振荡反应的耦合课件.ppt

1、目录1.概述与历史概述与历史2.反应机理反应机理3.典型应用典型应用“汞心脏汞心脏”实验实验1 2 3 4 5 6 人们首次正式发现化学振荡反应是在人们首次正式发现化学振荡反应是在19211921年美国科年美国科学家学家W WC CBray Bray 用用H H2 2O O2 2、IOIO3 3-和丙二酸和丙二酸 (H(H2 2SOSO4 4为介为介质质,MnSO,MnSO4 4为催化剂为催化剂)进行反应时进行反应时,发现系统中碘的浓发现系统中碘的浓度及的氧气生成速率均随时间产生周期性变化。度及的氧气生成速率均随时间产生周期性变化。但之后很长时间内人们一直无法从热力学的角度来但之后很长时间内人

2、们一直无法从热力学的角度来 解释化学振荡反应产生的原因。造成了化学振荡反解释化学振荡反应产生的原因。造成了化学振荡反应被人们冷落了很长时间。应被人们冷落了很长时间。2020世纪世纪5050年代末年代末B-ZB-Z反应的发现之后，研究步伐大反应的发现之后，研究步伐大大提高，至今余热不减。大提高，至今余热不减。1977年诺贝尔奖获得者比利时化学家Prigogine的工作最为重要。1945年提出了最小熵产生原理,从热力学上证明了在近离平衡时不可能发生振荡反应。这样就促使人们去研究一些远离平衡态的系统。1969年他领导下的布鲁塞尔学派又提出了著名的耗散结构dissipative structures理

3、论。从热力学上证明了化学振荡反应的发生是可能的。生物体就是这样一种体系。某些远离平衡态的系统,通过耗散能量和物质,有可能达到一种时间或空间有序的状态,称这种状态为耗散结构。发生原因与条件发生原因与条件条件远离平衡态远离平衡态 有反馈机制有反馈机制 双重稳定态双重稳定态 是开放系统是开放系统 dEdS=deS+diS 0deSdiS0封闭体系diS0有序体系diS0dE BrO3-+2Br-+3CH2(COOH)2 3BrCH(COOH)2+3H2OA 4Ce3+BrO3-+5H+HOBr+2H2O+4Ce4+B 4Ce4+BrCH(COOH)2+HOBr+H2O2Br-+4Ce3+3CO2+6

4、H+C 简化过程黄色无色黄色无色B-Z反应及其机理反应及其机理应用应用原理原理微量或痕量化学物质的浓度微量或痕量化学物质的浓度c与振荡曲线某一参数与振荡曲线某一参数p（如周期或频率、诱导期、（如周期或频率、诱导期、振幅与寿命等）的变化呈良好的线性依赖关系振幅与寿命等）的变化呈良好的线性依赖关系(p=f(c)，以此测量其含量。，以此测量其含量。曲线参数曲线参数物资浓度物资浓度 促进促进抑制抑制主要技术主要技术连续流通搅拌反应装置（连续流通搅拌反应装置（CSTR）分析物脉冲扰动技术（分析物脉冲扰动技术（APP）应用体系应用体系最多的是最多的是B-Z振荡体系，其次是铜振荡体系，振荡体系，其次是铜振荡

5、体系，重要的还有过氧化酶重要的还有过氧化酶-氧化酶生物振荡体系。氧化酶生物振荡体系。优点优点灵敏度高、谱图信息丰富、可供选择的分析参数多,可以进行适时、动态过程分析等无机阴离子的检测Fe(CN)63-和Fe(CN)64-能减小振幅,而振荡的频率几乎不变；F-、Cl-、I-对B-Z 振荡的抑制作用也被用于分析测试,如测量人体血浆中的痕量氯离子。金属离子的检测Ru()和Ru()的硫酸盐可增加B-Z振荡的频率，Ru浓度与振荡周期的减少呈线性关系;Hg()和Ti()可以通过增加B-Z反应的诱导期而能被测得；其他金属离子原理类似。应用举例应用举例有人提出机理认为条件是金属离子必须有两个稳定氧化态，且只能

6、转移一个电子。气体分子浓度的检测对NO、CO、Cl2都有应用。有机物的检测生物相关应用医药医药：药物分析中对维生素类、抗生素、海洛因、中草药有效成分进行测定。临床上对血清和尿液在振荡体系中影响的研究，为诊断提供了新的依据。糖类糖类：木糖醇是糖类代谢的中间体，是糖尿病和肝并发症病人的理想药物，有人对木糖醇在B-Z振荡体系中的振荡特征作了相关研究，取得了一定成果。神经保护剂甘露醇（MO）和山梨醇（SO）是旋光异构体，他们在特定振荡体系中能够产生明显的分区振荡，说明振荡反应能鉴别物质结构上的区别。氨基酸和肽氨基酸和肽：谷胱甘肽是血液中的一种精确的生物标志,在人体内含量高时健康和精力充沛,含量低时则患

7、病与衰老的机率增高,通过重新补充谷胱甘肽就可以延缓衰老的进程。研究证实乙醇抑制中药振荡反应，所以吃中药该忌酒。药物对振荡反应体系的影响研究药物对振荡反应体系的影响研究通过研究药物对化学振荡反应产生的干扰、对生命系统的周期性现象更深刻的认识,可为医学的发展提供重要信息反应振荡器的设计和机理研究反应振荡器的设计和机理研究 寻找灵敏度高、选择性好的反应体系.研究这些振荡反应机理可为非线性科学的建立、发展起推动作用。振荡反应的耦合振荡反应的耦合 振荡反应的耦合对人们揭示生物体系的复杂性具有重大的意义。如从单酶体系向多酶体系发展，因为生物体内的振荡反应都是属于多酶体系的。化学振荡反应在痕量分析测试中得到

8、越来化学振荡反应在痕量分析测试中得到越来越广泛的应用；同时也对推测生物体新陈越广泛的应用；同时也对推测生物体新陈代谢的本质提供了非常有用的方法。代谢的本质提供了非常有用的方法。可以预见可以预见,化学振荡在食品检测与控制、化学振荡在食品检测与控制、环境保护、生物信息传递、生物神经活动环境保护、生物信息传递、生物神经活动过程等领域都将会有广阔的发展前景！过程等领域都将会有广阔的发展前景！1 王俊,刘志宏,蔡汝秀,林智信,生物时空振荡分析法,化学进展,2006,26(1):100-106;2 高锦章，化学振荡现象在分析化学中的应用，西北师范大学学报（自然科学版）2002,38(3):100-105；

9、3 孙传庆,商韬,刘卫兵，化学振荡反应及其应用，陕西师范大学学报(自然科学版)，2004,32(sub):95-98;4 索 南，化学振荡反应在药物分析中的应用，青海师范大学民族师范学院学报，2006,17(1):60-63；5 孟晓荣，李娜，邢远清，马彩莲，胡新婷，化学振荡反应的生物应用研究，化工时刊，2006,20(6):59-626 向晓明,张斌,化学振荡及其应用,西北民族学院学报(自然科学版),2002,23(4)7 何国芳,郑茂菊，化学振荡反应，泰安师专学报，2001,23(3):68-69；8 向晓明,张斌，化学振荡及其应用，西北民族学院学报(自然科学版)，2002,23(46):15-18