1、第二届数理化学科能力竞赛复赛化学应用论文或实验报告写作指导与范文数学建模小论文、物理化学应用论文或实验报告写作指导及范文一、写作指导（1）形式：数学组：数学建模小论文；物理组：物理应用论文或实验报告；化学组：化学应用论文或实验报告。（2）要求：主题不限，题目自拟。数学组：运用自己所学的数学知识，发现并解决生活中的实际问题，写成论文并提交。物理组：运用物理知识解释生活当中的现象或解决生活当中的问题，写成应用论文或实验报告并提交。化学组：运用化学知识通过实验解释生活当中的现象或解决生活当中的问题，写成应用论文或实验报告并提交。（3）论文(或实验报告)的格式要求：写作顺序：标题、作者所在省份、城市、
2、学校名称、班级、作者姓名、指导教师姓名、摘要及关键词、正文、参考文献。参考文献的书写格式严格按以下顺序：序号、作者姓名、书名（或文章名）、出版社（或期刊名）、出版时间或发表年、卷、期号。实验报告中须包含实验的目的、构想、步骤、结论，并提供证明实验结果的数据及照片等。字体：各类标题（包括“参考文献”标题）用粗宋体；作者姓名、指导教师姓名、摘要、关键词、图表名、参考文献内容用楷体；正文、图表、页眉、页脚中的文字用宋体；英文用Times New Roman字体。字号：论文题目用三号字体，居中；正文用四号字体；页眉、页脚用小五号字体；其他用五号字体；图、表名居中。正文打印页码，下面居中。打印纸张规格：
3、A4 210mm297 mm。必须同时提交打印稿和电子版。标题（三号粗宋体）省市学校班级 作者姓名 指导教师姓名（五号楷体）摘要及关键词（五号楷体）正文（四号宋体）参考文献（五号楷体）（4）说明：参评论文的作者必须是作品的合法拥有者，具有著作权，并承担相应法律责任，组委会对获奖作品具有无偿展示权、宣传权、使用权。二、范文摘要 钙对青少年的成长发育和维持人体正常生理功能极为重要。钙代谢异常将会影响许多器官的生理功能，对于身体健康有着重要影响。因此，建立简便快速、准确性较高、成本低、易普及的钙的检测方法具有重要意义。本研究建立了利用甲基麝香草酚兰分光光度法直接测定尿钙的新方法，并且根据其原理制备了
4、尿钙检测试纸。该方法线性范围为0120.0mgL-1，回收率为104.9106.4，相对标准偏差为0.5，准确度、精密度均较好；尿钙试纸盲测结果与分光光度法比较，符合率为75，室温保存至少可稳定70天，性质仍然稳定。尿钙试纸使用简便、准确性较高、稳定性好，利于家庭自检及普及。关键词尿钙，甲基麝香草酚兰，分光光度法，尿钙试纸AbstractCalcium is the fifth most abundant element by mass in the human body, where it is a common cellular ionic messenger with many func
5、tions, and serves also as a structural element in bone.Calcium metabolism will affect the physiological functions of many organs. As a result, it is important to establish a new method of the determination of calcium, which is simple, rapid, high accuracy and low cost . In this paper, the new method
6、 of the determination of calcium which used MTB-Spectrophotometry was established. I also created the urine test paper in accordance with its principle. The linear range of this method is 0 120.0 mg L-1, recovery is between 104.9 and 106.4. The relative standard deviation is 0.5%, accuracy and preci
7、sion are perfect; comparing with urine test paper blind test results and spectrophotometry , the meeting rate is 75, and it can be kept stable for at least 70 days at room temperature, remain stable in nature. In a word, urine test paper is easy to use, high accuracy, stability, family -friendly sel
8、f-inspection and penetration. Its valuable for all of us to use it in daily life.KeywordsMTB, spectrophotometry, Urine of Ca2+, urine test paper1 引言钙是人体中含量最高的无机盐类物质，也是人体内含量较多的矿物质元素，在体内仅次于氧、碳、氢、氮，居于体内元素第五位。成人体内总钙量约为1300 g，约占人体总重量的2%，正常人体内绝大多数的钙分布于细胞内液，主要以骨盐的形式存在于骨骼和牙齿中，约99%在骨骼，0.5%在牙齿，0.5%在软组织。存在于细胞外
9、液的钙仅占总钙量的0.1%，约1 g左右，0.70 g在血管外液，0.30 g在血浆。钙的排出主要经粪便和尿，机体对粪钙排出的调节能力差，而对尿钙的排出具有一定的调节能力，血钙增多，尿钙排出增多，但很少超过500 mg/天，血钙下降，尿钙排出减少，甚至停排1-2。生命的特征之一就是代谢，钙代谢异常将会影响许多器官的生理功能，对于身体健康非常重要。人体中的钙在神经脉冲传递、触发肌肉收缩、释放激素及调节心率中起着重要作用：缺钙可以引起手足抽搐、肌肉痉挛、喉鸣、惊厥、心律失常，导致骨质钙化障碍，表现为小儿佝偻病、骨骼畸形、发育迟缓，成人骨质软化、骨质疏松等症，对孕妇、婴幼儿影响很大，对中老年人则易造
10、成骨折；钙过量可引发胆结石、肾脏钙化、肾小管纤维化、肾小管出血等疾病，导致神经肌肉的兴奋性下降，表现为乏力、四肢松弛、记忆力减退、易疲劳、心律失常，另外，高钙血症还往往是骨瘤的主要信息，因此，钙在维持人体正常生理功能及在人类生活中地位极为重要3-4 ，“合理补钙”已成为当代社会各年龄群体（尤其是青少年）所关注的焦点，引起了广泛重视。人体中钙的检测方法是根据钙在体内的分布和含量，选择不同的部位和方法来检测的。钙的检测方法很多，常规检测有测定骨密度、血钙、尿钙、发钙等检测途径。测定骨密度需要特殊的仪器；对于血钙、尿钙、发钙这三种检测方法来说，血钙能准确的反映体内的钙代谢情况，准确度高，但取样及样品
11、保存要求严格的条件，并且取样有痛苦；发钙能反映出人体在一段时间内的营养状况，检测取样方便、无痛苦，但受取样部位、洗护发用品的影响较大，准确性不够高；尿钙测定取样方便、均匀性好、无痛苦，准确性虽不如血钙检测高，但却是临床检测人体钙代谢的一个重要指标，适用于普查、筛查、家庭自检5-9。据有关文献报道10，根据北屯农十师413名学龄前儿童尿钙检测数据统计分析，413名学龄前儿童钙缺乏率高达40%；尿钙含量减少常与甲状腺机能减退症、手足抽搐症、骨质疏松症、以及肾病变等相关联；而甲状腺机能亢进、维生素D中毒、变形性骨炎等，均可引起尿钙增多11；尿钙过饱和是草酸钙结石形成的重要原因之一，因此准确测定尿液中
12、的钙含量对于判别是否罹患尿结石有重要意义12。国内测定尿钙的常见方法有EDTA滴定法、电极法、原子吸收法、光度法和试纸法等，首选原子吸收光谱法。 EDTA配位滴定法优点在于不需要特殊仪器，快速方便，适宜基层医疗单位，但滴定终点难以准确掌握；电极法所用的硬度电极性能不稳定且使用寿命短；原子吸收法虽测定速度快，效果好，但需要特殊仪器及专门技术操作，在一般实验室的条件下难于应用；光度法与上述方法比较测定速度快、灵敏度及精确度高，操作相对简便。分光光度法测钙方法有邻-甲酚酞络合酮直接比色法、胶束增溶分光光度联合测钙法、偶氮胂显色剂测钙法等；试纸法是通过其颜色的变化对样品进行定性和半定量测定，与其它方法
13、比较，操作简便，成本低，速度快，另外，试纸法测定无需专门培训测定人员，只要有一定的辨色能力即可，便于普通家庭使用13-17。国外有利用酶分析法、光化学传感器测钙的文献报道：Tabata M. 18于1986年最先报道了用磷酸酯酶测定血清中的总钙。该法测定专一，检测限较低 ，但血清中的镁对钙的测定干扰很大。后来，Yuzo19等以猪胰腺-淀粉酶测定钙，以2-氯-4-硝基苯麦芽三糖（CNP-G3）作底物，在钙存在条件下生成2-氯-4-硝基苯酚（CNP）和麦芽三糖（G3），该反应中Ca2+可激活-淀粉酶，CNP浓度的增加与钙离子浓度成正比例关系。此法不受各种正离子特别是镁离子及血清蛋白的干扰，但内源性
14、的-胰淀粉酶将引起正误差，因此，对于急性胰腺炎患者和血钙过高患者的钙测定可能不准确。到1996年，Shigeki20等用脲酰胺酶、谷氨酸脱氢酶测定血清钙，排除了内源性铵离子的干扰，反应是钙影响了酶-ATP-Mg2+复合物对尿素的羟化作用，钙和镁以及钙和三磷酸腺苷（ATP）之间的抑制是非竞争性的，因此，这种酶的抑制作用是与钙离子的浓度成正比，适宜的pH为7.58.0。 酶法分析耗时少，特异性好、灵敏度高，有可信的回收率，且易于自动化，以上的酶法分析已经有商品药盒出售，非常适合临床常规分析；瑞士苏黎世联邦高等理工学院（ETH）的科学家Thomas21等用自己合成的一些化合物制备膜，当含钙离子的样品
15、流经与膜接触的流通池时Ca2+与敏感物质反应，引起光吸收的改变而测得样品溶液中的钙含量，用于钙离子检测的光纤化学传感器大多用荧光检测，荧光试剂可用天然羧酸聚醚抗菌素，将荧光试剂制成膜或直接修饰到光纤探头上，样品中的钙离子与此试剂生成配合物对荧光有熄灭作用，由于荧光熄灭程度与熄灭剂浓度有关，因此可以测定样品中钙离子的浓度。随着分析方法、通讯技术、计算机技术、生物技术、医学等学科的迅猛发展，人体中钙的检测方法也朝着更加方便、快捷、准确、无痛苦、成本低、易普及的方向发展，以适应人们对医疗条件日益提高的要求。根据文献报道，甲基麝香草酚兰分光光度法主要用于血清钙的测定22，直接用于尿钙的测定现未见到相关
16、报道。甲基麝香草酚兰（即甲基百里香酚兰，MTB）是一种优良的金属络合试剂，主要用作光度法测定Al3+、Ca2+、Mg2+、Hf4+、NbO3+和Ti4+等的显色剂，在碱性条件下可以与钙发生显色反应，用做配位滴定法测定Zr4+、Bi3+、Mg2+、Sc3+、Cu2+等的金属指示剂。本研究有两个工作重点，首先对甲基麝香草酚兰测定尿钙的方法进行了有关显色剂最佳浓度的选择、试剂空白试验、显色反应时间、显色反应稳定性等相关条件试验，找出了其影响规律，建立了利用甲基麝香草酚兰分光光度法直接测定尿钙的方法，该方法无需对样品进行特别处理，简便易行，用于实际样品分析，得到了满意的结果；其次，在确定液相反应方法的
17、基础上，以甲基麝香草酚兰分光光度法测定尿钙的方法为理论基础制备尿钙试纸，对于纸质条件、浸渍溶液最佳浓度、浸纸方式及时间、干燥方式、稳定剂、衬色剂、试纸灵敏度、准确性、稳定性等方面进行了系统研究，以制备的尿钙试纸对实际尿样进行测定并与甲基麝香草酚兰分光光度法测定结果对比，结果满意。2 实验部分2.1 仪器和试剂2.1.1 仪器722E型分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；电子天平（Scortorius）（北京赛多利斯天平有限公司）；微量进样器（上海医用激光仪器厂）； pHS3C数字酸度计（杭州东星仪器设备厂）。2.1.2 试剂 甲基百里香酚兰（MTB）（天津瑞金特化学品有限公司）；聚乙烯吡咯烷酮
18、（K30）（天津市福晨化学试剂厂）；8-羟基喹啉（天津市化学试剂一厂）；盐酸（天津市化学试剂六厂）；氢氧化钠（天津市鼎盛化工材料厂）；无水亚硫酸钠（天津市耀华化工厂）；乙醇胺（天津市恒兴化学试剂制造有限公司）；乙二胺四乙酸二钠（沈阳试剂四厂）；碳酸钙（天津市科密欧化学试剂开发中心）；海藻酸钠（国药集团化学试剂有限公司）；柠檬黄；定量滤纸（直径9公分，中国杭州新华造纸厂）；钙标准溶液（100.0 mgL-1）（北京化工厂）；1：1盐酸：量取浓HCl试剂用等体积水稀释，摇匀，室温下保存备用；NaOH溶液（6 molL-1）：称取NaOH 24.0 g加100 ml水溶解，室温下保存备用；A液：称取
19、8-羟基喹啉1.45 g，加2.4 ml 1：1盐酸，加20 ml水，搅拌促使其溶解；称取0.1140 g甲基百里香酚兰络合剂，加1.5 g聚乙烯吡咯烷酮（K30），加0.5 L水，搅拌促使其溶解；两液混合，定容至1 L，棕色瓶室温保存备用；B液（缓冲溶液）：称取2.4 g无水亚硫酸钠，加0.2 L乙醇胺，加0.7 L水，微热，搅拌促使其溶解，定容至1 L，室温下保存备用；显色应用液：测定前，根据标本量取用适量A液与B液等体积混匀即可（注意：混合溶液不宜长期放置，应随用随配）；EDTA溶液（16.7 gL-1）：称取16.7 g乙二胺四乙酸二钠（Na2H2Y2H2O）用温水溶解，必要时过滤，冷
20、却后用水稀释，定容至1 L，摇匀，室温保存备用；Ca标准溶液（300.0 mgL-1）：准确称取0.7500 g在110 下烘干恒重的碳酸钙，溶于40 ml水，再滴加4 ml 1：1盐酸，加水溶解，用NaOH溶液（6 molL-1）调pH=7，定容至1 L，用的钙标准溶液（北京化工厂）校正浓度，室温下保存备用；柠檬黄溶液（0.1 gL-1）：称取0.1 g柠檬黄，加水1 L溶解，室温下保存备用；5海藻酸钠溶液：称取5.0 g海藻酸钠，加 95.0 g温水，沸水浴溶解，热水浴放置，防止其凝固（注意：最好随用随配）；试验用水为蒸馏水，试剂为分析纯。2.2 实验方法2.2.1 尿样的采集及处理从自愿
21、参与的男性大学生中，随机选取正常饮食的人员，收集其晨尿于4 h内测定；若需要长期放置尿样，需要在1 L尿样中加入10 ml 6 molL-1 HCl为稳定剂，临用前调至中性，再根据需要稀释（尿样中不能加入EDTA作为稳定剂）。2.2.2 甲基麝香草酚兰分光光度法测定尿钙标准曲线 取A液、B液等体积混匀，用EDTA溶液（16.7 gL-1）调空白溶液吸光度值为0.410.45之间，此溶液为显色应用液。准确吸取适量300.0 mgL-1钙标准溶液，用水稀释至所需浓度（30.0，60.0，90.0，120.0，150.0，180.0 mgL-1）。在7支试管中，分别加入各浓度钙标准溶液100.0 l
22、，各加入显色应用溶液4.00 ml，混匀，室温5 min后，在610 nm波长下，用1.0 cm比色杯，以试剂空白调零，测定各管溶液的吸光度值A，记录数据，并绘制标准曲线。2.2.3 尿钙样品测定 取A液、B液等体积混合，用EDTA溶液（16.7 gL-1）调显色应用液空白吸光度值为0.410.45之间，收集的尿样根据需要稀释。 在试管中，加入尿样100.0 l，再加入显色应用液4.00 ml，混匀，室温5 min后，在610 nm波长下，1.0 cm比色杯，以试剂空白调零，在与标准曲线相同的条件下测定样品吸光度值A，再由标准曲线计算出尿样含钙量。（当样品量较少时，也可用钙标准溶液100.0
23、l替代尿样，用相同方法显色测定标准管吸光度值，利用“标准比较法”计算尿样含钙量）。2.2.4 尿钙试纸的制备A4液：称取8-羟基喹啉1.45 g，加2.4 ml 1：1盐酸，加20 ml水，搅拌促使其溶解；称取0.4560 g甲基百里香酚兰络合剂，加1.5 g聚乙烯吡咯烷酮（K30），加0.5 L水，搅拌促使其溶解；两液混合，定容至1 L，棕色瓶室温保存备用；B液（缓冲溶液）：称取2.4 g无水亚硫酸钠，加0.2 L乙醇胺，加0.7 L水，微热，搅拌促使其溶解，定容至1 L，室温下保存备用；在一平皿中，取A4液和B液各5.00 ml，用8 l EDTA溶液（16.7 gL-1）调节空白吸光度，
24、完全浸泡定量滤纸一张，15 min后，取出平放于干燥洁净的平面玻璃上，室温下自然晾干。制成的试纸用洁净的塑料袋密封保存。3 结果与讨论本研究工作分为甲基麝香草酚兰分光光度法测定尿钙和尿钙试纸制备两部分。第一部分的目的是建立利用甲基麝香草酚兰分光光度法直接测定尿钙的方法，同时为尿钙试纸的制备确定理论依据，因为试纸是通过其颜色的变化对样品进行定性和半定量测定的，尿钙试纸色阶的变化与尿钙含量的关系及试纸浸渍液的浓度等，均需要用分光光度法确定，此外，尿钙试纸测定结果是否准确，也需要与分光光度法对比。3.1 甲基麝香草酚兰分光光度法测定尿钙3.1.1 实验条件的确定根据相关文献22的报道，确定实验的测定
25、波长为610 nm，测定温度为室温（2030），A液的pH=2.5+0.2，B液的pH=12.3+0.2，显色应用液的pH=11.8+0.2。3.1.2 显色应用液的调节甲基麝香草酚兰法对Ca2+的灵敏度较高，试剂及实验用水中含有微量钙均有可能引入系统误差，导致标准曲线出现异常。因此，本实验用EDTA先将显色应用液中的微量钙加以掩蔽，通过调节试剂空白溶液的吸光度值及做标准曲线，找出其规律。室温条件下，将A、B溶液各20.00 ml混合后，用EDTA（16.7 g/L）调节试剂空白溶液吸光度值，同时做标准曲线，在610 nm波长下，用1.0 cm比色杯，以蒸馏水调零，测定试剂空白溶液吸光度值，再
26、以试剂空白调零，测定相应显色应用液所做标准系列的吸光度值，结果见表1和图1。表1 试剂空白与标准曲线的关系Tab.1 The relationship between reagent blank and the standard curve EDTA 试剂空白A0 试剂空白 标准曲线A（A00） 加量/l （水0） 色阶 Ca2+/ mgL-1 30.00 60.00 90.00 120.0 150.0 180.0 0 1.376 蓝 0.120 0.137 0.156 0.226 0.306 0.372 50 0.576 灰蓝 0.205 0.366 0.489 0.573 0.628 0.
27、66660 0.447 棕灰 0.137 0.260 0.391 0.485 0.555 65 0.434 棕灰 0.133 0.279 0.403 0.512 0.593 75 0.412 棕灰 0.106 0.240 0.342 0.455 0.527 0.606 80 0.395 棕灰 0.102 0.280 0.435 0.563 100 0.383 棕灰 结果表明，显色应用液加入EDTA可有效的调控试剂空白及标准曲线的优劣。当加入EDTA溶液（16.7 gL-1）6075 l使试剂空白A0在0.410.45之间时，标准曲线为过原点的直线，线性范围较宽；当试剂空白A0大于0.45时，溶
28、液中残留的Ca2+会使标准曲线的低含量点偏高，且线性范围较窄；反之，若EDTA过量，标准曲线低含量点偏低，均会造成测定误差，因此，实验确定调整显色应用液的试剂空白A0在0.410.45之间为宜。Ca2+/ mgL-1图1 试剂空白与标准曲线的关系Fig.1 The relationship between reagent blank and the standard curve 3.1.3 甲基麝香草酚兰浓度对测定的影响用分析天平准确称取甲基麝香草酚兰1.1400 g，按2.2.2方法配制A液，用A1表示；再改变甲基麝香草酚兰的量，分别称取甲基麝香草酚兰为1.1400 g的2，4，6，8，10
29、倍，其它配制方法不变，按2.2.2配制不同浓度的A液，分别用A2，A4，A6，A8，A10表示。取A1A10液各20.00 ml，分别与B液20.00 ml混匀，用EDTA溶液（16.7 g/L）65 l调各显色应用液的试剂空白吸光度值。在若干支试管中加入钙标准溶液（100.0 mg/L）50.00 l，分别加入不同浓度的上述显色应用液各4.00 ml，振荡混匀，室温5 min后，在610 nm波长下，用1.0 cm比色杯，以A1配的显色应用液的试剂空白调零，测定各管吸光度值A，结果见表2和图2。结果表明，随着A液浓度的增大，显色反应的吸光度值逐渐增大，灵敏度逐渐增高，显色后溶液的颜色依次加深
30、；当A液浓度为A1的6倍以上时，吸光度值不再变化。在此基础上，进一步考察甲基麝香草酚兰浓度对标准曲线的影响。表2 甲基麝香草酚兰浓度的影响Tab.2 Effect of MTB concentration A液浓度 A1 A2 A4 A6 A8 A10吸光度值 0.356 0.793 1.396 1.874 1.874 1.874 溶液颜色 浅兰 深兰 兰黑 兰黑 棕黑 棕黑A液浓度图2 甲基麝香草酚兰浓度的影响Fig.2 Effect of MTB concentration取A1，A2，A4液各20.00 ml，分别与B液20.00 ml混匀，用EDTA溶液（16.7 gL-1）调各试剂空
31、白。取若干支试管，分别加入钙标准溶液（浓度为0，30.00，60.00，90.00，120.0，150.0 mgL-1）100.0 l，再分别加入上述浓度不同的显色应用液各4.00 ml，振荡混匀，室温5 min后，在波长610 nm，1.0 cm比色杯，以各自试剂空白调零，测定各标准系列的吸光度值，结果见表3及图3。结果表明，A液浓度为A1的14倍时，标准曲线均较好，线性范围为0120.0 mgL-1，相关系数为0.99820.9985。这一结论不仅对甲基麝香草酚兰分光光度法测定尿钙有利，而且对于尿钙试纸的制备也有指导意义，因为一般情况下，由于吸附效率的影响，试纸浸渍液的浓度通常要比液相反应大，并且还要具有较大的线性范围及分辨率。因此，综合考表3 甲基麝香草酚兰浓度对标准曲线的影响Tab.3 The impact of MTB on standards_
