麦芽糖水解速率的研究

麦芽糖水解速率的研究 “麦芽糖水解速率的测定” “麦芽糖水解速率常数的测定”的课题研究 作者:王海潇刘建 指导老师:唐浩东 2015年9月11日 “麦芽糖水解速率的测定” 摘要 化学反应速率及相关动力学常数的测定是物理化学研究的重要内容之一。化学动力学的实验和科研工作常常涉及到温度控制，时间及浓度测定等。因此，这三个变量之间的关系成了化学动力学研究的主题之一。我们通过旋光仪对麦芽糖水解过程的旋光度进行测定，并由此计算麦芽糖的水解速率。 关键词:化学反应速率;麦芽糖;水解速率;旋光度 “麦芽糖水解速率的测定” 目录 一、研究背景........................................................ 1 二、研究目标........................................................ 1 三、实验内容........................................................ 1 3.1实验方法..................................................... 1 3.2实验仪器和药品............................................... 2 3.3 实验过程 .................................................... 3 五、结论............................................................ 4 六、与总结...................................................... 5 6.1 实验分析 .................................................... 5 5 6.2 实验总结 ....................................................七、 文献综述....................................................... 6 参考文献............................................................ 8 “麦芽糖水解速率的测定” 一、研究背景: 麦芽糖(maltose)是碳水化合物的一种，无色晶体，味甜，由含淀粉酶的麦芽作用于淀粉而制得。用作营养剂，也供配制培养基用。室温时在真空的硫酸或五氧化二磷干燥器中不会失去结晶水。能还原斐林氏溶液。能被许多酵母发酵。麦芽糖酶能将其水解成二分子α-D-葡萄糖。溶于水，微溶于乙醇，几乎不溶于乙醚。相对密度1.54。熔点102,103?。比旋光[α]20D+111.7??+130.4?(c=4,水中)。 二、研究目标: 1. 测定麦芽糖转化的反应速率常数。 2. 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。 3. 了解旋光仪构造的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法和操作技术。 三、实验内容: 3.1实验方法: 利用旋光仪对麦芽糖水解速率常数测定，并且可以了解反应物浓度与旋光度之间的关系。用旋光度测定法测定麦芽糖，简便、快速，准确，重复性好，麦芽糖浓度与旋光度成正比用该方法制备标准曲线具有很好的相关性。由于麦芽糖的水解反应可看作伪一级水解反应，当温度及氢离子浓度为定值时，反应熟虑常数为定值，所以对数据的处理提供了较大的方便。 麦芽糖在水中转化成两分子葡萄糖 ，是一个一级反应，其反应为: CHO(麦芽糖)，HO?2CHO(葡萄糖) 12221126126 一级反应的速率方程可由下式表示: 1 “麦芽糖水解速率的测定” -dc/dt=kc (1) (c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数) (1)式积分可得: lnc-lnc= kt (2) 0 (c0为反应开始时反应物浓度) 从(2)式可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc对t作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反映速率常数k。 3.2实验仪器和药品: 表1.实验药品 实验药品名称 药品级别 厂家 麦芽糖 AR 国药集团化学试剂有限公司 浓盐酸 AR 国药集团化学试剂有限公司 表2.实验仪器 实验仪器 数量 数显恒温水浴锅 1套 旋光仪 1套 旋光管 2个 250ml锥形瓶 2个 500ml烧杯 1个 100ml量筒 1个 2 “麦芽糖水解速率的测定” 3.3 实验过程: 1. 旋光仪的零点校正; 2. 反应过程的旋光度测定:20mL0.1mol/L的麦芽糖溶液?锥形瓶?20mL验算?混合均匀?润洗旋光管2次?注满旋光管(剩余溶液置于50?的水浴)?擦干?赶气泡?测量旋光度并记下时间(α和t)?每间隔约5分钟测量一次，11 共测量7组数据。 3. α?的测量:上述7组数据测量完成后，倒掉旋光管中未完全水解的溶液，取出置于50?水浴的反应溶液，冷却至室温，用该溶液润洗2次旋光管，测量α?，1将旋光管再置于低于60度水浴加热5分钟，取出并冷却后再次测量旋光度α?，2直至两次测量的旋光度相等。 测量麦芽糖的旋光度的数据便于读取和处理，所拥有的旋光仪也是常规实验室所具备的，具有普遍性，利于我们的实验的进行。且根据实验旋光度的确定，不仅能测定麦芽糖的水解反应速率和化学反应动力学的研究，还可根据Arrhenius公式求出该反应温度范围的平均活化能。 四、数据处理: 表1.麦芽糖溶液的旋光度时间的变化表 3 “麦芽糖水解速率的测定” 图1.麦芽糖溶液旋光度随时间变化曲线图 所以麦芽糖的水解速率常数为0.0018。 五、结论 1. 根据处理的实验图像，可得斜率值即麦芽糖水解速率常数为0.0018。 2. 麦芽糖水解作用通常很慢，但加入高浓度的酸时，水解速率和[H+]不成比例。 3. 麦芽糖属于糖类，因分子结构有不对称的碳原子而具有旋光性，作为物质的一种性质，相应的比旋光度可反映物质的纯度。可采用旋光度、比旋光度表示。通过旋光仪测定具体数据，进而分析麦芽糖的水解速率。 4. 此法不仅拓宽了 旋光法测定水解反应速率常数的应用范围 ，也丰富了糖类物质 水解反应的有关物理常数 。 4 “麦芽糖水解速率的测定” 六、分析与总结 6.1 实验分析: 1. 实验的温度对旋光度的测定具有很大的影响，每次测量的间隙，温度有 可能有些微的变化，导致一小部分的误差。 2. 若测量多组不同浓度麦芽糖的旋光度能够得到更多的数据，便于分析整 理。 3. 该方法得到的麦芽糖的旋光度是一种近似结果，具有小部分的偏差。 6.2 实验总结: 1. 麦芽糖的旋光度的数据很难找到，所以实验测得的数据也是具有一定参考 价值的。 2. 认识并学习了对旋光仪的使用。 3. 实验前必须做好对实验操作，目的，需数据的数据等准备。 4. 麦芽糖的水解速率常数跟温度，催化剂的种类，盐酸的浓度都有关。 5. 对测试精度要求不太高时，用旋光法是一种很简便快速的方法。 5 “麦芽糖水解速率的测定” 七、文献综述: 1)根据华东师范大学的张欣 ，丁祥欢，朱雪焱 ，叶建农老师在《乳糖和麦芽糖水解反应速率常数的毛细管电泳测定方法》一文中，利用具有高分辩率和高灵敏度的毛细管电泳——电化学检测方法测定麦芽糖及其水解产物的浓度随反应时间变化的规律。已有资料说明，乳糖和麦芽糖在酸性条件下的水解反应皆为一级反应 。，本文在此基础上，利用它们水解和检测的可行性 ，用毛细管电泳对乳糖和麦芽糖的水解常数进行测定，直观地体现了温度、时间 、浓度三者之间的 [1]关系。 2) 成都生物制品研究所的黄凤琼，栗克喜，樊玫，毛秀珍，林晓军在《用旋光度法测定静脉注射用人免疫球蛋白中麦芽糖含量》用旋光度测定法测定静脉注射用人免疫球蛋白(IvIG)中麦芽糖含量，简便、快速，准确，重复性好，麦芽糖的浓度与旋光度成正比，用该方法制备标准曲线具有很好的相关性。实验比较了钨酸钠和硫酸锌两种蛋白沉淀剂对样品进行处理测定麦芽糖，样品回收率均比较满意。但发现用ZnS04沉淀的蛋白呈胶状体，如果pH未控制好，滤液浑浊，影响旋光度测定。而NaWO3的蛋白则呈较细小的颗粒，因此认为选择NaWO3作沉 [2]淀剂更理想。从两种测定方法的比较结果可以看出，用从两种方法测定麦芽糖的含量无显著差异。此法可作为IVIG中麦芽糖含量检测的常规方法。 3) 韶关学院食品科学与工程学院的赵世民老师在《旋光物质旋光方向的确定及旋光度测算》中，通过几何学的方法，就如何校正旋光仪的零点、确定旋光方向、测定旋光度以及计算比旋光度进 行了探讨。首先根据三分视场的明暗变化确定平面偏振光的零点位置，结合旋光仪刻度盘的读数求算出旋光仪的零点校正值。根据平面偏振光的旋光方向与旋光仪的刻度盘旋转方向之间的几何关系，判 断旋光仪的刻度盘旋转方向是否与平面偏振光的旋光方向一致，据此判断蔗糖及其水解产物的旋光方 向，再根据旋光仪刻度盘旋转的角度求算出平面偏振光旋转的角度，进而求算出相应的比旋光度。结果 表明，根据平面偏振光的旋光方向与旋光仪的刻度盘旋转方向之间的几何关系，可以正确确定旋光物质的旋光方 [3]向和求算其旋光度。 4) 杭州电子科技大学理学院的黄曙江老师在《一种糖溶液旋光度的测量方法和 6 “麦芽糖水解速率的测定” 不确定度分析 》中讨论了用普通的旋光仪测量糖溶液的旋光度时产生的测量不确定度较大，提出通过改变人射光和接收系统。即采用半导体激光和OCD接收与示波器显示相结合来测定旋光度。这样不仅能提高综合使用仪器的能力，同时 [4]提高了测量的精度。 5) 靳永胜、张文戈在《测定蔗糖水解速率常数的实验改进》 本文的目的是把蔗糖水解速率常数测定中用到的无限长时间后 的旋光度“ɑ?” 合并入常数项 [5]中, 使它对速率常数的测定不产生 影响, 从而在实验中取消“ ɑ?”的测定。 6) 上海工程技术大学的陈余行，张亮老师在《一种新的蔗糖水解反应实验设计》中，对蔗糖转化反应动力学实验的实验思路、内容设计进行了重新设计， [6]简化了实验过程，提 高了实验可操作性，实际测定结果满意。 7) 齐齐哈尔大学的粱敏，邹东恢，赵桦萍在《蔗糖水解反应速率常数测定实验的改进》中，对蔗糖转化反应动力学实验的实验装置、内容设计厦数据处理方法 [7]进行了改进(实际测定结果与文献值比较。结果满意。 8) 湖南理工学院化学化工的周从山(杨涛老师在《蔗糖水解实验数据处理新方法》中，为了提高蔗糖水解反应实验结果分析的准确性，提出了一个准确、快速、适于学生实验的数据处理的新方法:采用 外推法确定嘞。进而计算n(。采用二次曲线拟合hCa一口()与时间关系。计算速率常数。该方法同时能够分析 [8]实验过程 中温度对速率常数的影响。 9) 张掖师范高等专科学校化学系的岳国仁 ，薛国庆，于金兰在《MicrosoR Excel 在庶糖水解速率常数测定结果处理中的应用》中，对Microsoft Excel在庶糖水解速率常数测定实验结果处理中的应用作了探索性的研究，显示出该方法的许多优 [9]点，并对实验结果作了线性回归比较( 7 “麦芽糖水解速率的测定” 参考文献: [1] 张欣，丁祥欢，朱雪焱 ，叶建农乳糖和麦芽糖水解反应速率常数的毛细管电泳测定方法[J]华东师范大学，2000,22(4):228 229， [2]黄凤琼，栗克喜，樊玫，毛秀珍，林晓军用旋光度法测定静脉注射用人免疫球蛋白中麦芽糖含量[J]成都生物制品研究所[J]， [3]赵世民旋光物质旋光方向的确定及旋光度测算韶关学院食品科学与工程学院[J]，1006-4303(2009)05-0542-03 [4]黄曙江一种糖溶液旋光度的测量方法和不确定度分析[J]，杭州电子科技大学理学院，0253-2417(2014)05-0115-07 [5]靳永胜、张文戈测定蔗糖水解速率常数的实验改进[J]，杭州电子科技大学理学院，1997,28(4):213 214 [6] 陈余行，张亮一种新的蔗糖水解反应实验设计方案[J]，上海工程技术大学， -0165-07 0253-2335(2014)05 [7]粱敏，邹东恢，赵桦萍蔗糖水解反应速率常数测定实验的改进[J]，齐齐哈尔大学，1997,28(4):213 214 [8] 周从山，杨涛蔗糖水解实验数据处理新方法[J]，湖南理工学院化学化工，1006-4303(2009)05-0542-03 [9]岳国仁 薛国庆于金兰在庶糖水解速率常数测定结果处理中的应用[J]，张掖师范高等专科学校化学系，0253-2417(2014)05-0115-09 8