振蕩反應(yīng)的耦合課件

化學(xué)振蕩反應(yīng)及其在分析中的應(yīng)用顧紅專19120051203262化學(xué)系四班化學(xué)振蕩反應(yīng)及其在分析中的應(yīng)用顧紅專191200512031目錄概述與歷史反應(yīng)機(jī)理典型應(yīng)用化學(xué)振蕩現(xiàn)象是指反應(yīng)體系中產(chǎn)物或中間體的某些狀態(tài)量（如物質(zhì)濃度）隨時(shí)間、空間的變化而發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象。目錄概述與歷史化學(xué)振蕩現(xiàn)象是指反應(yīng)體系中產(chǎn)物或中間體2德國(guó)科學(xué)家李普曼GabrielLippmann于1876年實(shí)驗(yàn)室配制溶液時(shí)碰巧發(fā)現(xiàn)一顆汞珠在溶液中自發(fā)地不斷收縮、擴(kuò)張,如心臟的跳動(dòng)一般?！肮呐K”實(shí)驗(yàn)1

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德國(guó)科學(xué)家李普曼GabrielLippmann于183

人們首次正式發(fā)現(xiàn)化學(xué)振蕩反應(yīng)是在1921年美國(guó)科學(xué)家W·C·Bray用H2O2、IO3-和丙二酸(H2SO4為介質(zhì),MnSO4為催化劑)進(jìn)行反應(yīng)時(shí),發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中碘的濃度及的氧氣生成速率均隨時(shí)間產(chǎn)生周期性變化。

但之后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)人們一直無法從熱力學(xué)的角度來解釋化學(xué)振蕩反應(yīng)產(chǎn)生的原因。造成了化學(xué)振蕩反應(yīng)被人們冷落了很長(zhǎng)時(shí)間。20世紀(jì)50年代末B-Z反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)之后，研究步伐大大提高，至今余熱不減。 人們首次正式發(fā)現(xiàn)化學(xué)振蕩反應(yīng)是在1921年美國(guó)科學(xué)家W·4

1977年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者比利時(shí)化學(xué)家Prigogine的工作最為重要。1945年提出了最小熵產(chǎn)生原理,從熱力學(xué)上證明了在近離平衡時(shí)不可能發(fā)生振蕩反應(yīng)。這樣就促使人們?nèi)パ芯恳恍┻h(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)。1969年他領(lǐng)導(dǎo)下的布魯塞爾學(xué)派又提出了著名的耗散結(jié)構(gòu)dissipativestructures理論。從熱力學(xué)上證明了化學(xué)振蕩反應(yīng)的發(fā)生是可能的。生物體就是這樣一種體系。

某些遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng),通過耗散能量和物質(zhì),有可能達(dá)到一種時(shí)間或空間有序的狀態(tài),稱這種狀態(tài)為耗散結(jié)構(gòu)。發(fā)生原因與條件1977年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者比利時(shí)化學(xué)家Prigogin5條件遠(yuǎn)離平衡態(tài)

有反饋機(jī)制

雙重穩(wěn)定態(tài)

是開放系統(tǒng)

dEdS=deS+diS≤0deS≤diS≤0封閉體系diS>0有序體系diS>0dE條件遠(yuǎn)離平衡態(tài)有反饋機(jī)制雙重穩(wěn)定態(tài)是開放系統(tǒng)dEdS6目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)振蕩反應(yīng)的種類比較多,但最受人們重視并且被廣泛深入研究的是B-Z反應(yīng)。

對(duì)B—Z反應(yīng)機(jī)理的分析，最有代表性的工作是Field,Koros和Noyes3位科學(xué)家完成的，合稱為FNK機(jī)理。BrO3-+2Br-+3CH2(COOH)2→3BrCH(COOH)2+3H2OA4Ce3++BrO3-+5H+→HOBr+2H2O+4Ce4+B4Ce4++BrCH(COOH)2+HOBr+H2O→2Br-+4Ce3++3CO2+6H+C簡(jiǎn)化過程簡(jiǎn)單地說,A過程使Br-濃度降低,C過程使Br-濃度再生,亞溴酸HBrO2的生成與消失,即自催化現(xiàn)象集中在過程B,宏觀上看到的是[Ce4+]與[Ce3+]的變化,即→

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→??的周期性變化.黃色無色黃色無色B-Z反應(yīng)及其機(jī)理目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)振蕩反應(yīng)的種類比較多,但最受人們重視并7應(yīng)用原理微量或痕量化學(xué)物質(zhì)的濃度c與振蕩曲線某一參數(shù)p（如周期或頻率、誘導(dǎo)期、振幅與壽命等）的變化呈良好的線性依賴關(guān)系(p=f(c))，以此測(cè)量其含量。曲線參數(shù)物資濃度

促進(jìn)抑制主要技術(shù)連續(xù)流通攪拌反應(yīng)裝置（CSTR）分析物脈沖擾動(dòng)技術(shù)（APP）應(yīng)用體系最多的是B-Z振蕩體系，其次是銅振蕩體系，重要的還有過氧化酶-氧化酶生物振蕩體系。優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、譜圖信息豐富、可供選擇的分析參數(shù)多,可以進(jìn)行適時(shí)、動(dòng)態(tài)過程分析等應(yīng)用原理微量或痕量化學(xué)物質(zhì)的濃度c與振蕩曲線某一參數(shù)p（如周8無機(jī)陰離子的檢測(cè) Fe(CN)63-和Fe(CN)64-能減小振幅,而振蕩的頻率幾乎不變；F-、Cl-、I-對(duì)B-Z振蕩的抑制作用也被用于分析測(cè)試,如測(cè)量人體血漿中的痕量氯離子。金屬離子的檢測(cè)

Ru(Ⅲ)和Ru(Ⅳ)的硫酸鹽可增加B-Z振蕩的頻率，Ru濃度與振蕩周期的減少呈線性關(guān)系;Hg(Ⅱ)和Ti(Ⅰ)可以通過增加B-Z反應(yīng)的誘導(dǎo)期而能被測(cè)得；其他金屬離子原理類似。應(yīng)用舉例有人提出機(jī)理認(rèn)為條件是金屬離子必須有兩個(gè)穩(wěn)定氧化態(tài)，且只能轉(zhuǎn)移一個(gè)電子。氣體分子濃度的檢測(cè)

對(duì)NO、CO、Cl2都有應(yīng)用。有機(jī)物的檢測(cè)無機(jī)陰離子的檢測(cè)金屬離子的檢測(cè)應(yīng)用舉例有人提出機(jī)理認(rèn)為條件9生物相關(guān)應(yīng)用醫(yī)藥：藥物分析中對(duì)維生素類、抗生素、海洛因、中草藥有效成分進(jìn)行測(cè)定。臨床上對(duì)血清和尿液在振蕩體系中影響的研究，為診斷提供了新的依據(jù)。糖類：

木糖醇是糖類代謝的中間體，是糖尿病和肝并發(fā)癥病人的理想藥物，有人對(duì)木糖醇在B-Z振蕩體系中的振蕩特征作了相關(guān)研究，取得了一定成果。神經(jīng)保護(hù)劑甘露醇（MO）和山梨醇（SO）是旋光異構(gòu)體，他們?cè)谔囟ㄕ袷庴w系中能夠產(chǎn)生明顯的分區(qū)振蕩，說明振蕩反應(yīng)能鑒別物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。氨基酸和肽：

谷胱甘肽是血液中的一種精確的生物標(biāo)志,在人體內(nèi)含量高時(shí)健康和精力充沛,含量低時(shí)則患病與衰老的機(jī)率增高,通過重新補(bǔ)充谷胱甘肽就可以延緩衰老的進(jìn)程。研究證實(shí)乙醇抑制中藥振蕩反應(yīng)，所以吃中藥該忌酒。生物相關(guān)應(yīng)用醫(yī)藥：糖類：氨基酸和肽：研究證實(shí)乙醇抑制中藥振蕩10藥物對(duì)振蕩反應(yīng)體系的影響研究 通過研究藥物對(duì)化學(xué)振蕩反應(yīng)產(chǎn)生的干擾、對(duì)生命系統(tǒng)的周期性現(xiàn)象更深刻的認(rèn)識(shí),可為醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供重要信息應(yīng)用展望反應(yīng)振蕩器的設(shè)計(jì)和機(jī)理研究

尋找靈敏度高、選擇性好的反應(yīng)體系.研究這些振蕩反應(yīng)機(jī)理可為非線性科學(xué)的建立、發(fā)展起推動(dòng)作用。振蕩反應(yīng)的耦合振蕩反應(yīng)的耦合對(duì)人們揭示生物體系的復(fù)雜性具有重大的意義。如從單酶體系向多酶體系發(fā)展，因?yàn)樯矬w內(nèi)的振蕩反應(yīng)都是屬于多酶體系的。藥物對(duì)振蕩反應(yīng)體系的影響研究應(yīng)用展望反應(yīng)振蕩器的設(shè)計(jì)和機(jī)理研11小結(jié)化學(xué)振蕩反應(yīng)在痕量分析測(cè)試中得到越來越廣泛的應(yīng)用；同時(shí)也對(duì)推測(cè)生物體新陳代謝的本質(zhì)提供了非常有用的方法?？梢灶A(yù)見,化學(xué)振蕩在食品檢測(cè)與控制、環(huán)境保護(hù)、生物信息傳遞、生物神經(jīng)活動(dòng)過程等領(lǐng)域都將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景！小結(jié)化學(xué)振蕩反應(yīng)在痕量分析測(cè)試中得到越來越廣泛的應(yīng)用；同時(shí)也12振蕩反應(yīng)的耦合課件13[1]王俊,劉志宏,蔡汝秀,林智信,生物時(shí)空振蕩分析法,化學(xué)進(jìn)展,2006,26(1):100-106;[2]高錦章，化學(xué)振蕩現(xiàn)象在分析化學(xué)中的應(yīng)用，西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2002,38(3):100-105；[3]孫傳慶,商韜,劉衛(wèi)兵，化學(xué)振蕩反應(yīng)及其應(yīng)用，陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004,32(sub):95-98;[4]索南，化學(xué)振蕩反應(yīng)在藥物分析中的應(yīng)用，青海師范大學(xué)民族師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,17(1):60-63；[5]孟曉榮，李娜，邢遠(yuǎn)清，馬彩蓮，胡新婷，化學(xué)振蕩反應(yīng)的生物應(yīng)用研究，化工時(shí)刊，2006,20(6):59-62[6]向曉明,張斌,化學(xué)振蕩及其應(yīng)用,西北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,23(4)[7]何國(guó)芳,鄭茂菊，化學(xué)振蕩反應(yīng)，泰安師專學(xué)報(bào)，2001,23(3):68-69；[8]向曉明,張斌，化學(xué)振蕩及其應(yīng)用，西北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002,23(46):15-18參考文獻(xiàn)：[1]王俊,劉志宏,蔡汝秀,林智信,生物時(shí)空振蕩分析法,14化學(xué)振蕩反應(yīng)及其在分析中的應(yīng)用顧紅專19120051203262化學(xué)系四班化學(xué)振蕩反應(yīng)及其在分析中的應(yīng)用顧紅專1912005120315目錄概述與歷史反應(yīng)機(jī)理典型應(yīng)用化學(xué)振蕩現(xiàn)象是指反應(yīng)體系中產(chǎn)物或中間體的某些狀態(tài)量（如物質(zhì)濃度）隨時(shí)間、空間的變化而發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象。目錄概述與歷史化學(xué)振蕩現(xiàn)象是指反應(yīng)體系中產(chǎn)物或中間體16德國(guó)科學(xué)家李普曼GabrielLippmann于1876年實(shí)驗(yàn)室配制溶液時(shí)碰巧發(fā)現(xiàn)一顆汞珠在溶液中自發(fā)地不斷收縮、擴(kuò)張,如心臟的跳動(dòng)一般。“汞心臟”實(shí)驗(yàn)1

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德國(guó)科學(xué)家李普曼GabrielLippmann于1817

人們首次正式發(fā)現(xiàn)化學(xué)振蕩反應(yīng)是在1921年美國(guó)科學(xué)家W·C·Bray用H2O2、IO3-和丙二酸(H2SO4為介質(zhì),MnSO4為催化劑)進(jìn)行反應(yīng)時(shí),發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中碘的濃度及的氧氣生成速率均隨時(shí)間產(chǎn)生周期性變化。

但之后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)人們一直無法從熱力學(xué)的角度來解釋化學(xué)振蕩反應(yīng)產(chǎn)生的原因。造成了化學(xué)振蕩反應(yīng)被人們冷落了很長(zhǎng)時(shí)間。20世紀(jì)50年代末B-Z反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)之后，研究步伐大大提高，至今余熱不減。 人們首次正式發(fā)現(xiàn)化學(xué)振蕩反應(yīng)是在1921年美國(guó)科學(xué)家W·18

1977年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者比利時(shí)化學(xué)家Prigogine的工作最為重要。1945年提出了最小熵產(chǎn)生原理,從熱力學(xué)上證明了在近離平衡時(shí)不可能發(fā)生振蕩反應(yīng)。這樣就促使人們?nèi)パ芯恳恍┻h(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)。1969年他領(lǐng)導(dǎo)下的布魯塞爾學(xué)派又提出了著名的耗散結(jié)構(gòu)dissipativestructures理論。從熱力學(xué)上證明了化學(xué)振蕩反應(yīng)的發(fā)生是可能的。生物體就是這樣一種體系。

某些遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng),通過耗散能量和物質(zhì),有可能達(dá)到一種時(shí)間或空間有序的狀態(tài),稱這種狀態(tài)為耗散結(jié)構(gòu)。發(fā)生原因與條件1977年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者比利時(shí)化學(xué)家Prigogin19條件遠(yuǎn)離平衡態(tài)

有反饋機(jī)制

雙重穩(wěn)定態(tài)

是開放系統(tǒng)

dEdS=deS+diS≤0deS≤diS≤0封閉體系diS>0有序體系diS>0dE條件遠(yuǎn)離平衡態(tài)有反饋機(jī)制雙重穩(wěn)定態(tài)是開放系統(tǒng)dEdS20目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)振蕩反應(yīng)的種類比較多,但最受人們重視并且被廣泛深入研究的是B-Z反應(yīng)。

對(duì)B—Z反應(yīng)機(jī)理的分析，最有代表性的工作是Field,Koros和Noyes3位科學(xué)家完成的，合稱為FNK機(jī)理。BrO3-+2Br-+3CH2(COOH)2→3BrCH(COOH)2+3H2OA4Ce3++BrO3-+5H+→HOBr+2H2O+4Ce4+B4Ce4++BrCH(COOH)2+HOBr+H2O→2Br-+4Ce3++3CO2+6H+C簡(jiǎn)化過程簡(jiǎn)單地說,A過程使Br-濃度降低,C過程使Br-濃度再生,亞溴酸HBrO2的生成與消失,即自催化現(xiàn)象集中在過程B,宏觀上看到的是[Ce4+]與[Ce3+]的變化,即→

→

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→??的周期性變化.黃色無色黃色無色B-Z反應(yīng)及其機(jī)理目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)振蕩反應(yīng)的種類比較多,但最受人們重視并21應(yīng)用原理微量或痕量化學(xué)物質(zhì)的濃度c與振蕩曲線某一參數(shù)p（如周期或頻率、誘導(dǎo)期、振幅與壽命等）的變化呈良好的線性依賴關(guān)系(p=f(c))，以此測(cè)量其含量。曲線參數(shù)物資濃度

促進(jìn)抑制主要技術(shù)連續(xù)流通攪拌反應(yīng)裝置（CSTR）分析物脈沖擾動(dòng)技術(shù)（APP）應(yīng)用體系最多的是B-Z振蕩體系，其次是銅振蕩體系，重要的還有過氧化酶-氧化酶生物振蕩體系。優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、譜圖信息豐富、可供選擇的分析參數(shù)多,可以進(jìn)行適時(shí)、動(dòng)態(tài)過程分析等應(yīng)用原理微量或痕量化學(xué)物質(zhì)的濃度c與振蕩曲線某一參數(shù)p（如周22無機(jī)陰離子的檢測(cè) Fe(CN)63-和Fe(CN)64-能減小振幅,而振蕩的頻率幾乎不變；F-、Cl-、I-對(duì)B-Z振蕩的抑制作用也被用于分析測(cè)試,如測(cè)量人體血漿中的痕量氯離子。金屬離子的檢測(cè)

Ru(Ⅲ)和Ru(Ⅳ)的硫酸鹽可增加B-Z振蕩的頻率，Ru濃度與振蕩周期的減少呈線性關(guān)系;Hg(Ⅱ)和Ti(Ⅰ)可以通過增加B-Z反應(yīng)的誘導(dǎo)期而能被測(cè)得；其他金屬離子原理類似。應(yīng)用舉例有人提出機(jī)理認(rèn)為條件是金屬離子必須有兩個(gè)穩(wěn)定氧化態(tài)，且只能轉(zhuǎn)移一個(gè)電子。氣體分子濃度的檢測(cè)

對(duì)NO、CO、Cl2都有應(yīng)用。有機(jī)物的檢測(cè)無機(jī)陰離子的檢測(cè)金屬離子的檢測(cè)應(yīng)用舉例有人提出機(jī)理認(rèn)為條件23生物相關(guān)應(yīng)用醫(yī)藥：藥物分析中對(duì)維生素類、抗生素、海洛因、中草藥有效成分進(jìn)行測(cè)定。臨床上對(duì)血清和尿液在振蕩體系中影響的研究，為診斷提供了新的依據(jù)。糖類：

木糖醇是糖類代謝的中間體，是糖尿病和肝并發(fā)癥病人的理想藥物，有人對(duì)木糖醇在B-Z振蕩體系中的振蕩特征作了相關(guān)研究，取得了一定成果。神經(jīng)保護(hù)劑甘露醇（MO）和山梨醇（SO）是旋光異構(gòu)體，他們?cè)谔囟ㄕ袷庴w系中能夠產(chǎn)生明顯的分區(qū)振蕩，說明振蕩反應(yīng)能鑒別物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。氨基酸和肽：

谷胱甘肽是血液中的一種精確的生物標(biāo)志,在人體內(nèi)含量高時(shí)健康和精力充沛,含量低時(shí)則患病與衰老的機(jī)率增高,通過重新補(bǔ)充谷胱甘肽就可以延緩衰老的進(jìn)程。研究證實(shí)乙醇抑制中藥振蕩反應(yīng)，所以吃中藥該忌酒。生物相關(guān)應(yīng)用醫(yī)藥：糖類：氨基酸和肽：研究證實(shí)乙醇抑制中藥振蕩24藥物對(duì)振蕩反應(yīng)體系的影響研究 通過研究藥物對(duì)化學(xué)振蕩反應(yīng)產(chǎn)生的干擾、對(duì)生命系統(tǒng)的周期性現(xiàn)象更深刻的認(rèn)識(shí),可為醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供重要信息應(yīng)用展望反應(yīng)振蕩器的設(shè)計(jì)和機(jī)理研究

尋找靈敏度高、選擇性好的反應(yīng)體系.研究這些振蕩反應(yīng)機(jī)理可為非線性科學(xué)的建立、發(fā)展起推動(dòng)作用。振蕩反應(yīng)的耦合振蕩反應(yīng)的耦合對(duì)人們揭示生物體系的復(fù)雜性具有重大的意義。如從單酶體系向多酶體系發(fā)展，因?yàn)樯矬w內(nèi)的振蕩反應(yīng)都是屬于多酶體