跨学科融合视域下实验改进研究

　 跨学科融合视域下的实验改进研究

　 通过实践发现教材泡菜中亚硝酸盐含景测定实验存在的一些 问题，参考国标的方法进行改进，以紫外分光光度计为检测仪器，建 立了标准曲线，研宄了络合物加入时间、显色时间、显色液的稳定性 及活性炭脱色效果。

　 和著作权归原 所有， 匕

　关键词泡菜亚硝酸盐分光光度计 Q-33 B 1引言

　发展学生的核心素养被置于课程改革的基础地位，其中培养学生 的科学探究能力是重要的组成部分。“制作泡菜并检测亚硝酸盐含量” 是人教版高中生物教材《选修1?生物技术实践》中的一个实验，该实 验与现实生活紧密相连，具有很强的实践性。学生通过主动参与科学 探索过程，在实践中加深对知识的理解，掌握科学方法，学会科学地 认识世界。生物学科的发展和进步离不开其他学科，尤其是数学、物 理、化学、信息学及技术，因此学科素养融合对于发展学生的核心素 养至关重要。教师要充分挖掘有理科共性的思维和方法，把相关的学 科素养融合起来，汇成个体的核心素养。而该实验很好地融合了其他 理科学科，尤其是运用到了化学的一些定量分析方法，例如样品的前 处理、移液管的使用等，把生物和化学相关的知识融合起来，更好地 促进学生核心素养的发展。

　蔬菜容易富集硝酸盐，若在其生长过程中大量使用了氮肥，则所 含硝酸盐的含量就会更高。硝酸盐本身对人体无害或毒害性相对较低， 然而人体摄入的硝酸盐可在细菌的作用下还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐 可导致高铁血红蛋白症。当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0. 3?0. 5 g 时，会引起中毒；当摄入总景达到3 g时，会引起死亡。另一方面， 亚硝酸盐可在一定的条件下形成亚硝胺，从而诱发消化系统癌变，对 人体健康构成了潜在的威胁。故需要检测蔬菜及蔬菜制品中亚硝酸盐 的含量。

　廖德丰对硝酸盐和亚硝酸盐的毒理学效应及检测技术研究进展进 行了梳理，主要针对水体亚硝酸盐和硝酸盐污染对水生生物及人体的 毒理学效应进行阐述，并罗列了检测硝酸盐和亚硝酸盐的新方法，对 中学教师深入认识该实验有很大的帮助。尽管此实验为定量检测实验， 但教材中采用的是误差较大的目视比色法，故有人采用分光光度计进 行精确测定，让学生体会现代实验设备在生物学课堂中的应用。肖安 庆等研究Y贮藏条件和时间对蔬菜中亚硝酸盐含景的影响。下面着重 从化学的视角来对该实验进行深入分析，利用精密分析仪器一一分光 光度计进行实验探宄，探讨存在的问题并提出解决方案。

　2实验原理

　在弱酸性条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸溶液发生重氮反应后， 与萘乙二胺盐酸偶联形成紫红色的偶氮染料（图1），将显色后的样品 与已知浓度的标准显色液进行比较，可以采用目视比色法和光电比色 法。

　3实验部分

　3.1仪器与试剂

　主要仪器：容量瓶，移液管，漏斗，50 mL比色管，723型分光光 度计，电子分析天平，搅拌机，离心机，pll计。

　试剂：亚铁氰化钾溶液（106 g/L）；乙酸锌溶液（220 g/L）;饱 和硼砂溶液（50 g/L）:对氨基苯磺酸溶液（4 g/L）； N-1-萘基乙二胺 盐酸盐溶液（2 g/L）；亚硝酸钠标准溶液（200 ug /mL）；亚硝酸钠 标准使用液（5. 0 u g/mL）；氢氧化铝乳液;氢氧化钠溶液（2. 5 mol/L）。

　本方法所用试剂均为分析纯，水为去离子水。

　泡菜的制作：将白菜洗净，切成小块，晾晒过夜，放入泡菜坛中， 加入煮沸并冷却的食盐水，浸没蔬菜，密封发酵，3 d后取用。

　提取剂：50 g氯化镉与50 g氯化钡，溶解于1 000 mL蒸馏水中， 用浓盐酸调节pH至1。

　3.2实验步骤

　3.2.1操作过程

　称取5 g试样，在研鉢中研磨成匀浆，加12.5 mL饱和硼砂溶液， 搅拌均匀，以300 mL 70 °C左右的水将试样洗入500 mL容量瓶中，

　于沸水浴中加热15 min,取出置冷水浴中冷却，并放置至室温。

　振荡上述提取液时，加入5mL亚铁氰化钾溶液，摇匀，再加入5

　mL乙酸锌溶液，以沉淀蛋白质。加水至刻度，摇匀，放置30 min, 上清液用滤纸过滤，弃去初滤液30 mL，滤液备用。

　吸取40 mL上述滤液于50 mL带塞比色管中，另吸取0.00、0.20、 0.40、0.60、0.80、1.0、1.5 mL亚硝酸钠标准使用液（相当于0.0、 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、7. 5 ug 亚硝酸钠），分别置于 50 mL 带 塞比色管中。于标准管与试样管中分别加入2.0 mL对氨基苯磺酸溶液， 混匀。静置3?5 min后，各加入1. 0 mL盐酸萘乙二胺溶液，加水至 刻度，混匀，静置3 min后，用1 cm比色皿，以零管调节零点，于波 长538 nm处测吸光度，绘制标准曲线，同吋做试剂空白。

　3.2.2结果计算

　用下式进行计算亚硝酸盐（以亚硝酸钠计）的含量：

　X1=B

　式中：

　XI — 一试样中亚硝酸钠的含量，单位为毫克每千克（mg/kg）；

　A1——测定用样液中亚硝酸钠的质量，单位为微克（ug）;

　m ?样质量，单位为克（g）;

　VI 测定用样液体积，单位为毫升（mL）；

　V0—一试样处理液总体积，单位为毫升（mL）。

　4结果与讨论

　4. 1高中生物教材中“制作泡菜并检测亚硝酸盐含量”解析

　在对高中牛.物教材中“制作泡菜并检测亚硝酸盐含量”的亚硝酸

　盐含量测定方法实验过程中，发现了如下问题：

　（1）溶液配制：亚硝酸盐标准液配制采用的是硅胶干燥器中干

　燥24 h的亚硝酸钠，以硅胶干燥剂进行吸湿干燥，但是亚硝酸盐含水 景不大，放置于硅胶干燥器中24 h干燥效果并不明显。此外，亚硝酸 盐只存在320°C以上才会发生分解，所以完全可以在烘箱中用110°0烘 干到恒重后，再进行称量和溶液配制，最终配制好的溶液的浓度才会

　更精确（2）

　更精确

　（2）样品前处理：教材中关于样品处理液的制备方法

　存在较多问题，见表1。

　综上所述，高中生物教材中“制作泡菜并检测亚硝酸盐含量”这 一实验存在较多问题。在高中阶段就应该让学生形成定量的概念，培 养其严谨的科学精神，故而参考国标中检测亚硝酸盐的方法对这个实 验进行改进，具体操作方法如3. 2所示。

　4.2标准曲线绘制

　以亚硝酸盐质量（x）为横坐标，对应的吸光度（y）为纵坐标， 绘制出标准曲线，计算曲线斜率，得出二者的哭系式力：y=0. 1565x， 相关系数R2=0. 9995,线性关系良好（图2）。

　4.3络合物加入时间及显色时间的确定

　取0. 5 mL浓度为5.0 u g/mL的亚硝酸钠标准溶液，置于50 mL 的比色管中，接着按以下四种方案进行实验：①同时加入2 mL的对 氨基苯磺酸溶液和1 mL的萘乙二胺盐酸溶液；②先加入2 mL的对

　氨基苯磺酸溶液，3 min后加入1 mL的萘乙二胺盐酸；③先加入2 mL

　的对氨基苯磺酸溶液，5 min后加入1 mL的萘乙二胺盐酸；④先加 入2 mL的对氨基苯磺酸溶液，7 min后加入1 mL的萘乙二胺盐酸。

　之后加水至刻度，混匀，分别取静置2、5、10、15、20、30、60、 120、180 min后的溶液，以试剂空白作参比，在538 nm测得吸光度 值，如图3所示。同时加入对氨基苯磺酸溶液和萘乙二胺盐酸整体发 光值较低，络合物在显色反应3 min时发光值已趋于稳定，且显色液 在几个小时内相对稳定。故选择先加入2 mL的对氨基苯磺酸溶液，3 min后再加入1 mL的萘乙二胺盐酸，定容后显色反应3 min后进行测 定。

　4.4活性炭?色实验

　参考国标的方法进行测定，在样品前处理吋发现，当选用样品颜 色较深时，处理过后的溶液依然存在较深的颜色，影响结果测定。活 性炭能较好地吸附植物中的色素，故选择用活性炭对最后的样品液进 行脱色处理，可以有效地消除测定时产生的误差，并对加入活性炭之 后的实验进行冋收率测定。称取4份5 g样品，分别加入0、1、3、5 mL的5. 25 u g/mL亚硝酸钠标准溶液，按照3. 2进行处理，只是在沸 水浴后分别加入2 g活性炭继续加热2 min，其余步骤同3. 2。最后测 定吸光度，结果见表2,加入活性炭进行脱色的回收率在87. 9%?94. 6% 之间，证明该方法具有较高的回收率。

　4.5小结

　通过在实际操作发现高中生物教材中“制作泡菜并检测亚硝酸盐 含量”实验中存在的一些问题，故而参考国标的方法对这个实验进行

　改进。通过紫外分光光度计对实验结果进行精密测量，建立标准曲线， 考查了反应溶液的稳定性，希望能让广大中学教师对此实验的原理、 样品的前处理、实验的操作、实验结果的处理等方面能有更深入的认 识，从而更好地应用到实验教学中。

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