前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的二氧化碳影响主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
【关键词】热膨胀;轴位移
神华宁煤烯烃项目二氧化碳压缩机试车过程中,由于减速机轴位移超标,导致连锁跳车。经过充分考虑变速箱传动轴热膨胀引起的误差,重新设置报警值和跳车值后,设备运行正常。
1、问题的产生
1.1压缩机参数
透平(驱动机)型号SST-600,压缩机型号STC-GV
透平参数:功率16813Kw,转速:7200rpm。
减速箱参数:与透平连接的输入端7200rpm,与压缩机连接的输出端1500rpm
1.2试车过程
在压缩机组试车时,每当运行到70分钟时,就会发生减速箱轴位移量超标跳车。
减速箱结构和轴位移传感器安装位置见(图一)。
设备供应商设置的原始报警值±0.185mm、跳车值±0.215mm。
试车运行数据见(表一),轴向压缩机方向的移动量取正值,反方向取负值,零点为移动范围的中心点。
2、分析和处理
2.1原因分析
将减速箱拆开后,实测推力瓦间隙值为0.37mm,推力瓦架热膨胀产生的间隙为0.1336mm,热态时总间隙为0.37m + 0.1336mm m= 0.5036mm,与原始设定的减速箱低速轴轴位移报警值±0.185和跳车值±0.215一致。(推力瓦架热膨胀量计算:推力瓦固定架材质为不锈钢,在0℃--100℃之间热膨胀系数为0.0167,推力瓦固定架长度0.2m,由25℃提高到65℃时,热膨胀量0.2×0.0167×(65-25)=0.1336mm)
由于轴位移传感器安装在推力瓦支撑位置的轴另一侧端面处,所以其读数应当为实际轴位移量与轴热膨胀量之和,轴热膨胀量0.334mm(轴热膨胀量计算:轴材质为不锈钢,在0℃--100℃之间热膨胀系数为0.0167,轴有效膨胀长度0.8m,由25℃提高到50℃时,热膨胀量0.8×0.0167×(50-25)=0.334mm)与实测间隙0.37mm相当,是不能被忽略的因素,当轴在正常的位置(推力瓦中间)工作时,随着温度的上升位移量不断升高,当达到0.215时跳车,如果解除跳车连锁,位移传感器显示的轴位移量可以达到0.334mm。这也解释了跳车时推力瓦温度没有明显升高和明显磨损的原因。
分析结果:设备供应商在设定减速箱轴位移报警值和跳车值时,没有充分考虑轴热膨胀的影响,设定值不合理导致压缩机跳车。
2.2解决方案
2.2.1计算报警值和跳车值并重新设定
实测总位移量0.37mm,推力瓦架热膨胀产生的间隙为0.1336mm,轴热膨胀量0.334mm。向透平侧移动为负值,向压缩机方向移动为正值。当以两推力瓦中点为零点时,向透平侧移动最大值为-0.334-(0.37+0.1336)/2=-0.5858mm,向压缩机方向移动最大值为-0.334+(0.37+0.1336)/2=-0.0822mm
为了更直观的了解轴位移,将零点设置在推力瓦透平侧,向透平侧移动最大值为-0.334-0.1336/2=-0.4008mm,向压缩机方向移动最大值为-0.334+0.5036=-0.1696mm(初始工作时,受预紧力的作用,轴位于推力瓦的压缩机侧,初始值为0.37)。
最终将零点设置在推力瓦透平侧,报警值为±0.35mm,跳车值为±0.40mm。
2.2.2试运行
经过72小时试车,运行正常。移交生产后,使用正常。
3、结论
热膨胀引起轴向位移导致不正常的报警和连锁跳车,属于压缩机设计缺陷。目前,大多数此用途变速箱已经取消此报警和连锁跳车功能。热膨胀在设备的设计、制造、安装、运行中普遍存在,应提前预防。
关键词:外贸依存度、外资依存度碳排放、VAR模型
一、引言
在经济全球化,日益一体化的大背景下,贸易对于国家经济的发展起到日益重要的作用。而为应对全球性的气候变化,低碳排放日益成为全球关注的重点和讨论的焦点问题。传统的文献从环境库兹涅佐曲线的角度论证了收入变化与环境污染的倒U型曲线关系,而贸易作为收入增长的重要因素,碳排放作为环境污染的重要表现形式,两者的关系研究对于库兹涅佐曲线和积极减排作用的认识显得至关重要。以湖北省为例,探索湖北省贸易对碳排放的影响作用,是以一个新的视角来考虑碳排放的影响因素。湖北省位居中部,但伴随着中部崛起战略,以及湖北高新电子产业的兴起,贸易日益在经济发展起到日益关键的作用。而同时湖北省为节能减排做出巨大的努力,实施一系列的相关经济政策:碳排放权交易市场已经如火如荼的展开,武汉两型城市圈的不断推进与建立以及一些生态项目的实施等等。我国以1983年开始改革开放和对我贸易,湖北省作为中部大省,1990年开始对外贸易有了显著的规模,所以本文采取截取1990-2013年的较新的湖北省对外贸易相关数据,运用VAR模型具体分解分析对外贸易开放对于湖北省碳排放的相关影响因素,为实现全省有效控制碳排放提出有针对性的建议。
二、文献综述
关于环境库兹涅兹曲线,有很多研究者对此进行了实证研究。至少表明环境质量与收入水平之间的关系。从环境库兹涅佐曲线角度研究贸易与二氧化碳之间的具体联系,具有大量学者研究的文献基础。李秀香和张停(2004)以二氧化碳排放量为例分析了出口贸易增长对我国环境质量的影响,研究结果表明出口贸易的增长在一定程度上降低了人均二氧化碳的排放。李小平和卢现祥(2010)运用部分发达国家和中国各工业行业的二氧化碳排放量和贸易数据,通过实证研究发现国际贸易能够减少工业行业的二氧化碳排放总量和单位产出的二氧化碳排放量,所以中国并没有因为对外贸易而成为发达国家的"污染天堂"。这些大量的文献论证了贸易与碳排放之间的实证联系。而对于这种关系研究的计量方法也有很多,王源(2011)运用LMDI因素分解法研究中国国际贸易中的隐含碳的问题,庞军基于MARIO模型研究中欧贸易隐含的碳排放问题。大多数的文献主要集中于研究国家贸易出口却很少有将视角集中于省份的贸易对于碳排放的影响中。事实上贸易的政策倾向对于省市的经济发展以及节能减排的实施都有一定的影响。本文以湖北省为例,通过VAR模型,研究贸易开放程度对于碳排放的影响,以及提出相应的政策建议。
三、VAR 模型及变量选择
(一)变量选择
本文根据《中国统计年鉴》、《湖北省统计年鉴》中1990-2013年的较新的统计数据,作为研究对象。
以往研究贸易开放与二氧化碳排放关系的国内外文献中,多数是采用对贸易依存度指标来反映贸易开放程度,而忽视了对其他贸易开放度指标的考察。仅仅考察对外贸易依存度是不够的,其只能反映进出口规模的变化情况,考虑到研究期内多数年份外资企业的进出口在湖北对外贸易总额中所占的比重较大。因此本文将贸易开放程度表示为外贸依存度和外资依存度两部分。外贸依存度即进出口贸易总额与湖北地区生产总值之比,记为TR。外资依存度,是用当年外商直接投资与湖北地区生产总值的比值来表示的,记为FD。
由于化石等能源消费是碳排放的主要来源,所以在计算时主要以煤炭、石油和天然气三种碳排放量大的能源为基础对碳排放总量进行测算;依据IPCC 提供的测算方法,碳排放量= Σ 能源i 的消费量× 能源 i 的碳排放系数(i 为能源种类),能源消费量必须换算成统一热量单位的标准煤。另外,根据国家发展和改革委员会能源研究所的研究结果,煤炭、石油、天然气的碳排放系数分别为0.7476吨碳/吨标准煤、0.5825 吨碳/吨标准煤、0.4435 吨碳/吨标准煤。碳排放量记为C。为了避免在计量研究中出现异方差现象,以上序列均采取对数化处理,以ln(C)、ln(TR)、ln(FD) 作为研究序列。
(二)变量ADF检验结果
为了防止虚假回归,在建立VAR 模型之前,必须进行单位根检验,以检验该时间序列的平稳性并确定单整阶数。本文采用ADF 单位根检验方法。首先,使用Eviews 对序列进行显著性检验,其检验形式应设为既不含截距项也无时间趋势,并采用SC 信息准则自动设定最优滞后阶数。最终,得出检验结果如表一 所示,变量ln(C)、ln(TR的ADF 统计量均大于其临界值,是不平稳的。当一阶差分后,所有序列在10%的显著性水平上通过平稳性检验。当二阶差分后,所有序列在1%,5%,10%的显著性水平上均通过平稳性检验。而ln(FD)经检验直接平稳, 所以ln(C)、ln(TR)、ln(FD) 均为平稳序列。
(三)Johansen协整检验结果
约翰森(Johansen)在1988年及在1990年与杰森留斯(Juselius)一起提出的一种以VAR模型为基础的检验回归系数的方法,是一种进行多变量协整检验的较好方法。假设模型中无常数项和时间趋势项情况下,对ln(C)、ln(TR)、ln(FD)进行Johansen协整检验。检验结果表明,迹统计量和λ-max统计量在5%的显著性水平下均拒绝R=0、R≤1的原假设,接受R≤2的原假设,说明ln C、ln TR、ln FD之间存在协整关系,即湖北省的碳排放与外贸依存度和外资依存度之间存在长期均衡的关系。
(四)格兰杰因果关系检验
上文的协整检验证实了这三个变量间存在着长期的协整关系,但具体方向的因果关系仍然不能确定。为了研究LnTC、LnTR、这三个变量之间具体的因果关系,利用Granger因果检验分析他们的因果关系,检验结果显示:外贸依存度与二氧化碳排放存在着单向的因果关系,湖北省对外贸易的增长是导致二氧化碳排放增加的Granger原因,而二氧化碳排放不是对外贸易增加的Granger原因。
外资依存度和二氧化碳排放存在着单向的因果关系,即外资依存度是导致湖北省的二氧化碳排放量变化的Granger原因,而二氧化碳排放量的变化却是外资依存度的Granger原因。
(五)脉冲相应函数
脉冲响应函数刻画了内生变量对误差变化大小的反应,它是测量其随机扰动项的一个标准差冲击对内生变量当前值和未来取值带来的变化,它不仅能全面映射变量间的动态关系还可以量化各变量间扰动影响的数量关系。故运用Eviews7.0 软件对构建的VAR 模型进行脉冲响应函数分析,在此主要分析ln(C)、ln(TR)、ln(FD)间动态关系的路径变化,本文设定滞后阶数为10 期,脉冲响应结果表明:碳排放对对外贸依存度的脉冲响应曲线接近于倒U型曲线,外贸依存度对碳排放的的冲击为长期的正效应随着滞后期的推进,而后冲击力度小幅减缓并趋稳水平,说明外贸依存度对碳排放的冲击为持久效应,即湖北省对外贸易水平的高低会对碳排放的变动产生持续影响,对外贸易规模的扩大,会导致碳排放水平的稳步增加。而外资依存度对碳排放的冲击为长期的负效应,除去在第三期的小幅度增加外,其负效应持续推进,到第10期达到最低水平-0.004682,就滞后十期结果来看,其对于碳排放的负效应较小。所以由此得到的是对外贸易依存度对碳排放的冲击作用较大,而外资依存度对碳排放的冲击作用较小。
(六)方差分解分析
方差分解是通过将每一个内生变量分解为结构冲击各期方差的线性组合,计算结构冲击在不同期限内方差总和占各内生变量总方差的比例来度量结构冲击对内生变量的影响,可以更具体的表示内生变量相互影响的重要程度。它能够提炼对内生变量产生影响的每个随机扰动的相对重要性信息,能够量化每一个冲击对内生变量变化的贡献度,这里主要分析ln(C)、ln(TR)、ln(FD)所受冲击对碳排放的贡献率,方差分解结果表明:对外贸易依存度对碳排放变动的贡献率最大,但第1期开始贡献率达到85%逐渐下降,说明外贸依存度对碳排放不仅会产生即时效应还会在长期产生较强的影响,但这种影响逐步减弱,直至第10期的22.64%。外资依存度对碳排放的贡献率在在滞后第5期达到最大值7.06%后,小幅度逐步下降直至4.19%。说明外资依存度对碳排放的贡献具有短期时滞性和长期显赫的影响。而外资依存度的平均贡献度则只有2.08%。这个结果与上面脉冲响应函数分析所得的结论是一致的,即外商接投资对二氧化碳排放的影响比进出口贸易的影响要小。
四、结论与建议
第一,协整分析。单位根检验发现二氧化碳排放量、外贸依存度和外资依存度三个变量均属于I(1)序列。Johansen协整检验发现发现二氧化碳排放量与外贸依存度之间存在正的协整关系,而与外资依存度之间存在负的协整关系。因此,从实证角度来看,湖北省的进出口贸易产生了负的环境效应而外商直接投资产生了正的的环境效应。第二,Granger因果关系。Granger因果关系检验的结果显示了外贸依存度和外资依存度对于碳排放的影响关系。说明了外贸依存度和外资依存度是影响二氧化碳排放的重要影响原因。第三,脉冲响应。基于VAR模型的脉冲响应函数分析的模拟结果表明,外贸依存度冲击响应累计值为正值,外资依存度位负值,两者都有一定的滞后效应。二氧化碳排放对外贸依存度的冲击响应曲线大致呈现出倒U型的轨迹的趋势,整条冲击响应曲线位于水平线的上方,长期来看外贸依存度对二氧化碳排放产生了正面影响。即外贸规模的扩大会促使湖北省二氧化碳排放量的上升。二氧化碳排放对外资依存度的冲击响应曲线大致呈现持续负下降的轨迹的趋势,长期来看外资依存度对二氧化碳排放产生了负面影响。由外贸依存度和外资依存度的冲击所导致的二氧化碳排放在全部响应期内的峰值(分别为0.22176和0.04682)来看,外贸依存度对二氧化碳排放的影响力度很大,外资依存度的影响力度则较小。这一结果显示由于进出口规模的扩大所带来的二氧化碳排放的增加相当严重。这从侧面反映当前湖北省政府所制定的各种贸易政策对优化进出口结构的作用仍有限或其效应仍未显现出来,如何促使对外贸易结构尽早向可持续性、环保的方向改进仍然是政府在制定和执行贸易政策时需要考虑的主要因素之一。第四,方差分解基于VAR模型的方差分解分析结果表明,在整个预测期内外贸依存度和外资依存度对二氧化碳排放方差分解的贡献度分别为46.84%和4.463%,虽然外贸依存度和外资依存度对二氧化碳排放的方差分解贡献度差别较大,但都呈下降趋势。这又说明了湖北省当前的贸易产业政策向低碳化转型的趋势。
针对以上分析结果,可以看出外贸依存度和外资依存度这两个衡量区域贸易开放程度对于湖北的碳排放具有长期持续的影响效应。如果将我国的贸易区域分为东部、中部和西部地区,东部沿海地区作为我国主要的对外贸易基地的现状短时间不会改变,中部地区对外贸易开放程度并不高。但是不高并不代表没有,湖北作为中部崛起的重要省份,湖北的经济发展水平在全国处于中上游水平,尽管贸易的比重并不算高,但是逐年增长也保持在一个稳定的范围水平。更重要的是,近年来,湖北大力的建设经济,转变经济发展方式,发展高新技术产业,特别是光钎等高新电子行业企图走出中国,走向世界,这都进一步说明湖北省企图扩大贸易程度的倾向。鉴于外贸依存度和外资依存度对于碳排放的长期作用相反,盲目的扩大贸易规模可能会增加碳排放的产生,而由于外资依存度对于碳排放的负效应作用,湖北省可以依据自身状况,积极引进外资,扩大外资规模。外资依存度在湖北省对于碳排放的负效应的重要原因可能在于湖北的外资引进主要集中于高新或金融产业,引进先进的技术取代落后的技术是有利于减排的,引进资金投资在新兴产业也有利于减排。所在外资依存度的扩大会有利于减少二氧化碳的排放。当前国际贸易体系要求中国工业从粗放型向技术集约型转变,这种转型对于湖北省要求也是一样的。这要求湖北省需要建立稳定、安全、经济的清洁能源产业体系,通过能源结构的转型实现能源强度的降低和能源消费总量的下降。通过大力加强自主创新,切实抓好节能减排,积极推进工业化与信息化融合,先进制造业与生产业融合,加快市场主体培育,坚持集约、集聚、集群发展,努力构建富有竞争力的现代工业体系,加快推进新型工业化,不断提升工业整体实力和竞争力,促进工业经济又好又快发展,推动工业大省向工业强省跨越,为构建促进中部地区崛起的重要战略支点提供首要支撑。
参考文献:
[1]兰天.贸易与跨国界环境污染.北京:经济管理出版社[J],2004.
[2]刘强,庄幸,姜克隽,韩文科.中闻出口贸易中的载能量及碳排放量分析.中国工业经济[J],2008,(8):46-55.
[3]何洁.国际贸易对环境的影响:中国各省的二氧化硫(S02)工业排放.经济学(季刊)[J],2010,(1):415- 443.
[4]李秀香,张婷.出口增长对我国环境影响的实证分析一以C02排放量为例.国际贸易问题[J],2004,(7):9-12.
[5]李小平,卢现祥.国际贸易、污染产业转移和中国工业C02排放.经济研究[J],2010.(1):16-23.
[6]李锴,齐绍洲.贸易开放、经济增长与中国二氧化碳排放.经济研究[J],2011.(11):60-69.
[7]卢授永.国际贸易中的绿色瓶颈制约及其对策.国际贸易问题[J],2003,(1):42-45
[8]彭水军,包群.中国经济增长与环境污染一基于广义脉冲响应函数法的实证研究[J].中国工业经济,2006,(5):15-23.
【摘要】 目的 :观察脑活素(施普善)对慢性低氧高二氧化碳大鼠学习记忆功能的影响及大鼠海马中caspase-3表达的变化,并探讨可能的作用机制。方法 :筛选八臂迷宫训练后清洁级的雄性SD大鼠32只,随机均分为对照组、模型组、施普善1 mL/kg组和施普善2.5 mL/kg组。采用八臂迷宫观察干预前后大鼠空间学习记忆能力的变化,Western-blot法检测大鼠海马caspase-3蛋白的表达。结果:与对照组比较,模型组大鼠空间学习记忆能力下降,海马中caspase-3明显增高。与模型组大鼠比较,2种剂量施普善干预组大鼠的学习记忆能力明显改善,且海马中caspase-3的表达减少。结论:施普善具有改善慢性低氧高二氧化碳大鼠空间学习记忆作用,可能与抑制海马中caspase-3表达有关。
【关键词】 施普善;低氧;高二氧化碳血症;学习记忆;半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3;海马;大鼠
Abstract: Objective: To observe the effects of cerebrolysin on the learning-memory function and the changes of caspase-3 expression in the hippocampus of rats model with chronic hypoxia and hypercapnia,and to explore the probable mechanism. Methods: Thirty-two male S-D rats trained by eight-arm radial maze were pided into four groups: rats in the control group without treatment ;rats in chronic hypoxia and hypercapnia group were placed in the special closed cabin with hypoxia and hypercapnia for 8 hr a day, 6 day a week, 4 weeks and injected intraperitoneally with saline ;the rats in two treating group were injected intraperitoneally with 1 mg/kg and 2.5 mg/kg cerebrolysin, respectively. The learning-memory ability was measured using eight-arm radial maze and the expression of caspase-3 in the hippocampus was decteced with Western-blot.Results: Compared with the control group,the learning-memory ability was declined markedly and the expression of caspase-3 was increased significantly in chronic hypoxia and hypercapnia group. Nevertheless, the improvement of learning-memory and the less caspase-3 expression were observed in rats treated by two doses of cerebrolysin. Conclusion: Cerebrolysin may improve the learning-memory ability in rats with hypoxia and hypercapnia, which may be associated with the inhibition of the expressin of caspase-3 in the hippocampus.
Key words: Cerebrolysin;hypoxia;hypercapnia;learning-memory;caspase-3;hippocampus;rats
慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者存在不同程度的认知功能障碍[1],但其机制目前尚不清楚。王小同等[2]在一系列研究中,证实慢性低氧高二氧化碳动物模型大鼠存在空间学习和记忆障碍。施普善含有85%的游离氨基酸和15%低分子量生物活性肽,极易通过血脑屏障,具有神经保护和神经营养作用,已广泛应用于痴呆、脑卒中、脑外伤等引起的脑功能障碍治疗,取得良好的临床疗效。本研究建立慢性低氧高二氧化碳大鼠模型,观察施普善对其学习记忆功能障碍的治疗作用及脑组织caspase-3蛋白表达的变化,并探讨其可能的机制。
1 材料和方法
1.1 材料
常压低氧高二氧化碳舱(温州医学院肺心病研究室研制),Medlab生物信号采集处理系统(南京美易科技有限公司),八臂迷宫(温州医学院神经药理研究所),八臂迷宫饲饵(浙江大学医学院药学院),施普善(Cerebrolysin,奥地利Ebewe药厂,批号608260),caspase-3 抗体(Cell Signaling Technology公司),GAPDH优质内参(上海康成生物工程有限公司)
1.2 动物分组和模型制备
清洁级SD大鼠(温州医学院实验动物中心提供)44只,体重280~310 g,经八臂迷宫训练淘汰12只。32只大鼠随机均分为4组:①对照组;②慢性低氧高二氧化碳组(模型组);③慢性低氧高二氧化碳施普善(1 mL/kg)干预组(施普善1 mL/kg组);④慢性低氧高二氧化碳施普善(2.5 mL/kg)干预组(施普善2.5 mL/kg组)。后3组大鼠适应性饲养3 d后,置于常压低氧高二氧化碳舱(氧浓度在9%~11%,二氧化碳浓度在5.5%~6.5%,舱内温度23~26 ℃,湿度50%~70%)内,每天8 h,在入舱前半小时按规定剂量分别予以腹腔注射生理盐水和施普善;其余16 h放置于正常环境中。每周6 d,连续4周。
1.3 行为学测试
八臂迷宫测试:训练方法参照文献[3]方法进行训练,称量自由摄食状态下大鼠的体重,训练前大鼠禁食1 d,其后限食1 d,使其体重降至原体重的85%左右,在整个训练期间限食并维持原体重的85%左右。大鼠在迷宫中预适应2 d,每天1次,第1天在八个臂中均撒上饵片任其自由摄食饵片10 min,第2天在固定的四臂中散上饵片(1、2、4、7臂),任其在迷宫中寻找食物10 min。训练时,在选定的(1、2、4、7)臂中放置饵片,该次序维持到训练结束不变,将大鼠放于迷宫中央区,用小桶盖住,在迷宫中适应15 s后提起小桶放出大鼠,大鼠可以自由选择任意一臂摄取饵片。大鼠进入有饵片的臂并摄取了饵片为一次正确的选择不做记录,重新进入放饵片的臂称为工作记忆错误(working memory error,WME),第一次进入不放饵片的臂称为参考记忆错误(reference memory error,RME),两者之和为总的记忆错误(total memory error,TE)。训练成功的标准:连续5次训练错误选择次数为≤1次,同时WME必须为零。
1.4 caspase-3测定
大鼠断头处死,全脑取出置于冰盘上,依次取出皮层、海马,去除脑膜和血管,迅速称重后保存于液氮备用。取部分组织按1:10(密度:体积)加入细胞裂解液,冰上匀浆,13 000 g离心20 min收集上清液,BCA法测定蛋白浓度,等量蛋白(20~50μg)经12%SDS-PAGE电泳后,电转移至PVDF膜上,5%脱脂奶粉TBST室温封闭1 h;加入相应一抗(Caspase-3及内参抗体GAPDH,1:1 000)4 ℃孵育过夜,TBST洗膜3次;加入HRP标记的相应二抗(1:10 000)室温摇床孵育1 h,TBST洗膜3次;ECL试剂作用5 min,X光胶片曝光。冲洗并扫描后结果用quality one软件分析杂交条带灰度值,以GAPDH水平为内对照。
1.5 统计学处理方法
组间比较采用单因素方差分析。
2 结果
2.1 各组八臂迷宫测试结果
与对照组比,模型组大鼠WME错误次数和TE明显增多,差异有显著性(P
2.2 各组海马中caspase-3的表达
如图2所示。与对照组比,模型组海马中caspase-3的表达明显增高,差异有显著性(3.287±0.682 vs 0.523±0.131,P
3 讨论
本实验模型组大鼠的WME,TE的错误次数均明显增加,而RME增加不明显。可见,慢性低氧高二氧化碳模型大鼠有空间学习记忆和工作记忆能力受损,且以短时记忆受损为著,与临床上COPD患者的表现相似。
既往研究[4]发现,施普善具有类似神经生长因子样作用,可重建皮层微管相关蛋白水平,恢复神经元正常细胞骨架,增加海马和皮层树突分支和突触密度,影响血脑屏障葡萄糖载体的表达,增加大脑葡萄糖运输,改善神经元的能量代谢,从而发挥其神经营养活性。切除海马穹隆伞造成学习记忆功能障碍的大鼠,给予施普善治疗后,不仅改善记忆能力,而且改善获得新信息的能力[5]。本实验显示,施普善干预组大鼠的TE,WME,RME错误次数较模型组明显减少,认知功能明显改善,提示1 mL/kg和2.5 mL/kg两种剂量施普善具有快速改善慢性低氧高二氧化碳引起的认知功能障碍的作用。
动物实验证实,慢性低氧可导致脑组织结构和功能的损害,细胞凋亡在其中起着重要作用。喻林升等[6]研究发现,与对照组相比,慢性低氧高二氧化碳模型大鼠脑微血管和神经元的超微结构发生改变,神经元变性、坏死和凋亡,海马神经元的凋亡尤为明显。徐浩等[7]实验进一步证明,慢性低氧高二氧化碳可诱发大鼠海马神经细胞凋亡。已有研究报道,大鼠学习记忆功能受损与海马神经元的凋亡有密切关系[8]。Barhwal等[9]发现低氧环境中雄性Sprague Dawley大鼠水迷宫测试中工作记忆能力下降,海马中凋亡蛋白如caspase-3表达明显增高。本试验发现模型组大鼠海马的凋亡因子caspase-3表达显著增强,而1 mL/kg和2.5 mL/kg两种剂量施普善干预组大鼠海马组织中caspase-3表达明显下降。可见,慢性低氧高二氧化碳增加了大鼠海马组织的细胞凋亡,而施普善的干预抑制了大鼠海马组织的细胞凋亡,从而减轻海马组织的损害。
Hartbauer等[10]采用低血清(2%胎牛血清)培养基的鸡胚端脑神经元细胞应激模型,观察施普善对神经元活性和程序性细胞死亡的影响,发现施普善治疗后的培养基中神经元,凋亡相关的染色质改变显著减少,证实脑施普善的肽类成分具有抗凋亡作用,从而发挥长期的神经保护效应。Yuan等[11]等研究表明,施普善可能通过调节细胞凋亡级联反应,尤其通过caspase等因子的激活,从而引起细胞色素C释放、Apaf-1复合体形成等发挥作用。当然,施普善对于海马神经元抗凋亡的保护机制目前仍不清楚,有待进一步的研究证实。
参考文献
[1]Ozge C,Ozge A,Unale O. Cognitive and functional deterio-ration in patients with severe COPD[J]. Behav Neurol, 2006,17(2):121-130.
[2]王小同, 陈松芳, 邵胜敏, 等. 慢性低氧高二氧化碳对大鼠认知功能与CREB表达的影响[J]. 温州医学院学报,2007,37(5):418-421.
[3]Huang YW, Chen Z, Hu WW, et al. Facilitating effect ofhistamine on spatial memory deficits induced by dizocilpineas evaluated by 8-arm radial maze in SD rat[J]. ActaPharmacol Sin, 2003, 24(12):1076-1270.
[4]Ruether E, Ritter R, Apecechea M, et al. Sustained improve-ments in patients with dementia of Alzheimer's type (DAT)6 months after termination of Cerebrolysin therapy[J].Jour-nal of Neural Transmission, 2000, 107(7):815-829.
[5]Francis-Turner L, Valouskova V. Nerve growth factor andnootropic drug Cerebrolysin but not fibroblast growth factorcan reduce spatial memory impairment elicited by fimbria-fornix transection: short-term study[J]. Neurosci Lett,1996,202(3):1-4.
[6]喻林升, 张旭, 高申孟. 慢性低O2高CO2大鼠脑神经细胞凋亡及P53蛋白表达研究[J].中国神经免疫学和神经病学杂志,2002,9(3):178-179.
[7]徐浩, 王小同, 徐漫欢, 等. 慢性低O2高CO2对小鼠神经元凋亡及硝基酪氨酸表达的影响[J].温州医学院学报, 2007, 37(6):519-521.
[8]Lucassen PJ, Vollmann-Honsdorf GK, Gleisberg M, et al.Chronic Psychosocial stress differentially affects apOptosisin hippocampal subregions and Cortex of the adult tree shrew[J].Eur J Neurosci, 2001, 14(1):161-166.
[9]Barhwal K, Singh SB, Hota SK, et al. Acetyl-L-carnitineameliorates hypobaric hypoxic impairment and spatialmemory deficits in rats[J]. Eur J Pharmacol. 2007, 570(1-3):97-107.
实验用品
350mL定制反应容器(2个)、pH传感器(2个)、pH采集器(2个)、二氧化碳传感器(2个)、注射器(2个)、制取二氧化碳的实验装置和药品、DIS实验系统及设备。
实验步骤和现象
将二氧化碳传感器、pH传感器与采集器、电脑连接。
用2个注射器分别抽取40mL饱和氢氧化钠溶液和水。
分别将带有二氧化碳传感器、pH采集器、注射器的橡皮塞塞在盛有二氧化碳的反应容器上。
打开二氧化碳传感器、pH传感器开关,打开相应的实验模板,单击“脱机”,单击“开始”选项,采集二氧化碳浓度。
待二氧化碳浓度示数稳定后,将注射器中的氢氧化钠溶液和水迅速注入专用反应容器中,观察图像中显示的二氧化碳浓度、pH值随时间的变化。
待二氧化碳的浓度、pH值稳定后,单击“结束”并保存实验所得数据。
现象1(如图2所示):氢氧化钠溶液消耗二氧化碳的量远多于水。
现象2(如图3所示):氢氧化钠与二氧化碳反应后,pH值变化范围是11~7.14,水与二氧化碳反应后,pH值变化范围是6~5。实验创新之处
通过采集二氧化碳的浓度、pH值,可以及时、准确地通过图像显示化学反应中人体感官不能感知的现象,提供了一种新的实验探究方法。
本装置包含水与二氧化碳的反应,排除了氢氧化钠溶液中溶剂水对二氧化碳消耗量减少的影响。通过对比实验,使实验结果更加明显、准确。
装置简单,操作方便。明显、直观的现象使学生更易明白酸性气体的处理方法,即用氢氧化钠溶液吸收。
实验设计说明
本实验设计是关于等体积的氢氧化钠饱和溶液、水分别与等浓度的二氧化碳反应,消耗二氧化碳、pH值变化的对比实验。其中,二氧化碳与水反应的实验主要是排除氢氧化钠溶液中水对二氧化碳浓度减少的影响。在实验器材的选择上,制取二氧化碳的发生装置采用启普发生器,便于控制二氧化碳的收集2个反应容器采用体积相同的定制反应容器,便于用排水法收集较纯净的二氧化碳,并在安装传感器时应尽量减少瓶中二氧化碳的损失及空气的进入;氢氧化钠溶液和水的加入通过2个体积相同的注射器,能有效控制加入的速度,操作方便、简单。
该项目获得第27届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。
1.知识与技能: A.了解二氧化碳在自然界碳循环中的作用及意义。B.认识二氧化碳的主要物理性质及化学性质,例举一些用途。
2.过程与方法: A.从性质实验的条件和现象归纳出二氧化碳的性质。通过有关二氧化碳性质的实验,培养学生设计、观察和描述实验的能力; B.初步了解科学探究的方法,初步学会概括、对比等科学方法。
3.情感态度价值观: A.了解二氧化碳在自然界碳循环中的作用以及对人类生活和生产的意义; B.培养学生求实、合作、创新的品质; C.学习全面的认识与评价自然界中的物质。
【重点难点】
1.探索并总结二氧化碳的主要性质
2.运用观察、实验等方法获取信息,并对获得的信息进行加工。
【课前准备】通读本节教材,对感兴趣的问题进行讨论思考等探究,搜集相关知识,准备课堂讨论。
【实验器材】酒精灯、试管夹、试管、集满二氧化碳的塑料瓶、集满二氧化碳的集气瓶、石蕊试液。
【实验药品】石蕊试液、稀硫酸、石灰水,蒸馏水、汽水、实验室制二氧化碳的药品。
【教学过程设计】
【情景创设】展示英国贝丁顿“零碳”社区图片,简单介绍。
【讲解】所谓“低碳”就是较低的二氧化碳排放。为什么要努力减少二氧化碳等温室气体的排放呢?二氧化碳过多对我们的生活产生了怎样的影响呢?它对我们的生活有没有贡献呢?
【过渡】大家能不能依据我们所学的知识或已有的经验,简单谈谈你对二氧化碳的认识呢?
【学生交流】谈谈对二氧化碳的认识。
【引入】二氧化碳究竟是种什么样的气体呢?下面让我们来认识下这种奇妙的气体。
奇妙的二氧化碳
一、二氧化碳的物理性质
1.展示一瓶CO2气体,请同学描述所感受到的有关二氧化碳的物理性质。
2.【探究活动一】补充二氧化碳溶解性实验。
用塑料瓶收集一瓶二氧化碳气体,再倒入一些水,立即塞紧瓶塞,晃动,观察现象。
现象:塑料瓶变瘪了。 结论:二氧化碳能溶于水
讲解:通常状况下,1体积水中能溶解1体积的二氧化碳气体,压强越大,溶解得就越多,如汽水、啤酒就是高压溶入较多的二氧化碳所形成的。打开饮料瓶,可以看到许多气泡从饮料瓶中逸出,这些气体便是二氧化碳。
3.二氧化碳的三态变化。固体二氧化碳叫“干冰”
二、二氧化碳的化学性质。
1.二氧化碳与石灰水反应
展示:一瓶汽水,让学生捏瓶壁,感觉坚硬,打开瓶盖,听、看到有气泡出来。再捏瓶壁,较软。
提出问题:产生的气泡是什么物质?如何检验呢?
【探究活动二】二氧化碳的检验
实验目的:检验汽水瓶中的气体是否是二氧化碳
现象:澄清石灰水变浑浊。 结论:汽水中产生的气体是二氧化碳
文字表达式:二氧化碳+氢氧化钙碳酸钙+水
小结:用澄清的石灰水检验二氧化碳气体
启发提问:打开瓶盖,为什么会有二氧化碳出来?
2.二氧化碳与水反应
【探究活动三】二氧化碳与水反应
提出问题:二氧化碳溶于水时,会不会与水发生反应生成新物质呢?
知识准备:紫色石蕊试液遇到酸性物质会变成红色。
实验药品:稀盐酸、蒸馏水、紫色石蕊试液、紫色石蕊试液染成的干燥的小花、二氧化碳溶于水后的液体。
实验:1.稀盐酸使石蕊试液变红(酸性的物质能使石蕊试液变红)
2.二氧化碳溶于水后的液体使石蕊试液变红
提问:到底是什么物质使石蕊试液变红的呢?如何设计实验证明你的猜想?
【交流讨论】:
实验:3.将紫色石蕊试液染成的干燥的小花放入盛有二氧化碳的集气瓶中(无现象)
结论:二氧化碳不能使石蕊试液变色
实验:4.在紫色石蕊试液染成的干燥的小花上喷水(无现象)。
结论:水不能使石蕊试液变色。
实验:5.将喷水后紫色石蕊试液染成的干燥的小花放入盛有二氧化碳的集气瓶中(变红)。
结论:二氧化碳的水溶液中产生酸性的物质,该物质是碳酸
二氧化碳+水碳酸
实验:6.加热实验2所得的红色液体
现象;溶液由红色变成紫色。
结论:碳酸不稳定,易分解。碳酸二氧化碳+水
讲解:人们利用二氧化碳能溶于水且能与水反应生成这一特性制成饮料,供人饮用,说明二氧化碳无毒。
提问:既然二氧化碳无毒,为什么会有人昏迷?
三、二氧化碳与人体健康的关系
阅读:二氧化碳与人体健康的关系
提出问题:你能设计实验检验人能否安全地进入久为开启的菜窖?(灯火试验)
播放视频:死狗洞
学生:谈谈观后的感想
小结:1.二氧化碳不能供给呼吸,密度大于空气。
2.进入久未开启的菜窖、深井、深洞,一定要检测其中的二氧化碳浓度(灯火试验)。
【板书设计】
第二节 奇妙的二氧化碳(一)
一、二氧化碳的物理性质:1、色、态、气味。2、溶解性。3、三态变化。
二、二氧化碳的化学性质:
1.二氧化碳与氢氧化钙反应。现象:澄清的石灰水变浑浊。
结论:二氧化碳+氢氧化钙 碳酸钙+水。此反应用于检验二氧化碳
2.二氧化碳与水反应
现象:石蕊试液由紫色变成红色,加热后试液又由红色变成紫色。
【关键词】二氧化碳;科学视野;学习兴趣
初中化学新课标指出:在化学教学中,通过帮助学生了解化学制品对人类健康的影响,懂得运用化学知识和方法治理环境,合理地开发和利用化学资源,逐步学会从化学的角度认识自然与环境的关系,分析有关的社会现象。
本文以二氧化碳一节内容的学习为例,在讲授完毕本节内容后,教师可以设置问题或布置任务:如果二氧化碳过度排放,将对人类产生什么危害呢?人类又将如何应对呢?由此引导学生深入思考。然后老师可以依据调研情况向学生说明:空气中大量排放的二氧化碳导致地表温度上升、冰川溶化、海平面上升、给人类带来灾难。尽管目前还无法科学计量,但确有迹象表明CO2所引起的气候变化是很显著的。控制减少大气中二氧化碳的含量已引起全世界科学家的重视,在努力寻找转化的方法,以保护环境。那么如何做到CO2的减排、封存和利用呢。在此可以向学生讲授当今二氧化碳处理利用的现状,以达到拓展学生科学视野、激发学习兴趣、提高环保意识的目的。
1.生物技术
利用光合作用吸收储存二氧化碳,是控制二氧化碳最直接、副作用最小的方法。减少大气中二氧化碳含量最简单的办法就是植树造林,也是最廉价的解决方案。树木在生长的过程中从空气吸收二氧化碳,放出氧气,以木材的形式存储碳。据估计,全世界森林中总共存储着近1万亿吨碳。然而,利用植物光合作用降低二氧化碳的效率很低,因为需要大量的土地来植树或农作物。据计算,要平衡目前全球二氧化碳排放值,人们必须每年种植相当于整个印度国土那么大面积的森林,显然这是不可能的。但生物吸收二氧化碳的方法并非穷途末路,研究发现海洋生物吸收二氧化碳的潜力巨大。日本科学家已经筛选出几种能在高浓度二氧化碳下繁殖的海藻并计划在太平洋海岸进行繁殖,以吸收附近工业区排出的二氧化碳。美国一些研究人员以加州巨藻为载体,繁殖一种可吸收二氧化碳的钙质海藻,形成碳酸钙沉入海底,腾出的巨藻表面可供继续繁殖。
2.能源革新
二氧化碳的排放在很大程度上取决于为获得能量而进行的矿物燃料燃烧,因此改革能源形式或能量来源称为减少二氧化碳排放的一个突破口,这也符合污染控制的原则,从源头上控制二氧化碳的生产。
(1)燃料脱碳:即以含碳量较低的燃料(如石油和天然气)或无碳燃料(如氢气)取代含碳量较高的燃料(如煤),使得每单位能耗量的平均二氧化碳排放量减少。20世纪80年代美国化工界就提出将煤、生物体等不清洁燃料与氢气反应生成甲烷、一氧化碳、氢以及固态焦炭等,再将甲烷高温分解成氢,一氧化碳以及固体炭黑,然后氢与一氧化碳合成甲醇,未反应的氢与一氧化碳作为原料循环使用。
(2)燃料电池:即以电化学氧化产生电力,直接将化学能转化为电能,燃烧效率达到40%-60%(与之相比火力发电的效率仅为30%左右),大幅节约了初级能源,避免了大量污染。重要的是,燃料电池是以氢为燃料的,燃烧产物是水,既解决了能源产生和输送,又避免了环境污染。
3.二氧化碳的收集
二氧化碳的人为排放源主要有汽车、工厂等。然而在众多汽车上安装收集二氧化碳的设备不现实,目前把收集二氧化碳的工作重点放在了以燃烧矿物燃料为主的发电厂上,这些发电厂的二氧化碳排放量大约占全世界二氧化碳排放量的1/4。在吸收塔中二氧化碳与醇胺接触发生反应,释放出浓缩的二氧化碳,并还原成化学吸收剂。另外,比较理想的办法是将收集到的二氧化碳输送到地下或海洋深处埋藏起来。石油开采行业中有些油田为了增加留在地层孔隙中难以开采的石油产量,向地下注入压缩二氧化碳,以增大地下压力,增强原油流动性,提高原油的采收率。目前,美国每年有近百个油田为提高原油产量向地下注入500万吨左右的二氧化碳。尽管封闭的地质结构是人们最理想的二氧化碳储存之处,但是一些科学家指出,深海才是未来温室气体最大的潜在储存库。海洋表面每天都要吸收2000万吨的二氧化碳。据估计,以海水溶解方式总共储有46万亿吨二氧化碳,但其容量还要大很多。因此即使人类向海洋加入两倍前工业时代大气浓度的二氧化碳,海洋的碳含量的变化也不超过2%。而且,通过自然过程,排放到大气中的二氧化碳早晚也会转移到海洋中。
4.二氧化碳的资源化利用
二氧化碳作为新的碳源,开发绿色合成工艺已引起普遍关注。综合利用二氧化碳并使之转化为附加值较高的化工产品,不仅为碳一化工提供了廉价易得的原料,开辟了一条极为重要的非石油原料化学工业路线,而且在减轻全球温室效应方面也具有重要的生态与社会意义。随着人们对二氧化碳性质的深入了解,以及化工原料的改革,二氧化碳作为一种潜在的碳资源,越来越受到人们的重视,应用领域将得到有效开发。
【参考文献】
[1] 赵成美.二氧化碳的性质, 中学化学教学参考,2000(5):27-28
[2]Garola Hanisch.二氧化碳储存的来龙去脉[J].环境科技动态,1998,2:9-12
[3]周欢怀,艾宇.二氧化碳减排与可持续发展[J].杭州化工,2005,32(2):15-18
【作者简介】
目的研究超临界二氧化碳萃取荆芥穗有效成分的最佳工艺条件。方法单因素实验的基础上,采用正交实验研究萃取温度、萃取压力、二氧化碳流量、提取时间对超临界流体萃取的有效成分得率影响。结果各因素对提取率的影响次序为:时间影响最大,萃取压力次之,萃取温度最小。优化后的工艺参数为:萃取压力20 MPa,萃取温度50℃,提取时间90 min,二氧化碳流量40 L/h。结论该法简便,选择性高,高效可行。
【关键词】 超临界二氧化碳萃取 荆芥穗
荆芥穗为唇形科植物荆芥Schizonepeta tenuifolia Briq的干燥地上部分。其干燥花穗即为药材荆芥穗。荆芥生用解表、散风、透疹,用于治疗感冒、头痛、麻疹不透、荨麻疹初期、疮疖;炒炭止血、治便血、崩漏。荆芥穗效同荆芥,其芳香气烈,祛风发汗作用较全草强烈[1]。现代药理研究表明荆芥穗显示出明显的抗补体作用,其主要成分胡薄荷酮具有抗炎作用,薄荷酮具有镇痛作用[2]。
超临界二氧化碳流体进行中草药有效成分的提取是近些年发展迅速的提取新技术[3,4]。该技术是通过改变二氧化碳的温度和压力使之处于超临界状态,利用二氧化碳在此状态下对有机物的溶解度差异来实现对有机物的提取分离过程。超临界二氧化碳对有效成分提取具有溶解度大,传质速率高,提取温度低,流程简单,溶剂可循环使用,对环境友好等优点,是一种理想的分离方法。据文献检索,到目前为止尚没有使用超临界二氧化碳流体提取荆芥穗中有效成分的技术研究。本实验对该过程的工艺条件优化进行了较细致的研究。
1 仪器与材料
荆芥穗(购于济南建联中药店);二氧化碳(纯度>99.9%,杭州飞翔气体有限公司)。
HA220-50-06型超临界萃取装置(江苏省南通市华安超临界萃取有限公司);DFY-400型摇摆式高速中药粉碎机(温岭市大德中药机械有限公司)。
2 方法
2.1 实验流程超临界萃取实验装置(见图1),主要包括冷冻系统、萃取系统和二级分离系统。
将粉碎后的荆芥穗(200~900目)装入1L萃取釜中,设定实验所需萃取温度、分离釜I温度为50℃、分离釜II温度为30℃。从钢瓶出来的二氧化碳经冷凝后通过柱塞泵升压,在预定的温度和压力下药材与超临界二氧化碳充分接触进行传质过程。分别调节阀门使萃取釜达到设定压力,再进一步逐一调节阀门使分离釜I压力达到10 MPa,分离釜II压力达到5 MPa。整个实验条件调节过程在10 min内设置好,并且实验运行过程中系统较为稳定。溶解了有效成分的超临界二氧化碳通过降压阀进行逐级降压,萃取物分别在分离釜Ⅰ和分离釜Ⅱ接收。二氧化碳通过柱塞泵又再次循环进入萃取釜反复使用。
通过预实验研究发现,分离釜I得到的都是脂肪酸等大分子化合物,分离釜II为实验研究需要的有效成分。以单位药材所得到的有效成分质量计算有效成分得率。
2.2 超临界二氧化碳萃取实验设计单因素研究萃取温度(35~60℃)、萃取压力(12~30 MPa)、二氧化碳流量(16~50 L/h)、提取时间(0~100 min)基础上,从实验过程的稳定性出发,选择主要因素萃取压力(A)、萃取温度(B)、提取时间(C)3个因素,设计3因素3水平正交实验,以有效成分得率为考察指标,优化过程工艺。
3 结果
3.1 萃取压力的影响压力是超临界萃取中的重要工作参数。从图2可看到,压力为12~20 MPa之间时,荆芥穗有效成分的萃取率随压力的升高而增大,开始增加较为明显,这是因为在一定温度下随着萃取压力的升高,二氧化碳密度增大,从而使溶解能力也增加,萃取率也相应提高。但压力超过20MPa后,萃取率反而下降,可能是由于二氧化碳压力越高,传质速度越慢,扩散系数也随之减少,不利于进一步的提取。同时,从经济角度来看,高压会增加设备投资和操作费用,因而压力也并非越大越好。
3.2 萃取温度的选择当增加温度时,一方面流体的传质速率增加,降低了溶质内聚能,有利于有效成分从药材中脱附,但是温度升高导致流体密度会相应下降,溶解力下降,不利于萃取。图3则反映了温度变化两种影响因素竞争对有效成分得率的影响情况。有效成分得率在实验范围内一般随萃取温度增加先增大后减少。
3.3 二氧化碳流量的影响二氧化碳流量是由泵的频率决定的,它们之间的关系是增函数关系而非正比关系。二氧化碳流量越大,说明萃取釜中溶剂超临界二氧化碳的更新速度越快。CO2 流量对萃取率的影响主要有两个方面:一是CO2 流量增加,相当于萃取剂与被萃取物有较大比值,传质速度加快,有利于被萃取物从物料中向超临界流体中扩散,从而提高萃取率;二是CO2 流量增加,超临界CO2 的停留时间减少,CO2未达到萃取平衡,与物料接触不充分以及在此流量下被萃取物来不及在解析中析出就被冲回萃取釜而使萃取率不大。结果见图4。在萃取温度45℃,萃取压力16 MPa,萃取时间100 min情况下,随着CO2流量的增加荆芥穗油萃取率开始增大,当其流量为40 L/ h时达到最大值,之后随着CO2 流量增加,荆芥穗油萃取率降低。由于实验过程中调节二氧化碳流量对系统稳定性有影响,因此之后的正交实验均在最佳流量40 L/h条件下进行。
3.4 提取时间的影响每次实验分别在10,20,40,60,80,90,100
min取样1次,一般前4~5次取样已经获得较多的萃取物,之后萃取物量较少。随着时间增加萃取量增加,并且在实验初始10 min增加较快,原因是初始药材中荆芥穗油含量高,与溶剂超临界二氧化碳中油浓度之间梯度大,传质效果好。之后两相之间浓度梯度逐渐降低,提取速度下降。80~100 min增加趋缓。
3.5 超临界二氧化碳提取有效成分的工艺优化在单因素实验基础上,进行L9(34)正交实验。实验结果与分析见表1~2。由表2可以看出提取时间是该工艺过程中极为显著性因素。综合因素水平的极差分析,影响超临界二氧化碳萃取荆芥穗有效成分收率大小先后次序为:提取时间>萃取压力>萃取温度。为了获得较高的有效成分得率,本研究过程中最佳的工艺参数组合为:萃取压力20 MPa,萃取温度50℃,提取时间90 min,二氧化碳流量40 L/h,分离釜I压力10 MPa,分离釜I温度50℃,分离釜II压力5 MPa,分离釜II温度30°C。在该实验条件下重复实验两次,平均有效成分得率为6.28%。表1 超临界二氧化碳萃取有效成分的正交实验结果与计算,表2 方差分析(略)。
4 结论
超临界二氧化碳萃取荆芥穗有效成分过程中,萃取温度和萃取压力增加,有效成分得率先增加后减少,合适的二氧化碳流量有利于传质,得率随提取时间的延长逐渐升高。正交实验结果表明,各因素对有效成分得率的影响次序为:提取时间>萃取压力>萃取温度。
通过正交实验得到优化后的工艺参数组合为:萃取压力20 MPa,萃取温度50℃,提取时间90 min,二氧化碳流量40 L/h,分离釜I压力10 MPa,分离釜I温度50℃,分离釜II压力5 MPa,分离釜II温度30℃。
参考文献
[1]中华人民共和国卫生部药政管理局,中国药品生物制品检定所.中药材手册[M]. 北京: 人民卫生出版社,1989:450.
[2]Hiroshi H., 邓颖. 荆芥和连翘的化学及药理研究[J]. 国外医学·中医中药分册, 1991,13(4): 28.
教学目标
知识目标
使学生了解在实验室中制取气体的方法和设计思路的基础上,研讨二氧化碳的实验室制法;
通过讨论,掌握实验室制取二氧化碳的药品和反应原理;
通过实验探究,学会设计实验室制取二氧化碳的装置;
能力目标
通过实验室制取二氧化碳的药品和装置的探究,逐步提高学生的探究能力;
通过小组合作,培养学生合作能力、表达能力;
通过探究实验室制取二氧化碳的装置,培养学生实验室制取气体装置的设计思路;
通过筛选二氧化碳的实验室制法,发展观察能力并提高学生分析和解决实际问题的能力。
情感目标
在探究中,使学生体验合作、发现的乐趣;
在设计实验装置过程中,培养学生创新精神、实践能力,以及严谨求实的科学态度。
教学建议
课堂引入指导
方法一:引导学生复习到目前为止学生已经掌握的可以得到二氧化碳气的方法,逐一筛选出适合实验室制备二氧化碳的方法,让学生在教师的带领下学会选择,学会判断,从中真正体现学生是学习的主体,实验学生的主动学习。
方法二:从实验室制气的要求入手,讲清楚原则,让学生自己总结,思考到底实验室中用什么方法来制备二氧化碳。
方法三:单刀直入先讲实验室中制二氧化碳的原理,让学生思考,实验室选择这种方法的依据是什么?通过对比突出该方法的优越性,总结出实验室制气的原则。
知识讲解指导
注意讲解时的条理性,使学生明白实验室制二氧化碳的原理、装置;检验方法;让部分学生清楚选择该方法的原因和实验室制气方法选择的依据。
注意理论与实验的结合,避免过于枯燥或过于浅显,缺乏理论高度。
联系实际,讲二氧化碳灭火器的原理,适用范围,必要时也可讲解常用灭火器的使用方法。
关于二氧化碳的实验室制法的教材分析
本节课在全书乃至整个化学学习过程中,所占有的地位十分重要。它是培养学生在实验室中制取某种气体时,药品的选择、装置的设计、实验的方法等思路的最佳素材。上好此节课对学生今后学习元素化合物知识、化学基本实验及实验探究能力都有深远的影响。
本节知识的学习比较容易,学生在前面学习元素化合物的基础上经过讨论便可解决。本节学习的重点是能力训练。学生在前面学习的氧气、氢气的实验室制法,具备了一些气体制备的实践经验,各项实验技术也已经具备,此时,在课堂教学中体现学生主体,让学生真正参与到教学过程中来正是时机。教师提出探究问题、引发学生思考;通过小组合作,设计方案、表达交流、实施方案、总结表达等环节完成整个探究。
关于二氧化碳的实验室制法的教学建议
为了完成对学生探究能力的培养,设计2课时完成此节教学;
本节是典型的探究学习模式。其中有两个探究:制备药品的探究(快、易)、制取装置的探究(重点、慢)。
讲授过程指导
二氧化碳的实验室制法可结合实验六二氧化碳的制取和性质进行边讲边实验。
注意运用讨论法,充分调动学生积极性。可适当与氧气、氮气的实验室制法进行对比;结合装置讲解制二氧化碳装置与制氢装置的区别与联系(均是固液反应不需加热制气);结合二氧化碳气的性质,讲解二氧化碳气的检验和验满方法。
课程结束指导
复习实验室制二氧化碳原理、装置及验满方法。
布置学生进行家庭实验,用醋酸和鸡蛋壳或水垢制二氧化碳。
布置作业,注意计算和装置图两方面的内容。
教学设计方案一
教学过程:
【引言】
二氧化碳是一种有广泛用途的气体,实验室中如何制取二氧化碳呢?想一想到目前为止,你知道多少种能够制得二氧化碳的方法。
(学生讨论,并列举学过的可以得到二氧化碳的方法。教师在黑板上逐一记录)
1.碱式碳酸铜热分解
2.蜡烛燃烧
3.木炭燃烧
4.石墨等碳单质在氧气中燃烧
5.木炭还原氧化铜
6.碳在高温下还原氧化铁
7.碳酸受热分解
8.人或动物的呼吸
9.高温煅烧石灰石……
引导学生讨论作为实验室制法的条件是:
1.制取应简便迅速;
2.所制得的气体纯度高,符合演示实验的需要;
3.操作简单、安全,易于实现。
学生评价每一种制得二氧化碳的方法是否可以作为二氧化碳的实验室制法。
【板书】第四节二氧化碳的实验室制法
【小结】以上方法都不能作为二氧化碳的实验室制法。
【讲解】经过不断研究改进,实验室中常用石灰石或大理石与盐酸反应来制备二氧化碳。
【板书】一反应原理
1.试剂石灰石或大理石盐酸
【讲解】碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙和碳酸,碳酸不稳定,分解生成二氧化碳和水,故最终产物为氯化钙、水和二氧化碳。
【板书】2.原理:
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2
【提问】可不可以用稀硫酸与石灰石或大理石来制取二氧化碳?
【演示】在两个表面皿中分别放有大小一样的石灰石各一块,一支试管中加入稀盐酸、一支试管中加入稀硫酸。(让学生观察到开始都有二氧化碳生成,随后加入硫酸的试管,反应速率越来越慢,最后停止。)
【结论】不能用硫酸与石灰石或大理石来制取二氧化碳。
【讲解】为了收集到二氧化碳需要什么样的装置来制备二氧化碳呢?反应条件反应物的状态等对实验装置有较大的影响。碳酸钙是块状固体,盐酸是液体,且反应进行时不需要加热,根据这些特点,我们可以选择什么样的反应装置呢?(必要时教师可以讲解制氧气、氢气的装置特点)
【板书】二、反应装置:
(学生回答、教师归纳)
【讲解】因为实验室制取二氧化碳和实验室制取氢气的反应药品状态,反应条件类似,故可以采用相似的装置来制取。用投影显示制氢气和制二氧化碳的装置图
【讨论】
1.长颈漏斗是否可用普通漏斗代替?
2.锥形瓶可否用其他仪器来代替?
3.根据二氧化碳的性质,可以采用什么方法收集二氧化碳?
4.如何检验二氧化碳是否收集满?
(学生讨论、回答,然后教师实验演示、讲解)
【演示】用普通漏斗代替长颈漏斗,结果没有在集气瓶中收集到二氧化碳。
【讲解】
1.因为普通漏斗颈太短,产生的二氧化碳气会从漏斗处逸出。长颈漏斗下端管口在液面下被液体封住,气体不会从长颈漏斗处逸出。
2.锥形瓶可以用广口瓶、大试管等玻璃仪器代替。
3.气体收集方法主要取决于气体的密度和气体在水中的溶解性。因二氧化碳可溶于水生成碳酸,故不宜用排水法收集。二氧化碳比空气重,所以常采用集气瓶口向上排气法收集。
4.可以根据二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧的性质,可以将燃着的木条放在集气瓶口,如火焰熄灭,则说明二氧化碳已收集满。
【板书】三收集方法:向上排气法
验满方法:将燃着的木条放在集气瓶口,火焰熄灭,已经收集满。
【板书】四、实验室制取二氧化碳
【演示】制取并验证二氧化碳气体。
【提问】怎样证明生成的气体是二氧化碳?
(将气体通入澄清石灰水中变浑浊)
【讲解】上一节学过二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧,可以用来灭火,如液态二氧化碳灭火器。还有其它一些二氧化碳型灭火器。
【录像】各种二氧化碳型灭火器介绍
【演示】灭火器原理实验。
常用二氧化碳灭火器主要有:
(1)泡沫灭火器(2)干粉灭火器(3)液态二氧化碳灭火器
【小结】通过已学习过的氧气、氢气、二氧化碳的实验室制取,归纳出气体实验室制取的设计思路及方法,必须明确制取气体的顺序是:
1.了解实验室制取气体所需药品及相应的化学反应方程式。
大气中二氧化碳、甲烷、二氧化硫、氢氟烃等气体浓度的增加,都可以导致温室效应的产生。其中一半原因是二氧化碳浓度的增加。
在地球的生物圈中,动物、微生物和人类的呼吸产生二氧化碳,森林火灾、火山喷发也产生大量的二氧化碳,这是二氧化碳的自然产生过程;而绿色植物和海洋表面则吸收大量的二氧化碳。自然产生和自然吸收,使二氧化碳在大气中的浓度处于一个动态的平衡中,形成了生物圈内碳的循环。但随着城市化、工业化、交通现代化的发展以及人口的剧增,煤、石油、天然气等化工燃料的大量消耗,使二氧化碳导致温室效应的气体增加,参加自然界碳的循环。进入80年代后,每年都有超过60亿吨二氧化碳被排放到空中。海洋、绿色植物吸收二氧化碳的能力有限,多余的二氧化碳便滞留在大气层中。二氧化碳可以强烈地吸收红外线,多余的二氧化碳阻止热量在夜间从受太阳加热过的地球逸散出去,结果热量便聚集起来,反过来加热地球。地球的气候便由此变暖,这就是所谓的温室效应。
温室效应的产生,影响着地面的热平衡。科学家预测如空气中二氧化碳的浓度由现在的345ppm(ppm表示一百万份重量的溶液中所含溶质的重量。百万分之几,就叫几个ppm)增加到690ppm,那么气温将比现在上升3.5~4.2℃。随着地球温度的上升,海水将出现热膨胀现象,两极冰雪的融化量增加,海平面升高。海拔很低的马尔代夫、基里巴斯、巴哈马等岛国,太平洋上著名的中途岛、圣诞岛、各国的沿海城市都将遭受灭顶之灾,而且只要海平面稍有上升,风暴、潮汐便会加剧。
温室效应正改变着全球的降雨量和土壤的温度。热带地区降雨增多,湿度加大;大陆内地将更加干燥。中国大部分地区位于亚欧大陆腹地,受温室效应的影响,极有可能加速大西北地区的干旱和沙漠化进程。
环境是地球生命的支持系统。爱护环境,保护气候已成为当今世界的热点问题,是全人类的共同事业。要减少甚至消除温室效应的影响,就必须减少二氧化碳等导致温室效应的气体的排放;同时加强生物圈对二氧化碳的吸收能力。
首先,节约能源,开发新能源和再生能源。如大力开发无污染的氢能、太阳能、风能、潮汐和地热资源;积极发展仿生学、探讨节能的奥秘等等。一旦成功,无疑会给令人头疼的节能问题开辟一个新纪元。
其次,减少向大气中释放氢氟烃等气体,阻止南、北极臭氧洞的扩张和臭氧层的衰竭。