实验1常规生化实验仪器的使用及基本操作.docx
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实验1常规生化实验仪器的使用及基本操作
生物化学与分子生物学实验技术
实验安全与实验基本操作
2实验室安全规则
3实验室安全事故案例
●1995年9月香港科技大学化学系大四学生梁同学因吸入别的同学泼洒的酸酐而不治身亡。
●1997年香港科技大学物理系访问学者因未按规定使用通风橱造成他人肺部伤害而永不被香港各大学录用。
4推行实验室安全规则的目的
1.为了达到研究所研究学习安全之目的。
2.为了满足人性安全感的基本需要。
3.为了人性的尊严─生命是无价的。
4.减少工作中产生灾害，确保全教职工和学生之安全及健康。
5.保护大家共同的环境。
5安全事故原因分类分析
天灾
占2％
凡不知、不顾、不理、不能、粗心、迟钝、疲劳、失检、情绪各种内在外在的行为
不安全行为
人为因素
占98%
工作场所中，工作环境、设备设施对人所产生之危险因素
不安全环境
6专业性实验室安全工作守则
●化学药品的操作
●放射性物质（另有专门培训）
●废料处理
●紫外线的接触
●化学药品溢泼的处理
7实验室常用化学试剂的使用安全
8二甲苯
●无色液体，有芳香气味，易挥发。
用来制造、染料、塑料和药物。
属低毒类，对皮肤和黏膜有刺激作用，高浓度有麻醉作用。
神经系统会受损害，还会使肾和肝受时性损伤。
●眼毒性：
蒸气会刺激眼睛，液体导致严重刺激，发红肿胀和灼伤。
通常影响是暂时性的。
皮肤毒性：
产生灼伤感、干燥。
可以用微温的缓慢流水冲洗至少20分钟，用无摩擦性的肥皂从皮肤上洗去二甲苯。
●易燃，有爆炸危险。
属于甲类防火危险物质。
用二氧化碳或干粉或泡沫灭火剂，不宜用水。
9三氯甲烷
●无色透明易挥发液体，有特殊的香甜气味。
沸点：
61.2℃，医药上用作麻醉剂。
也用作萃取剂和溶剂。
●有很强的麻醉作用，在光的作用下，能被空气中的氧反应生成氯化氢和剧毒的光气。
通常加入1—2%乙醇，使生成的光气与乙醇作用而生成碳酸乙酯，以消除其毒性。
●吸入高浓度蒸汽时，开始刺激眼、口腔、鼻孔粘摸，发生流泪、感觉麻醉、呕吐、痉挛、直到昏睡、不省人事。
●在空气、水分和光的作用下，酸度增加，因而对金属有强烈的腐蚀性
10乙醚
●透明、无色、易挥发有芳香刺激性气味的液体。
沸点：
34.6℃；对人体有麻醉性能。
当吸入含量为3.5%时，30~40分钟就可失去知觉。
●人体过量吸入，会引起严重的急性中毒。
呼气中带醚味，并出现呕吐、出汗、喷嚏、咳嗽、头痛、记忆力减退、无力、兴奋。
●微溶于水，易溶于盐酸，能与醇、醚、石油醚、苯、氯仿等有机溶剂混溶。
应储存于阴凉、干燥、通风的低温库房内，库温最好控制在25℃以下。
远离热源、火种，避免阳光直射。
●本品易燃。
与强氧化剂反应能起火爆炸。
在空气中与氧长期接触或受光照会生成不稳定的过氧化物，受热能自行着火爆炸。
着火时，可用干粉、泡沫、二氧化碳、沙土灭火。
用水灭火无效，但可用水保持火场容器冷却。
11乙醇
●无色有酒味，易挥发的澄清液体。
沸点78.5℃：
用于溶剂、清洗剂、分析试剂等。
属微毒类，对眼睛黏膜有轻微刺激作用。
●乙醇可使皮肤发干，长期受大剂量作用时，可使神经系统、消化器官等发生严重的器质性疾病。
●易燃，手热或遇明火有燃烧爆炸危险，燃烧时，发出兰色火焰。
蒸气能与空气形成爆炸性混合物，在火场中，受热的容器有爆炸的危险。
着火时，用二氧化碳、雾状水、干粉、1211或抗泡沫灭火。
用水冷却火场中的容器，驱散蒸气，赶出溢出液体，使其稀释成为不燃性混合物
12冰醋酸
●有酸性气味的无色透明液体，沸点：
118.1℃。
用于制造氯乙烯塑料、醋酐、有机醋酸酯、醋酸盐（铅、铝、铜等）及醋酸纤维；也可用于染料、制药、罐头食品、食品防腐、色素生产等工业。
●属低毒类，可经消化道、呼吸道、皮肤吸收，对眼、皮肤和上呼吸道有刺激作用。
眼睛接触：
引起眼睑水肿、结膜充血；皮肤接触：
轻者出现红斑，重者出现化学灼伤，有水泡和疼痛。
●吸入：
当空气中蒸气浓度不明时，应佩带有黄色色标滤毒盒（罐）的防毒面具。
使用时应有良好的通风条件和有效的防护用品，如有醋酸的泄露或溅污，应以碱液中和，然后用水冲洗，经稀释的污水排入废水系统。
13盐酸
●透明或黄色冒烟液体，蒸气有强烈刺激味。
易溶于水，用于油井活化剂、矿石还原剂，食品处理剂、清洁剂、锅炉除垢剂及化学中间体。
●对皮肤和黏膜有较强刺激腐蚀作用。
眼睛接触：
导致刺激、严重灼伤和失明。
皮肤接触：
浓溶液（大于38%）导致严重灼伤。
●与强碱类（如氢氧化钠）起激烈反应，与硫化物、磷化物、氰化物、乙酯基化合物、氟化物、硅化物和碳化物起反应，释放出易燃和有毒的气体，与氧化剂（如过氧化物）能起激烈反应。
14注意
●实验过程中产生的废气、废液、废渣大多数是有害的，必须经过处理才能排放。
少量有毒气体可以通过排风设备排出室外，被空气稀释。
毒气量大时，必须处理后再排出。
如氧化氮、二氧化硫等酸性气体用碱液吸收。
可燃性有机废液可于燃烧炉中通氧气完全燃烧。
●大家在实验室里，接触到的化学试剂多半都有危害性，所以每个人都应该注意保护自己，注意规范操作，同时对别人也是一种保护，而不能因为图省事或者别的什么原因而放松对安全的注意。
15实验误差
16二者区别
●误差：
在正确测量的前提下，所测得的数值和真实值之间的差异。
●特点：
不可避免
●原因：
例如人的眼睛不能对量筒的刻度线观察得十分精准
●错误：
不正确的结果
●特点：
可以避免
原因：
不遵守测量仪器的使用规则，或读取、记录测量结果时粗心等原因造成的。
17误差的种类
●绝对误差及相对误差
●系统误差：
方法误差，仪器/试剂误差，操作误差
●随机误差
181.绝对误差（absoluteerror）：
绝对误差是测量值与真实值之差。
δ=x−μ
（δ：
绝对误差；x：
测量值；μ：
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：
μ=x-δ
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。
19相对误差（relativeerror）：
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。
δ/μ=（x-μ）/μ
通常以%，‰或ppm表示。
例如：
测定纯NaCl中Cl的百分含量为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‰
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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=δ×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小些，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。
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2.系统误差
系统误差（systematicerror）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。
（2）仪器或试剂误差
是由于仪器未经校准或试剂不合规格引起的。
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，所以不能用增加平行测定次数的方法消除。
3.随机误差（accidentalerror）:
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。
系统误差和随机误差往往不能区分。
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，又必然有随机误差。
4.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。
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（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。
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（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。
27基本操作
28pH值的测定
测定溶液pH值通常有两种方法，最简便但较粗略的方法是用pH试纸，分为广泛和精密pH试纸两种。
广泛pH试纸的变色范围是pH=1-14、9-14等，只能粗略确定溶液的pH值。
精密pH试纸，可以较精确地测定溶液的pH值，其变色范围是2-3个pH单位，例如有pH=1.4-3.0、5.4-7.0、9.5-13.0等许多种，可根据待测溶液的酸、碱性选用某一范围的试纸。
29pH值的测定
测定方法：
将试纸条剪成小块，用镊子夹一小块试纸，用玻璃棒蘸少许溶液与试纸接触，试纸变色后与色阶板对照，估读出所测pH值。
切不可将试纸直接放入溶液中，以免污染样品溶液。
30离心机操作的注意事项
离心机是利用转子高速旋转产生离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。
离心机是生化实验教学和生化科研的重要精密设备，因其转速高，产生的离心力大，使用不当或缺乏定期的检修和保养，都可能发生严重事故，因此使用离心机必须严格遵守操作规程。
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离心操作的注意事项
1.使用各种离心机时，必须事先在天平上精密地平衡离心管和其内容物，平衡时重量之差不得超过各个离心机说明书上所规定的范围，每个离心机不同的转头有各自的允许差值，转头中绝对不能装载单数的管子，当转头只是部分装载时，管子必须互相对称地放在转头中，以便使负载均匀地分布在转头的周围。
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离心操作的注意事项
2.离心过程中不得随意离开，应随时观察离心机上的仪表是否正常工作，如有异常的声音应立即停机检查，及时排除故障。
离心时不准开盖，不准用手停止转头。
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离心操作的注意事项
3.装载溶液时，要根据各种离心机的具体操作说明进行，根据待离心液体的性质及体积选用适合的离心管，有的离心管无盖，液体不得装得过多，以防离心时甩出，造成转头不平衡、生锈或被腐蚀，而制备性超速离心机的离心管，则常常要求必须将液体装满，以免离心时塑料离心管的上部凹陷变形。
每次使用后，必须仔细检查转头，及时清洗、擦干，转头是离心机中须重点保护的部件，搬动时要小心，不能碰撞，避免造成伤痕，转头长时间不用时，要涂上一层上光腊保护，严禁使用显著变形、损伤或老化的离心管。
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移液器的使用
●
1设定移液体积
l从大体积调节到小体积时，为正常调节方法，逆时针旋转刻度即可；
l从小体积调节至大体积时，可先顺时针调至超过设定体积的刻度，再回调至设定体积，这样可以保证最佳的精确度。
2装配移液器吸头
l单道移液器，将移液端垂直插入吸头，左右微微转动，上紧即可
用移液器反复撞击吸头来上紧的方法是不可取的，这样操作会导致移液器部件因强烈撞击而松散，严重的情况会导致调节刻度的旋钮卡住。
l多道移液器，将移液器的第一道对准第一个吸头，倾斜插入，前后稍许摇动上紧，吸头插入后略超过O型环即可。
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●养护：
1、如液体不小心进入活塞室应及时清除污染物；
2、移液器使用完毕后，把移液器量程调至最大值，且将移液器垂直放置在移液器架上；
3、根据使用频率所有的移液器应定期用肥皂水清洗或用60％的异丙醇消毒，再用双
蒸水清洗并晾干；
4、避免放在温度较高处以防变形致漏液或不准；
5、发现问题及时找专业人员处理。
☆注意事项
1、当移液器吸嘴有液体时切勿将移液器水平或倒置放置，以防液体流入活塞室腐蚀移液器活塞；
2、正确使用移液器吸液、排液，以达高精准度。
尤其注意排液的2）、3）操作；
3、平时检查是否漏液的方法：
吸液后在液体中停1-3秒观察吸头内液面是否下降；如果液面下降首先检查吸头是否有问题，如有问题更换吸头，更换吸头后液面仍下降说明活塞组件有问题，应找专业维修人员修理。
4、移液管操作
●移液管的手持方法吸液调零读数放液
●放液完后要移液管停留15秒或绕管壁旋转三圈。
只有取全液的时候移液管才能放空！
45操作细节
●移液前应当把洗耳球内的空气尽量排尽，把洗耳球口对准移液管后部在吸取少量液体時要留心不要吸入空氣，以免污染洗耳球完成吸取後，盡快以手指代替洗耳球阻塞移液管。
请用食指释放液体時，应把試管侧放，让试管协助液体由移液管排放出來。
释放时時，不应強行把有关液体排出。
因为会影响所量度之結果。
當把液体由移液管释放出來時，由于水份子的附著力，會有部份液体依附在移液管的管尖中，這是正常現象。
生物化学常用缓冲液
1.基本概念
⑴Bronsted-Lowry酸碱理论（酸碱质子理论）:
1923年由丹麦化学家J.N.Brφnsted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，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：
HClCl-＋H+
HCl是酸，Cl-是它的共轭碱。
pH=pKa+log{[质子受体]/[质子供体]}
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⑵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：
①pKa值在6-8之间；
②在水中的溶解度高；
③不易穿透生物膜；
④盐效应小；
⑤离子浓度、溶液组成和温度对解离的影响小；
⑥不与金属离子生成复合物或沉淀；
⑦该缓冲剂化学稳定；
⑧紫外和可见光波长范围内光吸收小；
⑨易制得高纯度的盐。
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（二）生物化学常用缓冲液
⑴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：
pKa1＝2.12，pKa2＝7.21
Na2HPO4：
pKa1＝7.21，pKa2＝12.32
配酸性缓冲液：
用NaH2PO4，pH＝1-4，
配中性缓冲液：
用混合的两种磷酸盐，pH＝6-8，
配碱性缓冲液：
用Na2HPO4，pH＝10-12。
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钾。
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磷酸盐缓冲液的优点为：
①容易配制成各种浓度的缓冲液；
②适用的pH范围宽；
③pH受温度的影响小；
④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：
①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；
②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。
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⑵Tris（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：
pH＝7.5-8.5
Tris-磷酸盐缓冲液：
pH＝5.0-9.0
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Tris-HCl缓冲液的优点是：
①因为Tris的碱性较强，所以可以只用这一种缓冲体系配制pH范围由酸性到碱性的大范围pH值的缓冲液；
②对生物化学过程干扰很小，不与钙、镁离子及重金属离子发生沉淀。
其缺点是：
①缓冲液的pH值受溶液浓度影响较大，缓冲液稀释十倍，pH值的变化大于0.1；
②温度效应大，温度变化对缓冲液pH值的影响很大，例如：
4℃时缓冲液的pH＝8.4，而37℃时的pH＝7.4，所以一定要在使用温度下进行配制，室温下配制的Tris-HCl缓冲液不能用于0℃-4℃。
③易吸收空气中的CO2，所以配制的缓冲液要盖严密封。
④此缓冲液对某些pH电极发生一定的干扰作用，所以要使用与Tris溶液具有兼容性的电极。
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⑶有机酸缓冲液：
这一类缓冲液多数是用羧酸与它们的盐配制而成，pH范围为酸性，即pH＝3.0-6.0，最常用的是甲酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸等。
有机酸缓冲液的缺点是：
①所有这些羧酸都是天然的代谢产物，因而对生化反应过程可能发生干扰作用；
②柠檬酸盐和琥珀酸盐可以和过渡金属离子（Fe3+、Zn++、Mg++等）结合而使缓冲液受到干扰；
③这类缓冲液易与Ca++离子结合，所以样品中有Ca++离子时，不能用这类缓冲液。
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⑷硼酸盐缓冲液：
常用的有效pH范围是：
pH＝8.5-10.0，因而它是碱性范围内最常用的缓冲液，其优点是配制方便，只使用一种试剂，缺点是能与很多代谢产物形成络合物，尤其是能与糖类的羟基反应生成稳定的复合物而使缓冲液受到干扰。
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⑸氨基酸缓冲液：
此缓冲液使用的范围宽，可用于pH=2.0-11.0，例如最常用的有：
甘氨酸-HCl缓冲液：
pH=2.0-5.0，
甘氨酸-NaOH缓冲液：
pH=8.0-11.0，
甘氨酸-Tris缓冲液：
pH=8.0-11.0，（广泛使用的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的电极缓冲液），
组氨酸缓冲液：
pH=5.5-6.5，
此类缓冲体系的优点是：
为细胞组份和各种提取液提供更接近的天然环境。
其缺点是：
①与羧酸盐和磷酸盐缓冲体系相似，也会干扰某些生物化学反应过程，如代谢过程等。
②试剂的价格较高。
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5.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。
修约有效数字的原则是四舍六入五成双。
如23.455±0.546修约为23.46±0.55，28.445±0.675修约为28.44±0.68，要避免出现0.00002±0.00001之类的数字，或3658.2543±0.0058之类的数字。
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滤纸的使用
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6.每个转头各有其最高允许转速和使用累积限时，使用转头时要查阅说明书，不得过速使用。
每一转头都要有一份使用档案，记录累积的使用时间，若超过了该转头的最高使用限时，则须按规定降速使用。
2.离心前必须仔细检查转头各孔内有无异物。
3.若要在低于室温的温度下离心时。
转头在使用前应放置在冰箱或置于离心机的转头室内预冷。
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