使用pH傳感器改進(jìn)“生物體維持pH穩(wěn)態(tài)的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)

文 方 淳 陳媛媛 汪祝兵

使用朗威DISLab的pH傳感器改進(jìn)“生物體維持pH穩(wěn)態(tài)的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)，能夠克服原來實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不精確、實(shí)驗(yàn)過程煩瑣耗時(shí)等缺點(diǎn)，具有實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)曲線、快速得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論等優(yōu)點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

體液由細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液組成，雖然我們的細(xì)胞代謝會(huì)產(chǎn)生許多酸性、堿性物質(zhì)，例如細(xì)胞呼吸產(chǎn)生碳酸等，但是體液的化學(xué)成分和理化特征是相對穩(wěn)定的，這是機(jī)體進(jìn)行正常生命活動(dòng)的必要條件。本實(shí)驗(yàn)探究肝臟勻漿、馬鈴薯勻漿、化學(xué)緩沖液、自來水對酸堿變化的反應(yīng)，以便幫助學(xué)生理解體液也是個(gè)緩沖系統(tǒng)，對維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)起重要作用。

二、實(shí)驗(yàn)器材及試劑

朗威DISLab6.0pH傳感器，朗威DISLab6.0數(shù)據(jù)采集器，0.1 mol/L HCl，0.1 mol/L NaOH，肝臟勻漿，馬鈴薯勻漿，自來水，pH=7的磷酸緩沖液，50 mL小燒杯，50 mL 量筒，玻璃棒。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1

三、實(shí)驗(yàn)過程

(1)按要求準(zhǔn)備好各種器材和試劑。

(2)連接計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器和pH電極。然后打開計(jì)算機(jī)，進(jìn)入V6.0實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)。點(diǎn)擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動(dòng)識別所接入的傳感器，并顯示pH數(shù)值。點(diǎn)擊“計(jì)算表格”，并將窗口平鋪。

(3)取25 mL自來水倒入50 mL小燒杯中。

(4)將pH復(fù)合電極放入燒杯中，不要接觸燒杯，測量起始pH值，點(diǎn)擊表格左側(cè)的“點(diǎn)擊記錄”，并記錄數(shù)據(jù)。

(5)往燒杯中滴加5滴0.1 mol/L NaOH，并用玻璃棒攪拌，待讀數(shù)穩(wěn)定后讀取pH數(shù)值，點(diǎn)擊表格左側(cè)的“點(diǎn)擊記錄”，并記錄數(shù)據(jù)。不可用pH復(fù)合電極攪拌。

(6)依次向燒杯中滴加5滴0.1 mol/L NaOH，測量溶液的pH值，直至30滴。

(7)在表格中添加變量“滴數(shù)”，依次輸入數(shù)值0，5，10，15，20，25，30。

(8)以滴數(shù)為橫軸，pH值為縱軸，繪制曲線1(如圖2所示，以下曲線均見圖2)。點(diǎn)擊左側(cè)“鎖定”，將曲線1鎖定。

(9)取25 mL自來水倒入50 mL小燒杯中。將0.1 mol/LNaOH換成0.1 mol/LHCl，重復(fù)步驟4～8，繪制曲線2。

(10)分別量取磷酸緩沖液25 mL，倒入2個(gè)50 mL燒杯中，分別利用0.1 mol/LNaOH和0.1 mol/LHCl，重復(fù)步驟4～8，繪制曲線3和曲線4。

(11)分別量取馬鈴薯勻漿25 mL，倒入2個(gè)50 mL燒杯中，分別利用0.1 mol/L NaOH和0.1 mol/L HCl，重復(fù)步驟4～8，繪制曲線5和曲線6。

(12)分別量取肝臟勻漿25 mL，倒入2個(gè)50 mL燒杯中，分別利用0.1 mol/LNaOH和0.1 mol/LHCl，重復(fù)步驟4～8，繪制曲線7和曲線8。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線圖

從圖2中可以看出曲線1和曲線2的變化最大，即水溶液在加入0.1 mol/L HCl或0.1 mol/L NaOH之后其pH值變化最大；而曲線3和曲線4表明磷酸緩沖液的pH值變化最小，而馬鈴薯勻漿(曲線5和曲線6)和肝臟勻漿(曲線7和曲線8)的pH值變化介于水和磷酸緩沖液之間，且更像磷酸緩沖液。這說明在生物材料中存在某種緩沖液，能夠有效阻止生物材料溶液pH值發(fā)生較大的變化。

五、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)反思

“生物體維持pH穩(wěn)態(tài)的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)是人教版高中生物教材必修3第1章第2節(jié)中的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)用常規(guī)方法進(jìn)行時(shí)有以下弊端：(1)用pH試紙粗略測定pH值的變化，缺少實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)的收集，而且數(shù)據(jù)不精確；(2)實(shí)驗(yàn)后學(xué)生要花大量時(shí)間去整理數(shù)據(jù)畫出曲線，過程煩瑣耗時(shí)；(3)不同學(xué)生對pH試紙使用的熟練程度有差異，所得到的pH值變化曲線圖差異較大。

利用朗威DISLab的pH傳感器改進(jìn)實(shí)驗(yàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得快速、準(zhǔn)確、直觀；(2)實(shí)時(shí)顯示的曲線使結(jié)果一目了然，也便于實(shí)驗(yàn)分析得出結(jié)論；(3)實(shí)驗(yàn)速度快，時(shí)間充裕，有利于學(xué)生多方位、多層次地進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)；(4)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生分工協(xié)作共同完成實(shí)驗(yàn)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神；(5)實(shí)驗(yàn)曲線的獲得和分析，可以培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、分析問題并最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力。

[1]李茜腴.傳感器在生物學(xué)新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的案例研究[J].生物學(xué)通報(bào),2013(1):42-43.

[2]黃婷.使用PASPORT傳感器探究“生物體維持pH穩(wěn)態(tài)的機(jī)制”[J].中學(xué)生物教學(xué),2007(6):60-61.