1、目目 录录前言第一章：生物化学与分子生物学中的定量分析第二章：生物大分子的提取、沉淀和离心分离第三章：层析技术第四章：电泳技术第五章：分子生物学基本技术20年代： 微量分析技术导致了维生素、激素和辅酶等的发现。 瑞典著名的化学家T.Svedberg奠基了“超离心技术的理论基础，1924年制成了第一台5000 RCF的离心机（5000 r/min-8000 r/min，相对离心力“RCF”的单位可表示为“g”)，并准确测定了血红蛋白等复杂蛋白质的分子量，获得了1926年的诺贝尔化学奖。1. 1 生物化学实验技术发展简史生物化学实验技术发展简史30年代： 电子显微镜技术打开了微观世界，使我们能够看
2、到细胞内的结构和某些生物大分子的大致结构。 美国哈佛大学的Folin教授和中国的吴宪教授建立了不少生物化学常用的分析方法如血糖分析、蛋白质含量分析、氨基酸测定等。 英藉德裔生物化学家Krebs，在1937年发现了三羧酸循环，对细胞代谢及分子生物学的研究作出了重要贡献，他与美藉德裔生物化学家Lipmann共获1953年诺贝尔生理医学奖。40年代： 两位英国科学家Martin和Synge发明了分配色谱（层析），他们获得了1952年的诺贝尔化学奖。由此，层析技术成为分离生化物质的关键技术。 电泳技术由瑞典的著名科学家Tisellius奠基，从而开创了电泳技术的新时代，他因此获得了1948年的诺贝尔化
3、学奖。 层析技术和电泳技术用于分析生物大分子的组成和代谢的中间产物，示踪技术的应用推动了代谢的研究。 美国化学家Pauling确认氢键在蛋白质空间结构中以及生物大分子间相互作用的重要性等，并因此而获得了诺贝尔化学奖。50年代： 自1935年Schoenheimer和Rittenberg首次将放射性同位素示踪用于碳水化合物及类脂物质的中间代谢的研究以后，射性同位素示踪技术50年代有了大的发展，为各种生物化学代谢过程的阐明起了决定性的作用。 1953年美国科学家Watson和英国科学家Crick提出DNA分子反向平行双螺旋模型，1962年与英国科学家Wilkins分享诺贝尔生理医学奖， Wilki
4、ns和Franklin通过对DNA分子的X-射线衍射研究为Watson和Crick的DNA模型提供了有力的实验证据， DNA双螺旋模型的提出开创了生物科学的历史新纪元。 在X-射线衍射技术方面，英国物理学家Perutz对血红蛋白的结构进行X-射线结构分析, Kendrew测定了肌红蛋白的结构，成为研究生物大分子立体结构的先驱，他们同获1962年诺贝尔化学奖。 英国生物化学家Sanger还于1953年确定了牛胰岛素中氨基酸的顺序而获得1958年的诺贝尔化学奖。 Kornberg发现了DNA聚合酶，美藉西班牙裔科学家Uchoa发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，研究并重建了将基因内的遗传信息通过RNA中
5、间体翻译成蛋白质的过程。两人分享了1959年诺贝尔生理医学奖。60年代： 各种仪器分析方法用于生物化学研究，取得了很大的发展，如HPLC技术、红外、紫外、圆二色等光谱技术、NMR核磁共振技术等。 自1958年Stem，Moore和Spackman设计出氨基酸自动分析仪，大大加快了蛋白质的分析工作。1967年Edman和Begg制成了氨基酸序列分析仪，到1973年Moore和Stein设计出氨基酸序列自动分析仪，又大大加快了对多肽一级结构的测定，十多年间氨基酸的自动测定工作得到了很大的发展和完善。 在60年代，层析和电泳技术又有了重大的进展，在1968-1972年Anfinsen创建了亲和层析技
6、术，开辟了层析技术的新领域。1969年Weber应用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳技术测定了蛋白质的相对分子质量，使电泳技术取得了重大进展。 美国生物化学家Nirenberg在破译遗传密码方面作出了重要贡献，Holly阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸排列顺序，后来证明所有tRNA的结构均相似。美藉印度裔生物化学家Khorana提出按预定的序列合成核酸分子的方法。他们3人共获1969年诺贝尔生理医学奖。 法国生物学家Lwoff、JAcob和生物化学家Monod由于在病毒DNA和mRNA等方面出色的大量研究工作而共获1965年诺贝尔生理医学奖。70年代： 基因工程技术取得了突破性的进展，Arber，S
7、mith和Nathans三个小组发现并纯化了限制性内切酶，1972年，美国斯坦福大学的Berg等人首次用限制性内切酶切割了DNA分子，并实现了DNA分子的重组。1973年，又由美国斯坦福大学的Cohen等人第一次完成了DNA重组体的转化技术，这一年被定为基因工程的诞生年，Cohen成为基因工程的创始人，从此，生物化学进入了一个新的大发展时期。与此同时，各种仪器分析手段进一步发展，制成了DNA序列测定仪、DNA合成仪等。 80年代 基因工程技术进入辉煌发展的时期，1980年，英国剑桥大学的生物化学家Sanger和美国哈佛大学的Gilbert分别设计出两种测定DNA核苷酸序列的方法，而与Berg共
8、获诺贝尔化学奖，从此，DNA序列分析法成为生物化学与分子生物学最重要的研究手段之一。他们3人在DNA重组和RNA结构研究方面都作出了杰出的贡献。 1981年由Jorgenson和Lukacs首先提出的高效毛细管电泳技术（HPCE），由于其高效、快速、经济，尤其适用于生物大分子的分析，因此受到生命科学、医学和化学等学科的科学工作者的极大重视，发展极为迅速，是生化实验技术和仪器分析领域的重大突破，意义深远。现今，由于HPCE技术的异军突起，HPLC技术的发展重点己转到制备和下游技术。 1984年德国科学家Kohler、美国科学家Milstein和丹麦科学家Jerne由于发展了单克隆抗体技术，完善了
9、极微量蛋白质的检测技术而共享了诺贝尔生理医学奖。 1985年美国加利福尼亚州Cetus公司的Mullis等发明了用PCR技术（Polymerase Chain Reaction）即聚合酶链式反应扩增DNA的技术，对于生物化学和分子生物学的研究工作具有划时代的意义，因而与第一个设计基因定点突变的Smith共享1993年的诺贝尔化学奖 1988年，美国遗传学家McClintock由于在二十世纪五十年代提出并发现了可移动的遗传因子而获得诺贝尔生理医学奖。 1989年，美国科学家Altman和Cech由于发现某些RNA具有酶的功能（称为核酶）而共享诺贝尔化学奖。90年代： 1993年，美国科学家Rob
10、erts和Sharp由于在断裂基因方面的工作而荣获诺贝尔生理医学奖。 1994年，美国科学家Gilman和Rodbell由于发现了G蛋白在细胞内信息传导中的作用而分享诺贝尔生理医学奖。 1995年，美国科学家Lewis、德国科学家Nusslein-Volhard和美国科学家Wieschaus由于在20世纪40-70年代先后独立鉴定了控制果蝇体节发育基因而共享诺贝尔生理医学奖。 进入21世纪以来，PCR技术、生物芯片技术不断完善，基因组学、蛋白质组学、生物信息学发展迅速。我国生物化学界的主要成就 我国生物化学界的先驱吴宪教授在20年代初由美回国后，在协和医科大学生化系与汪猷、张昌颖等人一道完成了
11、蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究。 1965年我国化学和生物化学家用化学方法在世界上首次人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素，1983年又通过大协作完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成。近年来，在酶学研究、蛋白质结构及生物膜的结构与功能等方面都有举世瞩目的研究成果。 90年代以来，我国参与了人类基因组计划，在水稻基因组研究中处于国际领先水平，在功能基因组学研究中取得不少成绩。1.2 1.2 生化实验室的基本设施与装备生化实验室的基本设施与装备温度与环境设施温度与环境设施 许多生化实验都要求在一定的温度和湿度下进行操作，因此，一个正规的生化实验室必须能够保持恒温、
12、恒湿的环境。为了保持这些条件，实验室都应装备空调和加湿器等，而仪器分析室则要求保持干燥，一些怕潮湿和易水解的试剂应保存在干燥箱中。由于各种生物材料、制剂和各种生化试剂要求在不同的温度下保存，实验室必须备有4、20、80的冰箱，需要在更低温度下保存的样品，则须使用液氮罐。对于需在较高温度下进行的操作，则可使用烘箱和高温电炉等。实验室还应备有干冰，以便使用乙醇-干冰浴进行样品的快速冷冻分装。 实验室用纯水实验室用纯水 生化实验室使用最多的溶剂是“水”，配制生化实验用试剂不能用自来水，只能使用经过纯化的水。生化实验对所用水的纯度是要求比较高的，通常可以认为，水的质量越高，实验的结果就越真实可靠和准确
13、，为此必须保证实验用水的质量。常用的两种纯水是二次蒸馏水和无离子水。在超纯分析和特殊的生化实验中要求更高的水质，如无菌水、亚沸蒸馏水、无二氧化碳蒸馏水等。根据实际工作的需要，来选用水的种类，如：无离子水、普通蒸馏水、二次蒸馏水、亚沸蒸馏水及按特殊要求制备的高纯水等。 所有的各种纯水，在贮存中都会被污染：塑料容器会产生有紫外吸收的有机物；玻璃和金属容器会产生金属离子的污染；长时间放置更会使水长菌，空气中的二氧化碳会溶入水中，所以贮存高纯水一定要隔绝空气，密封盖严，必要时贮存在冰箱的冷藏室中。消毒系统消毒系统 生化实验要进行生物培养和生物反应的操作，这些操作都必须排除其他生物因素的干扰，因此在做这
14、些实验之前，都必须对实验中用到的、可能造成污染的材料、器械等进行消毒灭菌处理。常用的灭菌方法有：高温、高压灭菌、紫外线照射、火焰焚烧、过滤除菌、酒精等试剂浸泡消毒等，因此实验室必须配备各种无菌处理设备。 离心设备离心设备 离心方法是分离和制备生物大分子最常用的手段，因而生化实验室必须备有各种形式的离心机。常用的有普通台式离心机、高速冷冻离心机和超速离心机等。 计量系统计量系统 生化实验都要求在各种标准的定量条件下进行，因此实验室必须配备各种标准的定量系统。常用的定量系统有：称量系统、液体体积度量系统、pH测定系统、液体溶质定量系统等。 称量仪器：最常用的设备是各种千分之一的扭力天平、单、双盘天
15、平和各种万分之一的电子天平等，它们分别用于各种缓冲液的配制和标准物质的称量等。 液体体积度量仪器：常用的有各种量筒、移液管、容量瓶、微量进样器和各种自动取液器等。 酸碱度pH测量仪器：最常用的是pH试纸和pH计。 液体溶质定量仪器：此系统主要是根据液体溶质的某些理化特性而设计的，不同的物质在一定的条件下有特定的吸收光谱，其吸收值的大小与其在溶液中的浓度有一定的关系，可以通过测定某物质在溶液中的吸收光谱来计算出该物质的浓度，因而分光光度计就是生化实验室必备的仪器分析手段。主要有可见分光光度计和高档的快速扫描紫外可见分光光度计等。 电泳装置 电泳是生化实验中最常用最重要的实验技术之一，主要用于分析
16、、鉴定，也可用于制备。电泳装置由电源和电泳槽两部分组成，详见第4章。 层析系统 层析又称为色谱，是分离各种生物大分子的主要手段之一，因而各种层析系统和核酸蛋白检测器就是生化实验室最常用的仪器设备。主要的层析技术有：吸附层析、凝胶排阻层析、离子交换层析和亲和层析等，详见第3章。PCR仪 PCR(Polymerase Chain Reaction)是指聚合酶链式反应。该反应是用DNA聚合酶在体外大量扩增DNA片段的一种方法。PCR仪就是将此方法实现了自动化操作的一种仪器，是生化与分子生物学实验常用和必备的设备。 生物培养设施生物培养设施 生物培养是生化实验必不可少的设备。生物材料的培养有微生物培养
17、、植物细胞及组织培养、动物细胞及动物培养等。不同的培养，其对设施的要求也有所不同。 微生物培养：需要恒温恒湿培养箱、振荡培养器即摇床（有空气和水浴式以及全温式摇床）、发酵罐、大型生物反应器等。 植物细胞及组织培养： 需要恒温恒湿光照培养箱、振荡培养器、生物反应器和植物房等。 动物细胞及动物培养：需要二氧化碳培养箱、电热恒温培养箱和动物房等。 为了对所培养的微生物和动植物细胞进行破碎，提取所需的生物大分子，还必需有各种高效率的细胞破碎装置。 基因导入仪基因导入仪 用于向受体生物细胞中导入基因。常用的导入仪有：电导入仪、基因枪、激光和超声导入仪、原生质体融合仪等。高效液相色谱仪和毛细管电泳仪高效液
18、相色谱仪和毛细管电泳仪 用于各种生物大分子的分析与鉴定。冷室冷室 生化实验一般都要求在低温下进行，由于冰浴太小，冷柜也不能进人操作，因此就需要有一间4-10的冷室，工作人员可以在其中进行各种柱层析、各种电泳、生物大分子的提取和分离、硫酸铵沉淀蛋白质以及各种物质的透析等操作，并可以贮存各种生物制品和生化试剂。其它设备其它设备 实验室除以上常规设备和设施外，还必须装备下列一些常用设备：A.通风柜：用于有害和有毒气体的操作。 B.微波炉：用于化冻、灭菌及其他一些需要快速加热的操作。C.组织打碎机和匀浆器：用于各种生物材料、动植物组织和细胞的破碎。D.超声清洗机：用于各种器皿、移液管和自动取液器吸头的
19、清洗和高效液相色谱仪所用流动相的脱气等。E.冰冻干燥机：用于生物大分子水溶液的冰冻干燥，可由其水溶液直接制得固体干粉。F.机械和水环式真空泵：用于旋转蒸发器和各种真空抽气操作。G.旋转蒸发器：用于各种水溶液和有机溶液的旋转减压蒸馏操作。H.酶标仪：用于免疫化学实验的酶联免疫吸附测定。第一章：生物化学与分子生物学中的定量分析一、一、 基本原理基本原理( (一）一） 滴定分析法的概念滴定分析法的概念 滴定（titration）:是将已知准确浓度的标准溶液，通过滴定管滴加到待测溶液中的过程。 滴定分析法（volumetric analysis）:待滴定进行到化学反应按计量关系完全作用为止，然后根据所
20、用标准溶液的浓度和体积计算出待测物质含量得分析方法称为滴定分析法。 滴定分析法具有快速准确，操作简便，仪器要求低的特点，相对误差一般在0.2%以下。通常适用于组分含量在1%以上的常量组分分析，有时也可用于测定微量组分。目前仍然是广泛应用的定量分析方法。 第一节 滴定分析法 当化学反应按计量关系完全作用，即滴加溶液物质的量与待测定组分物质的量恰好符合化学反应式所表示的化学计量关系，称为反应到达了化学计量点（stoichiometricstoichiometric point point），也称为“等当点”（equivalent point)equivalent point)。 适合于滴定分析的化
21、学反应必须具备以下三个条件： 1.待测物质与标准溶液之间的反应要有严格的化学计量关系，反应定量完成的程度要达到99.9%以上，这是定量计算的基础。 2.反应必须迅速完成，或通过加热、使用催化剂等措施可以迅速完成。 3.必须有适宜的指示剂或其它简便可靠的方法确定终点。 如何准确的确定化学计量点是滴定分析中的重要问题。常在待测物质的溶液中加入一种辅助试剂，将它的颜色变化作为化学计量点到达的信号。这种辅助试剂称为“指示剂”（indicator)indicator)。 在滴定过程中，指示剂正好发生颜色变化的转变点称为滴定终点（end point of the titration)end point o
22、f the titration)。 化学计量点是根据化学反应的计量关系求得的理论值，而滴定终点是实际滴定时的测得值，指示剂并不恰好在到达化学计量点的一瞬间变色，两者不一定恰好符合，它们之间存在的很小的差距引起的误差叫滴定误差（titration errortitration error）或终点误差（end point errorend point error）。 滴定误差的大小，决定于指示剂的性质和用量。为了减小误差，需要选择适当的指示剂，使滴定终点尽可能接近化学计量点。（二）生化与分子生物学中常用的滴定法1.酸碱滴定法 是利用酸碱中和反应的一种容量分析法。是在水溶液中以质子转移反应为基础的滴
23、定分析方法。一般的酸碱以及能与酸碱直接或间接进行质子转移反应的物质，几乎都可以利用酸碱滴定法进行测定。 常用的酸碱指示剂（acid-base indicatoracid-base indicator）是一些有机的弱酸或弱碱，其共轭酸或者共轭碱具有不同的结构，呈现不同的颜色。 共轭酸共轭酸 碱碱 + + 质子质子 当滴定到终点时，溶液的pH应在指示剂变色范围之内，常用指示剂的变色范围： 甲基橙：（红）3.1-橙色-4.4（黄） 酚 酞：（无）8.2-粉红色-10.0（红） 石 蕊：（红）5.0-紫色-8.0（蓝）指示剂的选择指示剂的选择强酸滴定弱碱强酸滴定弱碱 选甲基橙选甲基橙强碱滴定弱酸强碱滴
24、定弱酸 选酚酞选酚酞强酸滴定强碱强酸滴定强碱 酚酞或甲基橙酚酞或甲基橙滴定终点的判断滴定终点的判断强酸滴定强碱强酸滴定强碱强碱滴定强酸强碱滴定强酸甲基橙由黄甲基橙由黄 橙橙酚酞由红酚酞由红 无色无色甲基橙由红甲基橙由红 橙橙酚酞由无色酚酞由无色 粉红粉红（1 1）直接法）直接法 利用酸或碱的标准溶液直接滴定被测的碱性物质或酸性物质。 （1）酸类：强酸、ka大于10-8的弱酸、混合酸、多元酸等都可以用标准碱溶液直接滴定。如矿酸、脂肪酸和芳香酸等。 （2）碱类：强碱、Kb大于10-8的弱碱可用标准酸溶液直接滴定。如各种生物碱、有机碱类等。（2 2）间接法）间接法 有些物质具有酸性或碱性，但难溶于水
25、，这时可先加入准确过量的标准溶液，待作用完全后，再用另一种标准溶液回滴。 应用实例 硼酸的测定:硼酸是很弱的酸，不能用氢氧化钠标准溶液直接滴定。但是，硼酸与多元醇生成络合酸后酸强度增加。如硼酸和甘油生成的络合酸可用NaOHNaOH标准溶液滴定。 氮的测定:测定硫酸铵的含氮量时，硫酸铵作为弱酸，直接滴定有困难，可加入浓NaOHNaOH溶液，用蒸馏法将NHNH3 3吸收在过量的HClHCl或H H2 2SOSO4 4标准溶液中，过量的酸用NaOHNaOH标准溶液回滴，用甲基红或甲基橙作为指示剂。2.氧化还原滴定法 以氧化还原反应为基础的容量分析方法。 因为多种元素具有氧化态，所以选用合适的氧化剂作
26、为滴定剂，可以测定许多还原性物质；也可以用适合的还原剂测定氧化性物质。生物化学与分子生物学中常用的氧化还原滴定法有：（1）重铬酸钾法（2）高锰酸钾法（3）碘量法 常用指示剂常用指示剂 自身指示剂： 有些标准溶液本身有很深的颜色，滴定时无需另加指示剂，只要标准溶液稍微过量一点，即可显示终点的到达。 如：用K2MnO4滴定还原性物质时，只要过量的K2MnO4浓度达到210-6 mol/L,就能由紫红色变为粉红色。 特殊指示剂： 有些指示剂本身不具有氧化还原性，但能与氧化剂或还原剂产生特殊的颜色，从而可以指示滴定终点。 淀粉就是一种特殊指示剂：淀粉溶液遇I3-产生深蓝色，反应极为灵敏。在直接碘量法和
27、间接碘量法中均可应用。 氧化还原指示剂： 指示剂本身是一种弱氧化剂或弱还原剂，它的氧化型和还原型具有不同的颜色。是氧化还原滴定法的常用指示剂，对各种氧化还原反应普遍适用，用途广泛。 选择氧化还原指示剂的原则： 指示剂的颜色变化应发生在滴定的电位突跃范围。滴定曲线滴定曲线 氧化还原滴定可以画出一条曲线，以表示滴定过程中氧化剂和还原剂浓度变化情况。因为氧化剂或还原剂浓度的变化,溶液中氧化还原对的电位也随之改变，所以氧化还原滴定曲线通常以氧化还原对的电位为纵坐标，加入滴定剂的体积或百分数为横坐标绘制。（1） 重铬酸钾法 用重铬酸钾作为氧化剂，制成标准溶液，来测定还原性物质的一种氧化还原滴定法。 重铬
28、酸钾中的Cr6+在酸性介质中可以被还原剂还原成为Cr3+。由于Cr3+易水解，滴定要求在酸性介质中进行 重铬酸钾的标准溶液配好后非常稳定，长期放置浓度不变。在酸性介质中，橙色的铬酸根还原后生成绿色的Cr3+。但重铬酸钾本身不能作为指示剂，与它联用的是二苯胺磺酸钠和邻苯氨基苯甲酸。 重铬酸钾法最重要的应用是测定样品中铁的含量。（2）高锰酸钾法 高锰酸钾是强氧化剂之一。在酸性溶液中能被还原成二价锰。溶液的酸度以控制在1-2mol/L为宜。MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O 在中性或微酸性溶液中，高锰酸钾也可以被还原，获得3个电子还原为二氧化锰。MnO4- + 2H2O + 3
29、e MnO2 + 4OH-（3）碘量法 碘量法是以点作为氧化剂，或用碘化物作为还原剂，进行氧化还原滴定的方法。 用I2作为标准溶液，直接进行滴定称为直接碘量法。 I2 + 2e 2I- 用碘化物作为还原剂，通过Na2S2O3标准溶液滴定生成I2，或用Na2S2O3标准溶液滴定剩余的I2，称为间接碘量法。 I2 + 2S2O3 2- 2I- + S4O62-（三）滴定方式（1）直接滴定法 所用化学反应能满足滴定要求时，可直接用标准溶液滴定，称为直接滴定法。如用盐酸标准溶液滴定氢氧化钠试样溶液等。（2）返滴定法 又称回滴定法。如反应速度较慢或反应物是固体，滴定剂加入样品后反应无法在瞬间定量完成，可
30、先加入一定量的过量标准溶液，使样品溶解后再用滴定剂滴定。 如测定固体碳酸钙先加入过量盐酸标准溶液溶解样品，再用氢氧化钠标准溶液返滴定剩余的盐酸。（3）置换滴定法 对于不按照化学计量关系反应的物质可通过其他化学反应间接进行滴定。置换滴定法是加入适当试剂与待测物质反应，使其被定量的置换成另外一种可直接滴定的物质，再用标准溶液滴定此生成物。（4）间接滴定法 除了返滴定法和置换滴定法，有时还用其它化学反应间接进行测定。如Ca2+ 可通过沉淀CaC2O4，溶于酸后，用高锰酸钾标准溶液滴定间接测定Ca2+ 含量。二、标准溶液标准溶液（一）标准溶液与基准物质1.直接配置法： 准确称取一定量的物质，溶解后转移
31、到容量瓶中，稀释至刻度。根据物质的质量和容量瓶的体积，算出该标准溶液的准确浓度。 可以用来直接配置标准溶液的物质称为“基准物质”（standard substance)。必须符合下列条件： A:试剂的组成与化学式完全相符； B:试剂的纯度一般应在99.9%以上； C:性质稳定。加热干燥时不分解，称量时不吸湿，不吸收空气中CO2，不被空气氧化等； D:试剂最好有较大的摩尔质量，以便减少称量误差。2.间接配置法 也称标定法。 许多化学试剂不符合基准物质的要求，如：HCl易挥发，NaOH易吸收空气中的水分和CO2，这时候需要先配制成大致浓度的溶液，再利用该物质与基准物质或另一种已知浓度的溶液的反应测
32、定出该溶液的准确浓度。 可用于标定标准溶液的基准物质如下： 无水碳酸钠（酸）、十水合碳酸钠（酸）、二水合草酸（碱或高锰酸钾）、硼砂（酸）、邻苯二甲酸氢钾（碱）、重铬酸钾（还原剂）、氧化锌（EDTA）等。（二）标准溶液浓度的表示方法（1）物质的量浓度（molarity): 指单位体积溶液VB中所含溶质B的物质的量nB，以符号CB表示 C CB B = n = nB B/V/VB B （mol/L或mmol/L） 若物质的质量为mB，其摩尔质量为MB，则物质的量表示为： n nB B = m = mB B/M/MB B C CB B = m = mB B/ / （M MB BV VB B ）标准溶
33、液浓度的标定 （1）基准物质标定法 称取一定量的基准物质，溶解后用待标定的溶液滴定，根据基准物质的量和待标定溶液消耗的体积，即可计算出该溶液的浓度。 大多数标准溶液是通过“标定”测定其准确浓度的。 （2）标准溶液比较法 准确吸取一定量的待标定溶液，用已知准确浓度的标准溶液滴定。根据两种溶液所消耗的体积及标准溶液的浓度，计算出待标定溶液的浓度。这种方法称为“比较法”，不如用基准物质标定法好。2.滴定度（titer）: 指每毫升标准溶液中，所含溶质的量（g/ml 或mg/ml），以符号T表示。有以下两种表示方法： （1）以每毫升标准溶液中所含的溶质的质量表示。如TNaOH = 0.0400g/ml
34、，表示1ml NaOH标准溶液中含有0.0400g NaOH。 （2）以每毫升标准溶液所能滴定的被测物质的质量表示。如TNaOH/HCl = 0.0036g/ml，表示每毫升NaOH恰好能与0.0036g HCl反应。一般表示为TT/A，T为滴定剂，A为被测物质。 在生产实践中使用这种浓度可以省去很多计算，很快得出分析结果，应用方便。三、滴定分析的计算 对于任何一个滴定反应，都是用标准溶液（滴定剂T）去滴定待测物质（A），生成P。在化学计量点，待测物质与标准溶液物质的量必定相当。 tT + aAtT + aA P P 以n来表示物质的摩尔数，则 n nT T:n:nA A = t:a = t:
35、a 则则 n nA A = = （a/ta/t）n nT T 若待测溶液体积为VA，摩尔浓度为CA，到达化学计量点时用去浓度为CT的滴定剂体积VT。则 C CA A V VA A = = （a/ta/t）( C( CT T V VT T) )若以质量计算 m mA A = = （a/ta/t）( C( CT T V VT T M MA A) )滴定分析中体积以ml计算，所以 m mA A = = （a/ta/t）(C(CT T V VT T ）（M MA A/1000)/1000)因此，滴定度 T TT/AT/A = = （a/ta/t） C CT T ( M ( MA A/1000)/100
36、0)四、减小滴定误差的方法1.绝对误差和相对误差 任何测量都是测量者通过某种仪器进行的。由于受分析方法、测量仪器、试剂和分析工作者的主观因素等方面的限制，得到的测量结果不可能和真实值完全一致。在一定条件下，测量结果只能接近真实值，而不能达到真实值。 进行定量分析时，必须根据对结果准确度的要求，合理的安排实验，对实验结果的可靠性做出合理判断并予以正确表达。 误差的大小是衡量一个测量值不准确性的尺度。误差越小，说明测量的准确性越高。 测量中的误差，可以用两种方法表示：绝对误差（absolute error）和相对误差（relative error）绝对误差（绝对误差（absolute errora
37、bsolute error）：）： 绝对误差是测量值与真实值之差。 = x (：绝对误差；x：测量值；：真实值） 绝对误差是以测量值的单位为单位，可以是正值，也可以是负值。测量值越接近真实值，绝对误差越小。 真实值是一个可以接近而不可达到的理论值。上式可以写成： = x- 说明在已知绝对误差值的情况下，真实值可以从测定值减去绝对误差而求得。相对误差（相对误差（relative error）：）： 为了反映误差在测量结果中所占的比例，分析工作中经常使用相对误差。相对误差是以真实值的大小为基础表示的误差值，没有单位。 /=(x-)/ 通常以%， 或 ppm表示。 例如：测定纯NaCl中Cl的百分含
38、量为60.52%，而其真实含量（理论值）为60.66%。则绝对误差=60.52%60.66% = -0.14% 相对误差=（60.52% 60.66%） / 60.66% 1000 = -2.3 如果不知道真实值，而知道绝对误差值，则相对误差也可以表示为： 相对误差 = 100% x 例如：用分析天平称两个重量，一个是0.0021g，另一个是0.5432g，两个重量的绝对误差都是0.0001g，可是相对误差却大不相同，一个是（1/21 ）100%，另一个是（1/5432 ）100%。 可见，由于两个被测组分含量高低不同，即使绝对误差相同，相对误差也不同。对高含量组分测定的相对误差应当要求小些，
39、低含量组分测定的相对误差要求允许大些。 例如：用重量法和滴定法测量样品主要成分，相对误差需要达到千分之一，而用比色法测定样品重微量成分时，相对误差只要求达到百分之几即可。2. 系统误差系统误差系统误差（systematic error）也叫“可定误差”，是由某种确定的原因引起的，一般有固定的方向（正或负）和大小，重复测定时重复出现。根据系统误差的来源，可分为： （1） 方法误差 方法误差是由于不适当的实验设计或所选方法不恰当所引起的，通常影响较大。比如：滴定分析中终点与化学计量点不相符合、重量分析中沉淀的溶解度过大或有共沉淀等，都会产生误差。 （2） 仪器或试剂误差 是由于仪器未经校准或试剂不
40、合规格引起的。例 如：天平砝码不准、容量仪器刻度不准或试剂不纯等，均能产生这种误差。（3） 操作误差 操作误差是由于分析者操作不符合要求引起的。 例如：分析者对滴定终点颜色改变的判断能力不够高，总是偏深或偏浅，便会产生误差。 由于系统误差是重复的以固定方向和大小出现，所以能用加校正值的方法加以消除，但不能用增加平行测定次数的方法消除。3.3.随机误差（随机误差（accidental error ):accidental error ): 也称偶然误差，是由于偶然的原因，如测量条件、实验室温度、湿度等变动而未能得到控制的条件波动引起的，其大小和正负都不固定。 偶然误差的出现看起来似乎没有规律，但
41、多次测量就会发现绝对值相同的正负偶然误差出现的概率大致相等，它们之间能完全或部分抵消。因此通过增加平行测定次数，就可以减免测定结果中这种误差。也可以通过统计学方法估计出偶然误差值，并在测定结果中予以正确表达。 系统误差和偶然误差往往不能区分。比如：在观察滴定终点的颜色变化时，有人总是偏深，产生系统误差。但多次测定中偏深程度不一样，又必然有偶然误差。4.4.准确度和精密度准确度和精密度 （1）准确度（accuracy）： 表示分析结果与真实值接近的程度。准确度的大小，用误差表示。误差越大，准确度越低。 （2）精密度（precision）： 表示平行测量的各测量值之间的相互接近程度,表示测量的重现
42、性。用以下几个指标表示: A.偏差d = Xi - X平均 B.平均偏差：各个偏差绝对值的平均值,即 平均偏差=偏差/n C.相对平均偏差 S=（平均偏差/ X平均） 100%。 D.标准偏差:各个偏差的平方值和除以样本个数n1，再开平方。即 （S)= 偏差2/（n1）1/2 E.相对标准偏差 RSD =（标准偏差/ X平均） 100%。5.提高分析准确度的方法 （1）选择恰当的分析方法 不同方法的准确度和灵敏度不同。重量分析法和容量分析法灵敏度虽然不高，但对常量组分的测定可以获得比较准确的结果，一般相对误差不超过千分之几。但对于微量和痕量组分的分析，常常做不出来，谈不上精确度。 仪器分析法对
43、测定常量组分无法准确，但对测定微量和痕量组分灵敏度很高，尽管相对误差较大，但绝对误差不大，能符合准确度的要求。 总之，必须根据分析对象，样品情况以及对分析结果的要求，选择恰当的分析方法。 （2）减小测量误差 为了保证分析结果的准确度，必须尽量减小各步的测量误差。 例如：一般分析天平的称量误差为+0.0001g，用减重法称量两次，可能引起的最大误差是+0.0002g，为了使称量的相对误差小于0.1%，取样量就不能小于0.2g。 （3）消除测量中的系统误差 A、校准仪器：对砝码、滴定管和移液管进行校准。 B、做对照实验：用含量已知的标准试样或纯物质当样品进行分析，由分析结果和其已知含量的差值，确定
44、分析的误差。 C、做空白实验：在不加样品的情况下，以与样品相同的方法、步骤进行分析，把所得的结果作为空白值从样品分析结果中减去。这样可以消除由于试剂不纯或容器不符合要求所带进的误差。6.减小滴定误差的方法 滴定分析的准确度一般在0.2%左右，在滴定分析过程中要尽量减少误差： （1）量器误差： 滴定分析中所用的滴定管、移液管和容量瓶等，如果严格遵守量器使用规则，一般误差不会超过0.2%。 在滴定步骤中，一般滴定管读数可有+0.01 ml的误差，一次滴定需要读两次数，可能造成的最大误差是+0.02ml。为使滴定的误差小于0.1%，消耗滴定剂的体积最好在20ml以上。 （2）方法误差： 主要是终点确
45、定的误差。 a.指示剂终点和化学计量点不符合，正确选择指示剂可以减少这种误差。 b.滴定时，在接近化学计量点时要半滴半滴的加入。 c.若指示剂本身是弱酸或弱碱，氧化剂或还原剂，在滴定过程中会消耗一部分标准溶液，因此，指示剂用量不宜过多。 d.某些杂质在滴定中会消耗标准溶液或产生其它副反应。 此外，有一部分由于操作的疏忽所产生的误差，如： (1) 由于溶液混合不匀产生的误差。容量分析中所用的标准溶液和未知液必须混合均匀，否则取其一部分滴定时，这一部分的浓度不能代表整个溶液的浓度。 (2) 标准溶液保存不当而使浓度改变。 (3) 由于仪器洗涤不当引起的误差。未洗净的仪器不但能引入杂质，也会造成量出
46、体积不准(液面不规则和挂液滴)。所以仪器必须洗至不挂水珠。必须了解哪些仪器要用所取溶液淋洗以防浓度改变，哪些仪器则不能用溶液淋洗。 (4) 由于操作不当引起的误差。例如，滴定管漏水、未赶去气泡、滴定速度过快、读数方法不正确等。 这些误差只要细心操作，是可以避免的。除了上述一般误差外，各类容量分析还有它们特殊的误差，应当予以重视。 8.有效数字 有效数字是指分析工作中实际测到的数字，允许最后一个数字是可疑数，反映测量值的准确度，要与测量的方法相适应。 一般分析数据保留4位有效数字，保留的位数太多无实际意义，反而增加计算的麻烦。要注意0.0052的有效数字只有2位，3个0是用于定位的无效数字。 修
47、约有效数字的原则是四舍六入五成双。如23.4550.546修约为23.460.55， 28.4450.675修约为28.440.68，要避免出现0.000020.00001之类的数字，或3658.25430.0058之类的数字。五、生物化学常用缓冲液（一）基本概念 Bronsted-Lowry酸碱理论（酸碱质子理论）: 1923年由丹麦化学家J.N.Brnsted和英国化学家T.M.Lowry同时提出了酸碱质子学说，认为凡能释放质子的分子或离子（如：H2O，HCl，NH4+，HSO4- 等）称为酸，凡能接受质子的分子或离子（如：H2O，NH3，Cl-等）称为碱。因此，一种酸释放质子后即成为碱，
48、称为该酸的共轭碱，同样一种碱与质子结合后，形成对应的酸，称为该碱的共轭酸。 如盐酸在水中的解离： HCl ClHCl Cl- - H H+ + HCl是酸，Cl-是它的共轭碱。 pH = pKa+logpH = pKa+log质子受体质子受体/质子供体质子供体 缓冲体系的设计： 1960年，N.E.Good和他的同事们提出，适合生命科学研究使用的缓冲体系应具有以下特性： pKa值在6-8之间； 在水中的溶解度高； 不易穿透生物膜； 盐效应小； 离子浓度、溶液组成和温度对解离的影响小； 不与金属离子生成复合物或沉淀； 该缓冲剂化学稳定； 紫外和可见光波长范围内光吸收小； 易制得高纯度的盐。（二）
49、生物化学常用缓冲液 磷酸盐缓冲液： 磷酸盐是生物化学研究中使用最广泛的一种缓冲剂，由於它们是二级解离，有二个pKa值，所以用它们配制的缓冲液，pH范围最宽： NaH2PO4： pKa12.12， pKa27.21 Na2HPO4： pKa17.21， pKa212.32 配酸性缓冲液： 用NaH2PO4，pH1-4， 配中性缓冲液： 用混合的两种磷酸盐，pH6-8， 配碱性缓冲液： 用Na2HPO4，pH10-12。 用钾盐比钠盐好，因为低温时钠盐难溶，钾盐易溶，但若配制SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的缓冲液时，只能用磷酸钠而不能用磷酸钾，因为SDS（十二烷基硫酸钠）会与钾盐生成难溶的十二烷基硫酸
50、钾。磷酸盐缓冲液的优点为： 容易配制成各种浓度的缓冲液； 适用的pH范围宽； pH受温度的影响小； 缓冲液稀释后pH变化小，如稀释十倍后pH的变化小于0.1。其缺点为： 易与常见的钙Ca+离子、镁Mg+离子以及重金属离子缔合生成沉淀； 会抑制某些生物化学过程，如对某些酶的催化作用会产生某种程度的抑制作用。 Tris（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液： Tris缓冲液在生物化学研究中使用的越来越多，有超过磷酸盐缓冲液的趋势，如在SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中已都使用Tris缓冲液，而很少再用磷酸盐。 Tris缓冲液的常用有效pH范围是在“中性”范围，例如： Tris-HCl缓冲液： pH7.5-8.5 T
