāo)之一。GSH在細(xì)胞內(nèi)能阻斷脂質(zhì)過氧化連鎖反應(yīng)，從而起到保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的作用。近年來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡過程中具有還原性GSH耗竭現(xiàn)象，GSH水平與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過氧化氫處理后，肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞GSH含量下降，MDA升高，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。氧化應(yīng)激損傷誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡，細(xì)胞生長抑制率增加，細(xì)胞凋亡率升高。
NF-κB是一種重要的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子，在細(xì)胞炎性反應(yīng)、免疫反應(yīng)以及細(xì)胞凋亡等過程中起著重要的作用。NF-κB通常處于非激活狀態(tài)，當(dāng)受到細(xì)胞外刺激，在IKK酶的激活作用下磷酸化，啟動(dòng)調(diào)節(jié)炎癥因子，本研究發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激可激活NF-κB，誘導(dǎo)產(chǎn)生多種促炎癥細(xì)胞因子（如IL-6，TNF-α、IL-1、IL-8等）[6-7]，加重促炎性和抗炎癥細(xì)胞因子之間的失衡。
IL-8是中性粒細(xì)胞重要的趨化因子，是炎癥性疾病的重要介質(zhì)，在抗感染、免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)以及抗腫瘤方面有重要作用。IL-8對特異性和非特異性的免疫細(xì)胞具有強(qiáng)烈的趨化作用，其中主要是對嗜中性粒細(xì)胞的趨化和激活作用，導(dǎo)致細(xì)胞變形反應(yīng)，釋放溶酶體，形成超氧化物，從而促進(jìn)炎性反應(yīng)[8-9]，對淋巴細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞也有趨化作用。IL -6可上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞的ICAM-1，并使內(nèi)皮表達(dá)E-選擇素，使中性粒細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞表面，形成小栓子，導(dǎo)致微循環(huán)障礙[10-11]，還能促進(jìn)中性粒細(xì)胞氧化反應(yīng)，從而使中性粒細(xì)胞在炎性反應(yīng)部位數(shù)量增多，延緩中性粒細(xì)胞的凋亡，超氧陰離子釋放增多，加重炎性反應(yīng)[12-13]。
本研究通過氧化應(yīng)激建立肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的凋亡模型，發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的同時(shí)，炎癥因子IL-6、IL-8、NF-κB表達(dá)增高，而采用依達(dá)拉奉干預(yù)后，細(xì)胞凋亡減少，IL-6、IL-8、NF-κB表達(dá)下降。
由此推測，采用雙氧水對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞進(jìn)行處理后，氧化應(yīng)激激活了NF-κB的表達(dá)，進(jìn)而啟動(dòng)了IL-6、IL-8等炎性因子的表達(dá)，從而導(dǎo)致一系列的炎性反應(yīng)和內(nèi)皮通透性增高，構(gòu)成了肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡的物質(zhì)基礎(chǔ)。
而依達(dá)拉奉是一種強(qiáng)效的新型羥自由基清除劑，經(jīng)單電子轉(zhuǎn)移作用清除自由基，通過自由基中間體轉(zhuǎn)化，變?yōu)榉€(wěn)定的氧化產(chǎn)物[14-15]?？梢詼p輕中性粒細(xì)胞浸潤及細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化連鎖反應(yīng)，抑制脂質(zhì)自由基生成，促炎細(xì)胞因子表達(dá)下調(diào)[16-17]。
因此依達(dá)拉奉干預(yù)后，不僅可以通過自由基清除功能減輕氧化應(yīng)激的作用，減少氧化應(yīng)激對NF-κB的活化影響，還有可能直接影響NF-κB、IL-6、IL-8的表達(dá)抑制炎性反應(yīng)的影響，減輕凋亡。此外，有研究證實(shí)，NF-κB上調(diào)可促進(jìn)部分細(xì)胞存活基因和凋亡抑制基因表達(dá)，或活化持續(xù)性生長信號(hào)，從而保護(hù)細(xì)胞免于調(diào)亡[18-19]。本研究顯示，NF-κB下調(diào)，IL-6、IL-8表達(dá)下調(diào)，細(xì)胞凋亡減少。提示肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡受炎癥因子的影響更加明顯，而NF-κB下調(diào)所致凋亡基因升高在肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞凋亡處于次要地位，其具體機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究。
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【關(guān)鍵詞】 抗衰老藥(中藥 蘆薈 花粉 大鼠
Protective effects of capsules of the Chinese aloe flower powder for senile in rats
ABSTRACT:OBJECTIVETo investigate the protective effects of capsules of the Chinese aloe flower powder for senile induced by Dgalactose in rats.METHODSThe senile models of rats were established by subcutaneous injections of Dgalactose， and after 31 days of intragastric administration with capsules of the Chinese aloe flower powder， SOD activities， MDA contents， hydrogen peroxidase and LDH activities in serum were assayed.RESULTSThe activities of SOD and hydrogen peroxidase were increased by capsules of the Chinese aloe flower powder， meanwhile the contents of MDA and activities of LDH were decreased.CONCLUSIONThe capsules of the Chinese aloe flower powder have a obvious antisenile effect induced by Dgalactose.
Key words:antiaging drugs(TCD);aloe;pollen;rats
蘆薈中含有蘆薈多糖，其乙?；事毒厶峭ㄟ^多潛能細(xì)胞發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)及抗癌抗病毒作用［1］.花粉所含有的維生素E、維生素C、硒及鋅等抗氧化成分可阻止氧化脂質(zhì)的形成，加快新陳代謝，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌功能，提高機(jī)體應(yīng)激能力，從而起到強(qiáng)身健體和抗衰老的作用.本實(shí)驗(yàn)建立了大鼠衰老模型，探討了蘆薈花粉膠囊的抗衰老作用.
1 材料與方法
1.1 材料 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物取Wistar大鼠，雌雄各半，體重為180～220g，由延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科提供.藥物與試劑：蘆薈、花粉及人參皂苷為市售品；D半乳糖為上海試劑二廠產(chǎn)品；SOD，MDA，過氧化氫酶及LDH試劑盒均購自南京建成生物工程研究所.KA1000型臺(tái)式離心機(jī)為上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品;JCS500型電子稱為中日合資上海東昌·大和衡器有限公司產(chǎn)品;恒溫水浴箱為上海博迅醫(yī)療器械廠產(chǎn)品.
1.2 方法 取50只大鼠，雌雄各半，隨機(jī)分為5個(gè)組，分別為正常組、模型組、陽性對照組、蘆薈花粉小劑量組及大劑量組.皮下注射給予除正常組外其余各組大鼠D半乳糖75mg/kg，灌胃給予陽性對照組大鼠100mg/kg人參皂苷，蘆薈花粉膠囊小劑量組及大劑量組分別灌胃給予100、200mg/kg蘆薈花粉膠囊，正常組及模型組大鼠灌胃給予適量生理鹽水，每日1次，連續(xù)3d.第31日空腹采血，測定血清SOD，LDH，過氧化氫酶活性及MDA含量.結(jié)果用SPSS10.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析，均為雙側(cè)檢驗(yàn)，α取0.05.
轉(zhuǎn)貼于
2 結(jié)果
2.1 蘆薈花粉膠囊對衰老大鼠血清SOD活性及MDA含量的影響 由表1可見，大劑量組大鼠血清SOD活性與陽性對照組及模型組比較均明顯升高，MDA含量均明顯降低，相比較均有顯著性差異（P＜0.01）.表1 蘆薈花粉膠囊對衰老大鼠血清SOD活性及MDA含量的影響
2.2 蘆薈花粉膠囊對衰老大鼠血清過氧化氫酶及LDH活性的影響 由表2可見， 蘆薈花粉膠囊大、小劑量組大鼠血清過氧化氫酶活性明顯升高，LDH活性明顯降低，與模型組比較均有顯著性差異(P＜0.01）.表2 蘆薈花粉膠囊對衰老大鼠血清過氧化氫酶及LDH活性的影響 * 與模型組比較，P＜0.01
3 討論
自由基學(xué)說認(rèn)為引起人體衰老的主要原因是在人體細(xì)胞代謝過程中不斷產(chǎn)生自由基，因其具有高度的化學(xué)活性，并可與活的細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)，損傷DNA分子，造成二硫鍵斷裂，使細(xì)胞死亡或發(fā)生突變［2］.SOD是體內(nèi)重要的抗氧化酶，它的活性下降可造成自由基產(chǎn)生過量，引起不飽和脂肪酸氧化生成過氧化物，從而加速衰老.機(jī)體內(nèi)的羥基自由基及超氧離子自由基可產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物MDA，而MDA是過氧化脂質(zhì)的分解產(chǎn)物之一，因此通過測定MDA可間接地反映體內(nèi)自由基產(chǎn)生和老化程度.CAT可分解過氧化氫，降低生物體內(nèi)有毒害的過氧化氫酶的水平，減少自由基和過氧化脂質(zhì)的生成.LDH是體內(nèi)能量代謝過程中的糖酵解酶，幾乎存在于所有組織中，它的釋放量可反映細(xì)胞受物理因素及藥物作用后的損傷程度［3］.本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蘆薈花粉膠囊可明顯提高衰老模型大鼠SOD，LDH活性，降低MDA含量及過氧化氫酶活性，提示它具有抗衰老作用，其機(jī)制有待于進(jìn)一步研究闡明.
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞：過氧化氫生產(chǎn)工藝 配制釜 萃取塔 擴(kuò)產(chǎn) 技改
杭州名鑫雙氧水有限公司10萬噸/年過氧化氫（折27.5%）生產(chǎn)裝置2010年6月份投料生產(chǎn)，經(jīng)歷數(shù)次合理化技改及擴(kuò)產(chǎn)，至今生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定安全。
一、過氧化氫（雙氧水）生產(chǎn)工藝簡介
本裝置過氧化氫生產(chǎn)采用蒽醌法鈀觸媒生產(chǎn)技術(shù)。蒽醌法是在鈀觸媒存在下，將溶于有機(jī)溶劑（磷酸三辛酯與C9重芳烴按1：3比例配制）中的烷基蒽醌氫化，得到相應(yīng)的烷基氫蒽醌，后者再經(jīng)氧化，生成H2O2，同時(shí)烷基氫蒽醌又變回烷基蒽醌。生成的H2O2用純水萃取，即得產(chǎn)品，萃取的烷基蒽醌溶液經(jīng)處理后，可循環(huán)使用。
二、本裝置的幾點(diǎn)技改經(jīng)驗(yàn)
系統(tǒng)主要原料氫氣屬于易燃易爆氣體，物料重芳烴屬于高閃點(diǎn)易燃液體，產(chǎn)品過氧化氫屬于易分解強(qiáng)氧化劑，一旦發(fā)生事故，危險(xiǎn)性極大。本裝置參考國內(nèi)其他裝置的一些經(jīng)驗(yàn)不斷進(jìn)行技改完善，總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。
1.工作液配制釜進(jìn)出料方式改進(jìn)
工作液配制釜主要有配制工作液、蒸芳烴、洗工作液和配制碳酸鉀溶液等作用，屬于Ⅰ類壓力容器。由于配制釜用途多，不同用途情況下釜內(nèi)分別有碳酸鉀、雙氧水、工作液、芳烴等物料。如果出現(xiàn)操作不當(dāng)，可能會(huì)出現(xiàn)釜內(nèi)雙氧水急劇分解及芳烴閃爆等危險(xiǎn)情況。2006年浙江某化工企業(yè)雙氧水車間突發(fā)大爆炸，造成2人失蹤，一人受傷。事故主要由工作液配制釜爆炸引起。
在條件允許的情況下，配備多個(gè)配制釜，同一個(gè)釜內(nèi)不處理不同物料可以很好的規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)。由于本套裝置因?yàn)橹挥幸粋€(gè)配制釜，結(jié)合實(shí)際情況，本裝置做了如下技改：
1.1將不同工段排污口出來的工作液按酸堿性不同，分別收集清洗。氫化工段和后處理工段排出的工作液偏堿性，氧化工段和萃取工段排出來的工作液偏酸性且夾帶有一定量的雙氧水。雙氧水在堿性條件下會(huì)迅速分解，產(chǎn)生氧氣。原工藝流程中排污可以排入配制釜或者地下槽，存在隱患。通過技改可以從工藝角度排除排污雙氧水分解隱患。
1.2原工藝流程中，配制釜里的工作液是用外管來的0.5MPa壓力氮?dú)鈮褐凉ぷ饕河?jì)量罐。該操作中，設(shè)備處于承內(nèi)壓狀態(tài)。技改后，在配制釜底部出料口配備了一臺(tái)管道泵，該泵分別能將配制釜的工作液送到工作液計(jì)量罐和事故儲(chǔ)槽A。（事故儲(chǔ)槽A作為干凈工作液的中間儲(chǔ)槽，配制釜內(nèi)的干凈工作液先送到事故儲(chǔ)槽，再將工作液通過工作液泵補(bǔ)入系統(tǒng)，節(jié)省配制釜出料占用時(shí)間。）經(jīng)過上述技改，配制釜工作全過程不存在承內(nèi)壓狀態(tài)，人孔和加料口法蘭螺栓不擰緊，形成簡易防爆口。從設(shè)備上杜絕了配制釜超壓爆炸。
2.萃取塔塔板與降液管改進(jìn)
萃取工段的主要任務(wù)是將氧化工段送來的氧化液中的過氧化氫，在萃取塔內(nèi)用酸性純水做萃取劑萃取到水相，被萃取后的萃余液進(jìn)入后處理系統(tǒng)。其關(guān)鍵設(shè)備萃取塔是由多塊篩板組成的篩板塔。
萃取塔的運(yùn)行的2個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是物料通過能力和萃余液中雙氧水含量。物料通過能力直接制約著整套裝置的生產(chǎn)能力。比如本套10萬噸/年過氧化氫（折27.5%）生產(chǎn)裝置，洛陽黎明化工研究院的最原始設(shè)計(jì)參數(shù)都是以14萬噸的目標(biāo)設(shè)計(jì)的。也就是說本裝置還有很大的產(chǎn)量提升空間，但在實(shí)際運(yùn)行中兩臺(tái)萃取塔每臺(tái)氧化液流量只能開到280m3/h，制約著本套裝置的最高生產(chǎn)能力，且高流量運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)液泛情況。萃余液中雙氧水含量高低，除了直接影響產(chǎn)量外，還影響后處理工序的安全運(yùn)行。當(dāng)雙氧水含量高時(shí)，后處理工序的干燥塔負(fù)荷加大，被塔中的堿液分解后釋放出的氧氣就多，容易引起干燥塔內(nèi)液相流的混亂。嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致堿液帶入氫化、氧化、萃取等工段，引起大量雙氧水分解，造成重大安全事故。
2006年上海某雙氧水企業(yè)發(fā)生爆炸。現(xiàn)場4人受傷，循環(huán)工作液貯槽、氫化液氣液分離器和氧化液貯槽發(fā)生爆炸，凈化塔、萃取塔及多臺(tái)設(shè)備嚴(yán)重破壞，土建受損嚴(yán)重。取樣分析萃余液分離器中水相H2O2含量7.5%，酸度0.047g/l，穩(wěn)定度78.5%。結(jié)合事情經(jīng)過分析可知，爆炸發(fā)生前萃取塔已經(jīng)發(fā)生液泛且H2O2也已進(jìn)入萃余液分離器。雖然該裝置還有高位集料槽出料不合理、缺少一臺(tái)堿沉降槽等其他系統(tǒng)缺陷，但液泛肯定是事故的表征原因之一。
影響萃取塔液泛的原因主要有進(jìn)塔氧化液流量大、萃取液流量大、工作液乳化、降液管堵塞、雙氧水分解、萃取塔溫度低等。為消除了液泛問題和擴(kuò)大生產(chǎn)能力，本套裝置分兩次對萃取塔進(jìn)行了技改。
2.1原DN100的降液管改為DN150的降液管，并將降液管總長度（含擋液管）增加到340mm。
2.2塔板孔徑擴(kuò)大，詳見下表：
經(jīng)上述技改，單個(gè)萃取塔的氧化液流量提升到了320m3/h，明顯提高了萃取塔正常工況下防液泛能力，并成功解決了原裝置擴(kuò)產(chǎn)到年產(chǎn)12萬噸過氧化氫（折27.5%）的萃取工段設(shè)備瓶頸。
三、結(jié)束語
影響過氧化氫生產(chǎn)工況的因素很多，且每套裝置工況不同，尤其是萃取塔的工況差異性更大。上述各技改是在本裝置實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不具普適性，僅供大家參考，如有考慮不周之處，請不吝指教。
【關(guān)鍵詞】課本；實(shí)驗(yàn)習(xí)題；增設(shè)；課外實(shí)驗(yàn)；興趣；效果
【中圖分類號(hào)】G630
【內(nèi)容】人教版九年級(jí)化學(xué)上冊第四十三頁習(xí)題五，是一道實(shí)驗(yàn)探究題，是對催化劑的考察，題目如下：
（1） "把二氧化錳加入裝有過氧化氫溶液的試管中"與"把過氧化氫溶液緩緩加入盛有少量二氧化錳的試管中"的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否相同？哪種方法可以得到平穩(wěn)的氧氣流？
（2）設(shè)計(jì)制取氧氣和試驗(yàn)其性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方案（下表可供參考，你也可以利用一些其他代用品自行設(shè)計(jì)其他方案），征得老師同意后實(shí)施你的方案，試驗(yàn)后進(jìn)行小結(jié)。
目標(biāo)
尋找新的催化劑
制取氧氣
試驗(yàn)氧氣性質(zhì)
儀器、藥品
方案（可畫簡圖）
步驟
結(jié)論
第一問考查的是做實(shí)驗(yàn)時(shí)"先固后液"還是"先液后固"的問題，這是實(shí)驗(yàn)基本操作，應(yīng)該讓學(xué)生記住"先固后液"的原則即可，然后演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生比較觀察，從現(xiàn)象中對"先固后液"還是"先液后固"問題的理解與記憶。
第二問考察的是催化劑的有關(guān)知識(shí)，根據(jù)課本上的化學(xué)方程式：
2H2O22H2O+O2，催化劑是二氧化錳，能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但在課本第三十八頁也有這么一句話"硫酸銅溶液等對過氧化氫的分解也具有催化作用。"可見用過氧化氫溶液制備氧氣的催化劑并非只是二氧化錳，像本題中的紅磚粉末也能做催化劑。
依據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)習(xí)題所提供的信息，如果老師能及時(shí)增設(shè)課外實(shí)驗(yàn)，不但能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能增強(qiáng)學(xué)生對催化劑的進(jìn)一步理解。正因如此，在平時(shí)的教學(xué)過程中，適當(dāng)增設(shè)一些課外實(shí)驗(yàn)可以拓寬學(xué)生的化學(xué)知識(shí)面，提高化學(xué)成績。筆者在多年的教學(xué)工作中發(fā)現(xiàn)適當(dāng)拓寬知識(shí)面能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和品德，下面主要從兩個(gè)方面加以闡述：
1.有關(guān)催化劑的選擇問題--初中化學(xué)中的"催化劑"
（1） 用過氧化氫溶液制氧氣：催化劑除過二氧化錳外，還有：硫酸銅、氯化鐵、氧化銅、三氧化二鐵等過渡金屬的鹽溶液或氧化物；紅磚粉末、過氧化氫酶（可在肝臟中提取）；其中過氧化氫酶效果最佳（生物催化劑的高效性）。
（2） 用氯酸鉀制氧氣：催化劑除過二氧化錳外，還有：氧化鐵、氧化銅、三氧化二鉻；三氧化二鎳、三氧化鈦、氧化鎂、玻璃粉；另外以0.5克香煙煙灰代替二氧化錳作為催化劑，催化效果也很好。
當(dāng)然能做催化劑的物質(zhì)還很多，但催化效果最好的是二氧化錳，如果在做題過程中把這些知識(shí)傳授給學(xué)生，就可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，也可以選擇一種催化劑與二氧化錳做一個(gè)對比試驗(yàn)，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對催化劑的理解。
2.學(xué)會(huì)根據(jù)教材內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力--初中化學(xué)中的"噴泉實(shí)驗(yàn)"
教材上的實(shí)驗(yàn)大都是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)經(jīng)多年使用或稍加改進(jìn)而成的，多數(shù)都較成熟、較完善。由于教育改革的需要或是因儀器藥品不全沒辦法按原方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常需要對一些實(shí)驗(yàn)做些改動(dòng)。為此，化學(xué)教師應(yīng)具備創(chuàng)造條件改進(jìn)實(shí)驗(yàn)或重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。
從課內(nèi)、課外的角度來看，教師可以從實(shí)驗(yàn)習(xí)題設(shè)計(jì)和課外的生產(chǎn)、生活中選取實(shí)驗(yàn)。借助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，迎合學(xué)生接受知識(shí)的心理，突出教學(xué)重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)是教學(xué)法的一貫主張。荀子說："不聞不若聞之，聞之不若見之"?？梢?耳聞"，特別是"目睹"在認(rèn)知過程中作用之大。這就要求化學(xué)教師除做好教材中所要求的每一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)外，對教材中未要求的，能做的實(shí)驗(yàn)也應(yīng)盡量演示給學(xué)生看。初中化學(xué)中的"噴泉實(shí)驗(yàn)"主要有以下幾種：
（1） 木炭的吸附性：
教師可設(shè)計(jì)"木炭吸附氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)"。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，將木炭粉放入充滿氨氣的燒瓶中，不振蕩，打開燒瓶與水相連接導(dǎo)管的止水夾，再打開止水夾，可見美麗的紅色"噴泉"即刻形成。
（2） 氫氣的溶解性：
根據(jù)氫氣難溶于水，教師可設(shè)計(jì)"氫氣噴泉"。在廣口瓶內(nèi)盛滿水，在氣體發(fā)生器中放入鋅粒和稀硫酸，并塞緊橡皮塞。連好實(shí)驗(yàn)裝置，不久即可看到一股水柱從尖嘴玻璃管噴出，形成美麗的噴泉。
（3）二氧化碳跟氫氧化鈉反應(yīng)
在500ml燒瓶中收集滿二氧化碳?xì)怏w，小心地加入10ml40%的氫氧化鈉溶液，立即用帶玻璃尖嘴管的膠塞塞緊。輕輕搖動(dòng)燒瓶，待充分反應(yīng)后，打開插入盛有紅色水溶液燒杯中玻璃管上的止水夾，即可形成噴泉。
（4） 紅磷在氧氣中燃燒的反應(yīng)
用向上排氣法將氧氣收集在容積為500毫升的的圓底燒瓶中，將紅磷放入"專用"的燃燒匙中。點(diǎn)燃后將紅磷迅速放入有氧氣的圓底燒瓶中，塞緊橡皮塞。立即可看到，磷在氧氣中劇烈燃燒呈現(xiàn)黃色火焰并產(chǎn)生濃厚的白煙。待燒瓶冷卻到室溫后，將燒瓶倒置固定在鐵架臺(tái)上，把導(dǎo)管放入盛有石蕊溶液的燒杯中，打開止水夾，可見紫色石蕊溶液立即噴入燒瓶中并呈現(xiàn)紅色噴泉。
（5）二氧化錳催化分解過氧化氫放出氧氣的反應(yīng)
取兩支具支試管，用乳膠管將兩支管連接起來，在一支試管內(nèi)放入少量的二氧化錳，管口用帶分液漏斗的膠塞塞緊，分液漏斗中裝10%的過氧化氫溶液，另一支試管內(nèi)裝約2/3體積的紅色溶液，管口用帶玻璃尖嘴的膠塞塞緊，玻璃管的另一端插入試管內(nèi)溶液的底部，打開分液漏斗的旋塞，一次性放入一定量的過氧化氫溶液，然后關(guān)閉分液漏斗，過氧化氫分解放出的氧氣進(jìn)入另一試管，將試管內(nèi)紅色溶液壓出形成紅色噴泉。
（南京醫(yī)科大學(xué)附屬淮安第一醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 淮安 223300）
【摘要】過氧化氫低溫等離子滅菌是一種高效快速的滅菌方式，并且在滅菌完成后無毒害物質(zhì)殘留，不需特別的通風(fēng)和排水，同時(shí)它還適用于一些對濕熱敏感的精密醫(yī)療器材的滅菌。因此，有著其它滅菌技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，現(xiàn)在國內(nèi)已得到了較快的推廣。
關(guān)鍵詞 過氧化氫；電磁閥；真空泵
【Abstract】The low-temperature hydrogen peroxide plasma sterilization is a kind of rapid and efficient sterilization, and no toxic residues in after sterilization, no special ventilation and drainage, and at the same time, it also applies to some of the heat sensitive precision medical equipment sterilization. Therefore, has the incomparable advantage of other sterilization technology, now the domestic has been rapid promotion.
【Key words】Hydrogen peroxide; Electromagnetic; Valve vacuum pump
過氧化氫低溫等離子滅菌是一種高效快速的滅菌方式，并且在滅菌完成后無毒害物質(zhì)殘留，不需特別的通風(fēng)和排水，同時(shí)它還適用于一些對濕熱敏感的精密醫(yī)療器材的滅菌。因此，有著其它滅菌技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，現(xiàn)在國內(nèi)已得到了較快的推廣。
我院共擁有三源CDMJ-100型過氧化氫低溫等離子滅菌器三臺(tái)，給我院的醫(yī)療器械滅菌工作帶來很大的便利，但在使用中也出現(xiàn)過各種各樣的故障。
1工作原理
1.1等離子滅菌的原理
低溫等離子滅菌的原理是：在密封的滅菌艙內(nèi)，加入過氧化氫、汽化并充分?jǐn)U散。于一定的條件下，在艙壁和內(nèi)膽電極上加高頻電場。此時(shí)艙內(nèi)過氧化氫氣體在高頻電場的作用下形成等離子體，即氫氧自由基、過羥自由基、激發(fā)態(tài)、活性氧原子、活化氫原子等活性成分。這些活性成分以及同時(shí)產(chǎn)生的紫外線具有很強(qiáng)殺滅微生物的能力，可在極短的時(shí)間內(nèi)使微生物死亡，以達(dá)到對器械滅菌的目的。
1.2三源低溫等離子滅菌器工作原理
三源低溫等離子滅菌器的系統(tǒng)以滅菌艙為核心，一塊是加液部分，由儲(chǔ)液杯、加液器、加液管路組成；另一塊是抽真空部分，由泵閥、真空泵、排氣過濾組成。以單循環(huán)為例，把待滅菌物品放入滅菌艙后，按開機(jī)鍵，系統(tǒng)開啟真空泵和泵閥開始抽真空，待艙內(nèi)氣壓抽至700 Pa 時(shí)預(yù)加一次過氧化氫。加完液后繼續(xù)抽真空至120 Pa，開始預(yù)等離子放電，此時(shí)我們可以在艙體壁上看到有明顯的紫紅色輝光現(xiàn)象。等離子放電完成后，進(jìn)行第2次加液，然后繼續(xù)抽真空至100 Pa，此時(shí)開始第3次加液。加液完成后，開啟補(bǔ)氣閥，補(bǔ)入新鮮無菌空氣并進(jìn)入擴(kuò)散期，讓艙體內(nèi)的過氧化氫充分彌散。彌散期結(jié)束后開始下一輪抽真空，同樣抽至120 Pa，開始主等離子滅菌期，等離子滅菌期結(jié)束后不再加液補(bǔ)氣直接回到常壓，至此，一個(gè)單循環(huán)流程結(jié)束。雙循環(huán)就再加一個(gè)“加液－擴(kuò)散－抽真空－放電”流程，以加強(qiáng)滅菌效果。而三循環(huán)則是針對特別難滅菌的器械，多加兩個(gè)這樣的流程以達(dá)到對器械內(nèi)部深入的滅菌效果。
2故障討論
由于我院手術(shù)量大，連臺(tái)手術(shù)多，因此每天滅菌的次數(shù)和滅菌物品的數(shù)量也比較多。最先能發(fā)現(xiàn)的問題就是機(jī)器報(bào)警停機(jī)和包內(nèi)指示卡變色不良。這也是等離子滅菌器經(jīng)常會(huì)遇到的問題，在此我們將作重點(diǎn)討論。
2.1滅菌效果不良
由于一般做的都是三循環(huán)滅菌，不管指示卡變色程度如何，生物檢測都是成功的。因此只討論指示卡變色不良的問題。指示卡在未滅菌時(shí)是藍(lán)色的，滅菌合格后的標(biāo)準(zhǔn)色為紫紅色。指示卡變色不良出現(xiàn)時(shí)，同一消毒鍋次中，有的指示卡變色程度良好，能達(dá)到較淺的紫紅色，有的卻還是深紫紅色的，甚至一部分卡上還有藍(lán)點(diǎn)。而在正常結(jié)果時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)指示卡卻是淺紅的，因此，對照之下，如果有數(shù)張指示卡變色不好, 此時(shí)的整批滅菌物都應(yīng)該算不合格。
關(guān)于滅菌指示卡變色不良問題咨詢過廠家，廠家答復(fù)變色不良的原因主要是滅菌物品放得太多。同樣多的滅菌物品和同樣的三循環(huán)操作，正常時(shí)做出的指示卡變色良好，偶發(fā)變色不良情況。經(jīng)多次仔細(xì)觀察滅菌過程后，發(fā)現(xiàn)問題出在以下幾方面。
2.1.1滅菌袋內(nèi)指示卡的放置位置有問題
由于指示卡是放在滅菌袋內(nèi)的，滅菌袋一面是紙質(zhì)，另一面的透明塑料的，因此，指示卡一般都放成指示面朝著透明層。這樣，由于滅菌時(shí)是抽真空狀態(tài)，滅菌袋內(nèi)的空氣幾乎被抽光，指示卡貼在了塑料層。因此，在等離子期的活性滅菌物質(zhì)難以充分與指示卡上的染料接觸，造成了指示卡變色不良。具體表現(xiàn)為，在電刀電凝線上，可以清楚地看到指示卡上被線壓著緊貼塑料面的部分變色要差些，而指示卡上沒被壓著的部分變色要好些。
2.1.2過氧化氫加液不良
滅菌成分的來源是過氧化氫，如果實(shí)際加液量不夠肯定會(huì)影響滅菌效果。但這個(gè)故障原因則可能性很多，大致可分為是加液管路阻塞和加液器電磁閥不良。針對加液管路阻塞問題，清理管路中的雜物十分必要，比如加液時(shí)帶入鋁膜碎片。而電磁閥不良問題，可以拆下看是老化所致，還是有閥內(nèi)部或者線路故障。
2.1.3過氧化氫濃度不夠
因?yàn)槠垦b的過氧化氫是密封的，因此在儲(chǔ)存期內(nèi)不考慮濃度降低的可能。但是在加到機(jī)器的儲(chǔ)液杯后，由于不能做到完全密封以及受機(jī)器自身產(chǎn)熱的影響，放置一段時(shí)間后，過氧化氫的濃度會(huì)降低，分解成水和氧氣。而低濃度的過氧化氫則會(huì)導(dǎo)致實(shí)際加入量不夠，造成在等離子期產(chǎn)生的活性滅菌物質(zhì)不足，繼而出現(xiàn)指示卡變色不良。針對此情況，可排盡儲(chǔ)液杯內(nèi)殘液，重新加入新的過氧化氫即可。
2.1.4泵閥故障
在設(shè)備運(yùn)行中，出現(xiàn)過一次泵閥關(guān)不嚴(yán)。當(dāng)時(shí)接到報(bào)修是指示卡變色不良，但檢查后未發(fā)現(xiàn)有操作上問題，經(jīng)仔細(xì)觀察滅菌過程中系統(tǒng)的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散期時(shí)艙內(nèi)壓力在下降。擴(kuò)散期的作用是在艙內(nèi)保持稍低于大氣壓的壓力，以利于過氧化氫能充分地?cái)U(kuò)散到艙內(nèi)每個(gè)角落。由于泵閥關(guān)不嚴(yán)，在擴(kuò)散期如果還在抽真空，過氧化氫會(huì)被抽走，等到下一次放電時(shí)產(chǎn)生的活性物質(zhì)就會(huì)減少，進(jìn)而導(dǎo)致滅菌效果不良。拆下泵閥，發(fā)現(xiàn)是泵閥內(nèi)密封圈脫落，造成閥芯卡住，關(guān)閉不嚴(yán)，重新裝配好后一切正常。
2.1.5滅菌物品太多或太臟
這是操作問題，在清洗器械時(shí)需認(rèn)真規(guī)范操作，并且裝載物品也不能過多。
綜上所述，得出以下結(jié)論：過氧化氫的實(shí)際加入量和待滅菌物品都是影響指示卡變色的重要因素。
2.2抽真空異常
三源等離子系統(tǒng)出現(xiàn)最多的故障報(bào)警就是抽真空異常，其主要原因有以下幾方面。
2.2.1待滅菌物品不干
如果待滅菌物品不干，加上系統(tǒng)在抽真空時(shí)，滅菌物品還在不停的蒸發(fā)水汽，真空值難以下降，這樣就出現(xiàn)抽真空異常。所以，待滅菌物品一般都得先低溫烘干后再放入滅菌艙內(nèi)，不過管腔物品如果用烘干處理后，還有會(huì)一些水珠存在，建議盡量用壓縮空氣吹干處理。
2.2.2設(shè)備故障
（1）真空泵磨損后會(huì)造成抽真空能力下降，解決這種故障，需拆開真空泵檢查，更換內(nèi)部磨損部件。
（2）泵閥開啟不良會(huì)造成抽真空異常的情況。抽真空時(shí)，在泵閥里通過的是過氧化氫氣體和滅菌艙內(nèi)的雜質(zhì)物，而泵閥是金屬材料，時(shí)間久了，會(huì)生成較多的氧化物，這些臟物會(huì)影響泵閥的正常開關(guān)。拆下泵閥清理后，如果能正常開關(guān)，尚可繼續(xù)使用，否則需更換新泵閥。
（3）滅菌艙門密封圈老化及臟污也會(huì)影響抽真空，因此需勤擦玻璃柜門及密封圈，避免污物粘在上面造成漏氣，并注意檢查密封圈的老化程度。
以上說的是真正的抽真空異常，這樣的檢修比較容易，在此有一個(gè)簡單的方法可判斷是否真是此類情況。在出故障時(shí)，先取出全部滅菌艙內(nèi)物品，空載運(yùn)行單循環(huán)測試，如果測試時(shí)艙內(nèi)壓力能在8分鐘內(nèi)迅速下降至120 Pa，并進(jìn)行下一步等離子放電就證明抽真空能力正常。
2.2.3硬件問題造成虛假抽真空異常
（1）真空規(guī)管的校準(zhǔn)。這種故障非常復(fù)雜，最初是真空規(guī)管老化損壞，更換后滅菌物品稍放多一些偶爾就報(bào)抽真空異常，如果物品放入少就沒問題。在使用觀察中發(fā)現(xiàn)，正常時(shí)的氣壓值比更換真空規(guī)管前大。經(jīng)查找資料，發(fā)現(xiàn)所換的真空規(guī)管是皮氏真空規(guī)管，在安裝后得做校正。由于更換后沒有做校正，造成全部壓力點(diǎn)偏上。假設(shè)真實(shí)壓力與測量數(shù)值是一個(gè)線性關(guān)系，現(xiàn)在這條線的校準(zhǔn)基點(diǎn)在這條線的壓力控制值已全部偏離。與廠家技術(shù)部溝通確認(rèn)后，經(jīng)重調(diào)內(nèi)部控制盒校準(zhǔn)，故障解決。
（2）加液器問題。三源公司的加液器采用的是電磁閥定容計(jì)量，這種加液器設(shè)計(jì)簡單，但加液過程比較復(fù)雜。
使用中出現(xiàn)過一次報(bào)抽真空異常，但檢查后發(fā)現(xiàn)抽真空能力正常。經(jīng)深入檢查，發(fā)現(xiàn)是加液電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)。在艙內(nèi)壓力值比較低時(shí)，大約每1分鐘就會(huì)有一小段液體被吸入滅菌艙，艙內(nèi)壓力就會(huì)上升一些，因此造成真空總是抽不下去，到了報(bào)警時(shí)限就報(bào)真空異常。拆下電磁閥檢查，發(fā)現(xiàn)夾閥處硅膠管有細(xì)小裂口，用注射器做氣密性實(shí)驗(yàn)證實(shí)已經(jīng)漏氣，更換硅膠管，故障排除。
2.3其他故障
如斷路器跳閘、保險(xiǎn)絲熔斷、門無法打開、屏變色異常等，都是偶發(fā)性的故障，且故障現(xiàn)象比較直觀，故障處理也比較容易。
3結(jié)束語
設(shè)備故障千變?nèi)f化，維修人員需要及時(shí)跟進(jìn)學(xué)習(xí)吸收業(yè)內(nèi)各種新知識(shí)、新技術(shù)，仔細(xì)掌握設(shè)備工作原理，同時(shí)，在維修中仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象、認(rèn)真分析故障原因，這樣才能迅速排除故障，為臨床一線做好服務(wù)工作。
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