利用智能手机测定牛奶中蛋白质的含量.pdf

·实验教学研究· 利用智能手机测定牛奶中蛋白质的含量* 温宁红 倪 刚** 赵瑞雪 何 洋 （宁夏大学化学化工学院 宁夏 银川 吴晓红 750021） 摘要：利用智能手机光线感应器及“phyphox”和“RGB调色板”相关软件提出了一种牛奶中蛋白质含量测定的实验方法。 能够提高学生对蛋白质定量测定的认识，对培养学生科 该方法具有操作简单、 方便快捷， 能够有效激发学生兴趣的优点， 学探究能力具有较好促进作用。 关键词：智能手机；phyphox； RGB调色板； 牛奶； 蛋白质 文章编号:1008-0546(2019)01-0081-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B doi:10.3969 ／ j.issn.1008-0546.2019.01.024 一、问题的提出 2011年教育部制定的《义务教育化学课程标准》 指出： 教材的编排不仅要从学生的生活经验和社会发 展的现实中取材而且在教学中要注意贴近学生的生 活， 联系社会实际 [1]。蛋白质是生命活动的基础物质， 1.仪器、试剂及软件 试 剂 ： 精 确 称 取 牛 血 清 白 蛋 白 12.00mg，用 0.15mol/L NaCl溶液稀释至100mL容量瓶中，配制成 120μg/mL的溶液；称取100mg考马斯亮蓝G-250溶 于50mL 95％乙醇中，加入100mL 85％ H3PO4，然后 对构成人体新生组织、 维持人体健康有着重要作用 [2]。 用蒸馏水稀释至1000mL，经过滤后储存于棕色试剂 牛奶是一种营养丰富的食品，是人体蛋白质的重要 瓶中。 来源之一。因此，蛋白质含量是牛奶中营养成分的主 要标志之一 。在高中化学课本中对蛋白质的学习 [3] 主要是对蛋白质组成、结构、性质和用途进行定性了 解，而对蛋白质含量的定量探究活动较少出现。目 前，对蛋白质进行定量测定的方法有紫外吸收法、凯 仪 器 ：智 能 手 机 两 部（本 实 验 使 用 OPPOR7s和 ViVOX9）；比色皿；烧杯；容量瓶；移液管；滤纸；漏斗； 铁架台；塑料滴管。 软件：在智能手机的软件商店中搜索“传感器”， 氏定氮法、福林酚比色法、考马斯亮蓝法等 [4]。这些 然后下载“传感器套件：phyphox” （3.3M，免费）打开测 量软件，弹出对话框点击“OK”，后选择“Light”进入测 方法常用比较复杂的方法或较为贵重的仪器，不便 于在中学开展。随着科学技术的发展，手机已经成为 量界面，待测量结束导出数据。在软件商店中搜索 （95K，免费），然后点击下载，打开软件， “RGB调色板” 了人们生活的必需品，如何将手机融入课堂教学已 拖动水平滚动条先将R值调至“00ff00”再将G调至 经成为新的研究方向 “0ffff0”即可得到实验所需要的黄色光源。 。GrasseEK 通过3D打印技 [5] [6] 术制作了智能手机与比色皿之间连接的测量装置， 定量测量了樱桃味饮料的含量；汤晶[7]利用手机结 2.测定原理 合分贝仪测量软件，通过检测芯片发出的声音大小 实验原理是朗伯比尔定律即有色物质的溶液单 色光的吸收程度与其浓度成正比存在着定量关系。单 对电解质溶液导电性的强弱的实验进行了定量化改 色光是通过“RGB调色板”软件调整后发出的。利用考 进。本文提出了利用智能手机基于考马斯亮蓝分光 马斯亮蓝与不同浓度的蛋白质呈现深浅不同蓝色溶 液对同一手机光源发出的黄色光透过不同的原理，采 光度法对牛奶中蛋白质的含量进行定量探究的实验 方法。该实验活动操作容易，简单快捷，能够激发学 生做实验的兴趣和动机，对发展学生科学探究能力 具有重要作用。 二、实验部分 用手机光线感应器及“phyphox”软件测量得到各溶液 的透过光强度I，如图1所示，数据处理后得到相应的 吸光度值A ＝-lg（I/I0），A与溶液中蛋白质浓度c成正比 来定量测定蛋白质含量。 宁 *本文系宁夏回族自治区研究生教育创新计划项目（YCK201608； YXW2016）、 宁夏高等学校一流学科建设资助项目（NXYLXK2017A04）、 夏大学化学（教师教育）一流专业建设项目和宁夏回族自治区2018年大学生创新创业训练计划项目（201810749007）成果。 **通讯联系人， Email： nigang＠nxu.edu.cn。 化学教与学 2019 年第 1 期 万方数据 - 81 - ·实验教学研究· 溶液调至1.0mL，然后加入考马斯亮蓝试剂5.0mL，混 合均匀后放置5min，后进行测量。 （3）溶液透过光照强度的测量 将提供光源的手机点击“RGB调色板”移动滚动 图1 条调至黄光，用塑料滴管依次向比色皿中换取不同浓 度的标准蛋白溶液，打开“phyphox”软件点击“测量开 黄光通过蓝色溶液并且可以被测量 始”，待测量结束润洗比色皿，再加入待测液进行测 3.实验装置 量， 整个测量过程结束导出数据。 装置充分利用了手机和硬纸盒等生活中常见的 三、 结果与讨论 物品，实验过程中将测量光强的手机倒置，提供黄色 标准蛋白溶液和待测牛奶样品的测量结果如表2 光源的手机横放于硬纸盒中并且都面向比色皿固定， 所示，可以看出蛋白质含量在2.0~10μg/mL范围内，吸 使得手机的光线感应孔、比色皿和黄色光源形成通 避免其他光线干扰， 装置如 路。硬纸盒提供密闭环境， 光度与浓度呈现良好的线性关系，如图3所示。回归 图2所示。该实验装置制作简单，实现了装置的绿色 因子 R 达到0.997。得 出 待测 牛奶 蛋 白 质 的 含 量 为 化、微型化和生活化。 方程A ＝0.0550＋0.008c线性拟合方程式的拟合相关性 7.46μg/mL。我们换算出牛奶中的含量为100mL： 2.24g。 表2 蛋白标准浓度所对应的透过光强度和吸光度 编号 1 2 3 4 5 6 标准蛋白浓度 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 透过光照强度（I）237 201 195 186 180 174 （μg/mL） 待测样 182 溶液吸光度（A） 0 0.0716 0.0847 0.1052 0.1195 0.1342 0.1146 四、 实验特色 （1）本实验以“市售牛奶”为载体进行蛋白质含量 的实验探究，真正体现“化学来源于生活，用于生活” 的思想。 （2）实验方法具有创新性，能够有效地激发学生 4.实验步骤 图2 运用智能手机开展生活中相类似的课堂或课外研究 实验装置侧视图 性活动，并在过程中可以培养学生的创新思维以及科 （1）标准溶液的配制 学探究的能力。 取已配制好的牛血清白蛋白质储备液按下表配 （3）实验装置简单易得，操作简便，器材来源于生 活，而且实验活动不受时间和场地的限制，学生可以 制标准蛋白溶液。 表1 牛血清白蛋白标准溶液的配制 编号 1 2 3 4 自由安排。 5 6 加入标准蛋白溶液体积（mL） 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 0.15mol·L-1 氯化钠溶液（mL） 1.0 考马斯亮蓝溶液（mL） 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 （4）智能手机完成了对市售牛奶蛋白质含量的定 量测定，同时我们可以扩展到针对不同种类的牛奶中 蛋白质的含量可以进行对比测定。 参考文献 8.0 10.0 [1] 中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011 年 吸取市售牛奶1.0mL加0.15mol ／ L的NaCl稀释至 [2] 冯昕，王吉中，尧俊英，呼玉侠.考马斯亮蓝法测定乳与乳 蛋白质浓度（μg/mL） 0.0 2.0 4.0 6.0 （2）待测溶液的配制 100mL备用。然后取0.2mL储备液用0.15mol ／ L的NaCl - 82 - 万方数据 版） [M].北京： 北京师范大学出版社， 2012 （下转第 64 页） 化学教与学 2019 年第 1 期 ·复习研究· 教学环节 教师活动 学生活动 生：提纯蔗糖应该使用降温结晶的方 谈到溶解，我们自然会想到它的一个反向过程—— —结晶，若在蔗糖 溶液中混进了少量食盐， 我们如何来提纯蔗糖呢？具体步骤有哪些？ 法。因为蔗糖的溶解度受温度影响较大，而 食盐的溶解度受温度影响变化较小。 出示蔗糖与食盐的溶解度曲线。 可见，溶质结晶方法的选择是由该物质的溶解度受温度影响的大 小情况决定的，在混合物分离的过程中，结晶方法不是孤立的，它常常 和溶解、 过滤等基本操作联合使用。 请看下面的问题。 师生交流 利用右图回答问题： 巩固应用 ①A 溶液中含少量的 B 物质，要得到较 纯净的 A 物质，提纯过程 ______、________， 生： 思考后回答 再 ______。 蒸发浓缩、 降温结晶、 过滤 ②所得滤液 ________（填“一定” “一定不” 、 “可能” 、 ）是 A 的饱和溶 液，____________（填“一定” “一定不” 、 “可能” 、 ）是 B 的饱和溶液。 一定、 可能 ③在提纯 A 物质的过程中， A 物质的质量分数 _________ （填“变 变小 大”、 “变小” 或“不变” ）。 ④采用结晶的方法 ________（填“能”或“否” ）将 A、 B 两种物质完 不能 全分开。 学生是学习的主体，在教学中通过问题的驱动的 方式，引导学生分析、探究，让学生在思考、讨论的基 础上对已学知识进行整理、巩固、提高，逐步完善自己 的知识结构，才能有效地培养学生的学科素养和探究 能力，才能在学生头脑中形成稳定的、在不同条件下 都能起决定作用的化学思维能力及解决问题的能力。 参考文献 [1] 王冬.“主题式复习”在高三二轮复习教学中的实践与思 为例[J].中学化学教学参考，2016 考—— —以“认识次磷酸” （21） [2] 李洁.依托探究学习提升复习品质[J].化学教学，2017（9） （上接第 49 页） 设计说明： 围绕化学核心素养的培养精心设计学 历案， 以实验为载体，激发学生探究的欲望，激发学生 学习的主动性、创造性，为学生逐步搭建解决问题的 “脚手架”，引导学生自主构建知识体系，促进学生深 度学习，关注学生差异的存在，使每个学生都能不同 程度地获得成就感，从而真正提高课堂教学的有效 “人本教育”。 性，提高学生的核心素养，实现 （上接第 82 页） 制品中蛋白质含量[J].粮食与食品工业，2010，17（3）： 57-59 [3] 田志梅.甲醛值滴定法快速测定牛奶中蛋白质含量[J].中 国食品卫生杂志， 2008（3）： 244-245 [4] 宁正祥.食品成分分析手册[M].北京：中国轻工业出版 社， 2001 [5] 薛胜兰.智能手机融入课堂教学的应用研究[J].电化教育 - 64 - 万方数据 参考文献 [1] 尤小平.学历案与深度学习[M].上海：华东师范大学出版 社，2017：1-6 [2] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017 年 版） [M].北京： 人民教育出版社，2018：73-74 [3] 王云生.课堂转型与学科核心素养培养[M].上海：上海教 育出版社，2016： 35-40 研究， 2018（1）： 1-5 [6] Grasse EK， Torcasio MH， Smith AW.Teaching UV Vis Spectrosco pywitha 3D -Printable Smartp hone Spectro photometer [J].Journal of Chemical Education，2016，93 （1）： 146-151 [7] 汤晶，倪刚，吴晓红.电解质溶液导电性实验的改进[J].化 学教学，2017（5）： 73-75 化学教与学 2019 年第 1 期