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利用B-Z振荡反应对维生素B6进行分析检测

黄华华 王川 刘玉竹 张云芳

（中山大学化学与化学工程学院，2001级，广州 510275 ）

指导老师：陈六平 余小岚

摘要：研究了维生素B6对B-Z振荡反应的影响。结果表明，在B6溶液浓度为

4.50?10-5-3.38?10-4mol?L-1范围内，B6的加入量与被压抑的周期之间存在良好的线性相关性，且反应温度、振荡组分浓度对该振荡体系也有影响。对B6对B-Z振荡反应机理的影响进行了分析和讨论。

关键词：B-Z振荡反应 维生素B6 相关系数

1 前言

一般化学反应是反应物的浓度随时间的变化而下降，反应产物的浓度随时间的变化而上升，最终反应和产物的浓度不随时间变化时达到平衡状态，但这不是唯一的化学反应现象。在某些体系中，某个组分或某些组分的浓度发生周期性的变化，这类反应现象就是化学振荡反应[1]。

化学振荡是一种非平衡非线性现象。非平衡非线性现象在自然界中普遍存在。在生命体系中，就存在许多振荡现象，例如心跳、呼吸、新陈代谢以及ADP和ATP的周期性转化等。化学振荡研究对解决生命起源等基本问题以及大气动力学、地质成矿和化工过程分析等重要理论和实际问题有可能产生重大影响，是处于化学、物理学、生命科学等多学科交叉点的前沿课题。目前，在药物分析、生命科学和化学等许多领域都有广泛的研究和应用，并取得了重要的进展[2]。

化学振荡在开放和封闭体系中均可发生，不过，在开放体系中进行时的振荡时间要比封闭体系中的长。发生化学振荡需要满足3个条件：（1）反应体系必须远离热力学平衡态，在实验中，采用CSTR（连续搅拌反应器）来保持反应体系远离平衡态，使之具有稳定的振幅和周期；（2）反应过程中必须有自催化步骤；（3）体系的初始条件必须有双稳态，即存在两个定态（所谓定态是指在一组约束条件下其所有的状态变量不随时间变化的状态）[3,4]。

迄今为止，人们已经发现的化学振荡反应的种类较多，但最受人们重视并且被广泛深入研究的是Belousov-Zhabotinsky（B-Z）反应。该反应是由苏联化学家B. P. Belousov于1958年发现，当他用BrO3-氧化柠檬酸时（在H2SO4介质中，以Ce3+为催化剂），发现反应系统中生成Ce4+（黄色）的浓度随时间呈周期性变化。在此之后，另一苏联化学家A. M.

2?Zhabotinsky对该反应进行了深入的研究，发现反应系统中的Ce3+可用Mn2+、Fe(phen)3或2?Fe(bipy)3（phen为邻菲罗林，bipy为2,2?-联吡啶）代替，柠檬酸则可被丙二酸等含有活性

亚甲基的有机物代替。于是这类反应就被人们统称为Ｂ-Ｚ反应[5]。

Field、Koros和Noyes对B-Z振荡体系进行了多年研究，于1972年提出了FKN模型，

其基本过程如下：

?过程A ： BrO3 + 2Br- + 3CH2(COOH)2 + 3H+ === 3BrCH(COOH)2 + 3H2O ? 过程B： BrO3 + 4Ce3+ + 5H+ === HOBr- + 4Ce4+ + 2H2O

过程C： HOBr- + 4Ce4+ + H2O + 3BrCH(COOH)2 === 2Br- + 4Ce3+ + 6H+ + 3CO2 A、B和C三个过程合起来构成了1个反应的振荡周期。

当溴离子的浓度足够大时，反应体系A过程进行，随着溴离子的浓度下降，反应体系A过程切换到B过程，最后通过C过程使溴离子再生。因此，溴离子在整个振荡体系中相当于一个“开关”，而铈离子在反应中起催化作用[1]。

化学振荡反应在分析检测中的应用依据是，由于振荡反应体系的状态变量（浓度、温度、反应速率等）随时间发生周期性变化，当向振荡体系中加入干扰物，只要能对振荡反应的某一基元反应产生影响，就会干扰振荡行为，改变振荡曲线的形态，对这种改变所反映的化学信息（周期、频率等）进行分析，能给我们的研究和应用提供许多信息。

1995年，Jimenez-Prieto等报道了利用被检测物质对化学振荡体系的脉冲扰动进行分析测定，具有良好的精密度，这一研究使化学振荡在分析检测中具有真正的应用价值。已有报道利用B-Z振荡反应的敞开体系成功测定了黄河水中苯酚污染物含量，建立了检测苯酚的新方法[6]，以及快速简便地对健康人和疾病患者的尿样差异进行鉴别[7]。

维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，在体内经三磷酸腺苷酶的作用形成具有活性的磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺（吡哆醇经磷酸化后也可转变为磷酸吡哆醛）两者是各种转氨酶的辅酶，参与多种代谢反应，尤其是和氨基酸代谢有密切关系。维生素B6还参与脂肪代谢，促进白细胞生长等。成人生理需要量为1~2毫克/日。已有报道维生素B1对B-Z振荡反应的周期与振幅均有影响，在一定浓度范围内，不同的维生素B1浓度与周期的改变值及振幅的改变值之间都有良好的线性相关性[8]。

本文研究了维生素B6（吡哆醇）对B-Z振荡体系的干扰，旨在探索应用该振荡体系对B6进行分析检测的可行性并建立相应分析方法，以及了解B6对B-Z振荡反应机理的影响。

2 实验部分

2.1仪器和试剂

带恒温夹套的反应器（100 mL），精密恒温槽，化学反应数据采集软件和硬件。 丙二酸(CP)，溴酸钾(AR)，硫酸铈铵(AR)，浓硫酸(AR)，维生素B6（纯度为98%，德国产），二次蒸馏水。 2.2 实验步骤

（1） 配制0.36 mo1?L-1 丙二酸溶液，0.15 mol? L-1溴酸钾溶液，4.00 mol?L-1硫酸溶液，7.28?10-3 mo1?L-1硫酸铈铵溶液，3?10-2 mo1?L-1维生素B6。

（2）完成接线及启动计算机，打开数据接口，精密恒温槽和循环系统的电源，将温度调节至25.0? 0.1℃。实验装置如图1所示。

图1 B-Z振荡反应数据采集接口装置系统示意图

（3）向反应器中加入已配好的丙二酸溶液、溴酸钾溶液、硫酸溶液各10.00 mL，恒温5 min，然后加入硫酸铈铵溶液10.00 mL，观察溶液的颜色变化，同时计算机记录体系的电位随时间变化的曲线。

（4）观察反应曲线，待反应到达第五个周期，在最高峰处加入一定体积的维生素B6溶液，再运行三个周期，记下各个周期和峰值。

（5）按上述操作，平行实验2次。根据不同的维生素B6浓度和相应被压抑的周期值作出曲线图。

3 结果与讨论

3.1维生素B6对B-Z振荡反应的影响

以加入硫酸铈铵为反应时间起点，经过约５分钟的诱导期后，体系的电位（Ce4+/Ce3+）随着时间呈周期性变化，反应溶液的颜色在无色和棕黄色之间交替出现，电位最低处显无色，接着快速变为黄色，在电位最高处则是棕黄色，再逐渐变淡。在振荡曲线出现第五个周期的峰值处（即图2中的A点），分别加入不同浓度的维生素B6溶液，则振荡曲线的形态、振幅和周期均发生相应变化。而且，维生素B6对振荡反应的周期有明显的抑制作用，且加入量越大，抑制作用越明显。实验结果示于表1，B6对B-Z振荡体系的电位与时间曲线的影响如图2（a和b）所示。

120011501150110011001050AE/mV1050AE/mV1000950900100095090085085002004006008001000020040060080010001200t/sa B6的加入量v=0.15mLt/sb B6的加入量v=0.35mL