‘壹’ 论述从环境中筛选目标菌中的方法,一种就可以,详细点
5.6 菌种筛选方法
所有的微生物育种工作都离不开菌种筛选。尤其是在诱变育种工作中,筛选是最为艰难的也是最为重要的步骤。经诱变处理后,突变细胞只占存活细胞的百分之几,而能使生产状况提高的细胞又只是突变细胞中的少数。要在大量的细胞中寻找真正需要的细胞,就象是大海捞针,工作量很大。简洁而有效的筛选方法无疑是育种工作成功的关键。 为了花费最少的工作量,在最短的时间内取得最大的筛选成效,就要求采用效率较高的科学筛选方案和手段。因为诱变育种中的筛选工作最复杂,所以,本节主要讨论诱变育种的筛选方法,这些方法也为其它育种方法的筛选提供了借鉴。
5.6.1菌种筛选方案 在实际工作中,为了提高筛选效率,往往将筛选工作分为初筛和复筛两步进行。初筛的目的是删去明确不符合要求的大部分菌株,把生产性状类似的菌株尽量保留下来,使优良菌种不致于漏网。因此,初筛工作以量为主,测定的精确性还在其次。初筛的手段应尽可能快速、简单。复筛的目的是确认符合生产要求的菌株,所以,复筛步骤以质为主,应精确测定每个菌株的生产指标。
5.6.2 菌种筛选的手段 筛选的手段必需配合不同筛选阶段的要求,对于初筛,要力求快速、简便,对于复筛,应该做到精确,测得的数据要能够反映将来的生产水平。
5.6.2.1 从菌体形态变异分析 有时,有些菌体的形态变异与产量的变异存在着一定的相关性,这就能很容易地将变异菌株筛选出来。尽管相当多的突变菌株并不存在这种相关性,但是在筛选工作中应尽可能捕捉、利用这些直接的形态特征性变化。当然,这种鉴别方法只能用于初筛。有人曾统计过3,484个产维生素B2的阿舒假囊酵母(Eremothecium ashbyii)的变异菌落,发现高产菌株的菌落形态有以下特点:菌落直径呈中等大小(8-10毫米),凡过大或过小者均为低产菌株;色泽深黄色,凡浅黄或白色者皆属低产菌株。又如,在灰黄霉素产生菌荨麻青霉(Penicillium urticae)的育种中,曾发现菌落的棕红色变深者往往产量有所提高,而在赤霉素生产菌藤仓赤霉(Gibberella fujikuroi)中,却发现菌落的紫色加深者产量反而下降。
5.6.2.2 平皿快速检测法 平皿快速检测法是利用菌体在特定固体培养基平板上的生理生化反应,将肉眼观察不到的产量性状转化成可见的"形态"变化。具体的有纸片培养显色法、变色圈法、透明圈法、生长圈法和抑制圈法等,见图5.6.1。这些方法较粗放,一般只能定性或半定量用,常只用于初筛,但它们可以大大提高筛选的效率。它的缺点是由于培养平皿上种种条件与摇瓶培养,尤其是发酵罐深层液体培养时的条件有很大的差别,有时会造成两者的结果不一致。 图 5.6.1 平皿快速检测法示意图 平皿快速检测法操作时应将培养的菌体充分分散,形成单菌落,以避免多菌落混杂一起,引起"形态"大小测定的偏差。
1) 纸片培养显色法 将饱浸含某种指示剂的固体培养基的滤纸片搁于培养皿中,用牛津杯架空,下放小团浸有3%甘油的脱脂棉以保湿,将待筛选的菌悬液稀释后接种到滤纸上,保温培养形成分散的单菌落,菌落周围将会产生对应的颜色变化。从指示剂变色圈与菌落直径之比可以了解菌株的相对产量性状。指示剂可以是酸碱指示剂也可以是能与特定产物反应产生颜色的化合物。
2) 变色圈法 将指示剂直接掺入固体培养基中,进行待筛选菌悬液的单菌落培养,或喷洒在已培养成分散单菌落的固体培养基表面,在菌落周围形成变色圈。如在含淀粉的平皿中涂布一定浓度的产淀粉酶菌株的菌悬液,使其呈单菌落,然后喷上稀碘液,发生显色反应。变色圈越大,说明菌落产酶的能力越强。而从变色圈的颜色又可粗略判断水解产物的情况。
3) 透明圈法 在固体培养基中渗入溶解性差、可被特定菌利用的营养成分,造成浑浊、不透明的培养基背景。将待筛选在菌落周围就会形成透明圈,透明圈的大小反映了菌落利用此物质的能力。 在培养基中掺入可溶性淀粉、酪素或CaCO3可以分别用于检测菌株产淀粉酶、产蛋白酶或产酸能力的大小。
4) 生长圈法 利用一些有特别营养要求的微生物作为工具菌,若待分离的菌在缺乏上述营养物的条件下,能合成该营养物,或能分泌酶将该营养物的前体转化成营养物,那么,在这些菌的周围就会有工具菌生长,形成环绕菌落生长的生长圈。 该法常用来选育氨基酸、核苷酸和维生素的生产菌。工具菌往往都是对应的营养缺陷型菌株。
5) 抑制圈法 待筛选的菌株能分泌产生某些能抑制工具菌生长的物质,或能分泌某种酶并将无毒的物质水解成对工具菌有毒的物质,从而在该菌落周围形成工具菌不能生长的抑菌圈。例如:将培养后的单菌落连同周围的小块琼脂用穿孔器取出,以避免其它因素干扰,移入无培养基平皿,继续培养4-5天,使抑制物积累,此时的抑制物难以渗透到其它地方,再将其移入涂布有工具菌的平板,每个琼脂块中心间隔距离为2厘米,培养过夜后,即会出现抑菌圈。抑菌圈的大小反映了琼脂块中积累的抑制物的浓度高低。该法常用于抗生素产生菌的筛选,工具菌常是抗生素敏感菌。由于抗生素分泌处于微生物生长后期,取出琼脂块可以避免各菌落所产生抗生素的相互干扰。典型的例子是春雷霉素生产菌的筛选,见图5.6.2。
5.6.2.3 摇瓶培养法 摇瓶培养法是将待测菌株的单菌落分别接种到三角瓶培养液中,振荡培养,然后,再对培养液进行分析测定。摇瓶与发酵罐的条件较为接近,所测得的数据就更有实际意义。但是摇瓶培养法需要较多的劳力、设备和时间,所以,摇瓶培养法常用于复筛。但若某些突变性状无法用简便的形态观察或平皿快速检测法等方法检测时,摇瓶培养法也可用于初筛。 初筛的摇瓶培养一般是一个菌株只做一次发酵测定,从大量菌株中选出10-20%较好的菌株,淘汰80-90%的菌株;而复筛中摇瓶培养一般是一个菌株培养3瓶,选出3-5个较好的菌株,再做进一步比较,选出最佳的菌株。
5.6.3 特殊变异菌的筛选方法 上述一般的筛选菌株方法的处理量仍是很大的,为了从存活的每毫升106左右细胞的菌悬液中筛选出几株高产菌株,要进行大量的稀释分离、摇瓶和测定工作。虽然平皿快速检测法作为初筛手段可减少摇瓶和测定的工作量,但稀释分离的工作仍然非常繁重。而且有些高产变异的频率很低,在几百个单细胞中并不一定能筛选到,所以,建立特殊的筛选方法是极其重要的。例如营养缺陷型和抗性突变菌株的筛选有它们的特殊性,营养缺陷型或抗性突变的性状就象一个高效分离的"筛子",以它为筛选的条件,可以大大加快筛选的进程并有效地防止漏筛。在现代的育种中,常有意以它们作为遗传标记选择亲本或在DNA中设置含这些遗传标记的片段,使菌种筛选工作更具方向性和预见性。本节还将简单介绍其它一些特殊变异株的筛选方法。
5.6.3.1营养缺陷型突变株的筛选 经诱变处理后的菌悬液在筛选前一般应先进行诱变后培养,以促使变异细胞发生分离,防止出现表型延迟现象,筛选出不纯的菌株。营养缺陷型的筛选一般包括浓缩、进一步检出和鉴别营养缺陷型等步骤。
1) 浓缩营养缺陷型菌株 诱变后的细胞群体中大部分存活菌是野生型,而营养缺陷型占的比例相当小,这对分离是很不利的,所以,应该淘汰大量的野生型,以达到浓缩营养缺陷型的目的。常用的浓缩方法有抗生素法、菌丝过滤法、差别杀菌法和饥饿法等。
2)进一步检出所需缺陷型 浓缩后的菌液中营养缺陷型的比例较大,但并非全部都是。并且营养缺陷型中也有不同的类型,还需要进一步检出所需要的营养缺陷型。这样就需要采用逐个检出法、夹层培养法和限量补给法等方法进一步检出所需要的营养缺陷型。
3)营养缺陷型的鉴定 获得的营养缺陷型菌株还应进一步确认其生长的所需物。菌株较少时,可用生长谱法, 若菌株较多时,常采用组合补充培养基法
5.6.3.2 抗性突变菌株的筛选 抗性突变株的筛选相对比较容易,只要有10-6频率的突变体存在,就容易筛选出来。抗性突变株的筛选常用的有一次性筛选法和阶梯性筛选法两种手段。
1) 一次性筛选法 一次性筛选法就是指在对出发菌株完全致死的环境中,一次性筛选出少量抗性变异株。 噬菌体抗性菌株常用此方法筛选。将对噬菌体敏感的出发菌株经变异处理后的菌悬液大量接入含有噬菌体的培养液中,为了保证敏感菌不能存活,可使噬菌体数大于菌体细胞数。此时出发菌株全部死亡,只有变异产生的抗噬菌体突变株能在这样的环境中不被裂解而继续生长繁殖。通过平板分离即可得到纯的抗性变异株。 耐高温菌株在工业发酵中的应用意义在于它可以节约冷却水的用量,尤其是在夏季,并能减少染菌的机会。耐高温菌株所产生酶的热稳定性较高,适用于一些特殊的工艺过程。耐高温菌株也常采用此法筛选。将处理过的菌悬液在一定高温下处理一段时间后再分离。对此温度敏感的细胞被大量杀死,残存的细胞则对高温有较好的耐受性。 耐高浓度酒精的酵母菌的酒精发酵能力较高,也适宜提高发酵醪浓度,提高醪液酒精浓度。而耐高渗透压的酵母菌株具有积累甘油的性能,可用于甘油发酵。耐高酒精度、高渗透压的菌株也可分别在高浓度酒精或加蔗糖等造成的高渗环境下一次性筛选获得。
2)阶梯性筛选法 药物抗性即抗药性突变株可在培养基中加入一定量的药物或对菌体生长有抑制作用的代谢物结构类似物来一次性筛选,大量细胞中少数抗性菌在这种培养基平板上能长出菌落。但是在相当多的情况下,无法知道微生物究竟能耐受多少高浓度的药物,这时,药物抗性突变株的筛选需要应用阶梯性筛选法。 因为药物抗性常受多位点基因的控制,所以药物的抗性变异也是逐步发展的,时间上是渐进的,先是可以抗较低浓度的药物,而对高浓度药物敏感,经"驯化"或诱变处理后,可能成为抗较高浓度药物的突变株。阶梯筛选法由梯度平板或纸片扩散在培养皿的空间中造成药物的浓度梯度,可以筛选到耐药浓度不等的抗性变异菌株,使暂时耐药性不高,但有发展前途的菌株不致于被遗漏,所以说,阶梯性筛选法较适合于药物抗性菌株的筛选,特别是在暂时无法确定微生物可以接受的药物浓度情况下
5.6.3.3 组成酶变异株的筛选
许多水解酶是诱导酶,只有在含有底物或底物类似物的培养环境中,微生物才会合成这些酶类,所以,诱导酶的生产不仅需要诱导物,而且受到诱导物的种类、数量以及分解产物的影响。能迅速利用的碳源(如葡萄糖)往往会引起酶合成的减少,诱导物有时又比较昂贵。这些都可能造成这些水解酶工业生产的波动以及生产成本提高。如果控制这些酶合成的调节基因发生了变异,诱导酶就可能转变成组成酶,它的合成与细胞的其它组织蛋白一样,不再需要诱导物的存在。由诱导型的出发菌株诱变筛选出组成型变异株对于水解酶的工业生产具有重要的现实意义。具体的筛选方法有恒化器法、循环培养法和诱导抑制物法。
1) 恒化器法 恒化器常被用于微生物的"驯化"。在培养基中添加不能起诱导作用的低浓度底物,接入处理后的菌悬液进行培养,此时出发菌株由于不能被诱导,无法合成有关的诱导酶而不能分解该底物,从而生长速率极慢,而群体中少数组成型变异株则可合成有关的酶,分解利用该底物,生长速率较快。为了提高组成酶变异株的优势,即它在群体中的比例,可以应用恒化器培养技术。随着恒化器培养中不断加入新鲜基质而逐渐增大组成酶变异株的优势,这样就能够比较容易地做进一步的纯化分离。
2) 循环培养法 利用不含诱导物的培养环境和含有诱导物的培养环境进行交替循环培养待分离的菌悬液,从而使组成酶变异株得到富集。当接种到不含诱导物而含有其它可利用碳源的培养基中时,两种类型菌株同样能较好地生长,但在此环境中组成型突变株已能合成有关的水解酶,而诱导型菌株就不能合成。 进而将它们转接入含诱导物的培养基中时,变异株能迅速利用诱导底物进行生长繁殖,而诱导型出发菌株需经历一个诱导合成酶的阶段,两类菌株的生长就不同步了,随着循环交替培养的继续,组成酶变异株所占的比例将逐渐增大。
3) 诱导抑制剂法 有些化合物能阻止某些诱导酶的合成,如α-硝基苯基-β-岩藻糖苷对大肠杆菌的β-半乳糖苷酶的诱导合成有抑制作用,称为诱导抑制剂。当在诱导物和诱导抑制剂同时存在的培养环境中培养待分离菌群时,诱导型菌株不能产生诱导酶,无法正常生长,只有组成型变异株能够利用底物进行生长繁殖。
5.6.3.4高分子废弃物分解菌的筛选 随着石油化工和塑料工业的发展,各种高分子包装废弃物日益增多,这些"白色污染"在自然界很难被消化而进入物质循环。设法选育能分解利用这些高分子材料的微生物对于环境保护至关重要。这些高分子材料大多是不溶于水的,直接分离具有分解功能的微生物很困难。为此,有人设计了阶段式筛选法,首先寻找能在与聚乙二醇结构相似的含两个醚键的三甘醇上生长的微生物,接着,诱变筛选能分解聚乙二醇的变异株;或者筛选能以乙二醇、丙二醇为碳源的菌株,继而诱变筛选出能利用聚乙二醇等物质的变异株。这种由简单的聚合物单体入手逐级筛选高分子废弃物分解菌也许是一条有效的筛选思路。
5.6.3.5无泡沫菌株及高凝聚性菌株的筛选 有些菌在发酵过程中会产生大量的泡沫,从而造成发酵液满溢,增大了染菌的机会,使发酵体系反应不均匀,也有可能引起某些发酵产物的生物活性丧失,如蛋白酶变性失活。为了避免泡沫的产生,常常需通过牺牲发酵液的装量或加入大量的消泡剂来消除泡沫的不利影响。发酵过程产生泡沫是菌体代谢、培养基和发酵工艺等方面的原因造成的,而菌种是产生泡沫的关键,选育无泡沫或少泡沫菌株可以从根本上解决泡沫问题。 有人用气泡上浮法筛选出了无泡沫的酒精酵母。将变异处理后的菌悬液接种入生长培养基中,培养器皿的底部放置无菌压缩空气喷口,培养过程中不断通入无菌空气,形成鼓泡,易产生泡沫的酵母菌会随泡沫而除去,留下的是不易产生泡沫的变异菌株;也有人用苯胺蓝染色法进行筛选,将经过变异处理的菌悬液经培养后涂布在含葡萄糖3%、酵母膏0.5%、苯胺蓝0.005%的平板上培养4天,出发菌株呈浅蓝色,变异菌株因细胞壁成分和结构改变造成与染料结合力改变,少泡沫的变异菌株呈深蓝色。 啤酒发酵和单细胞蛋白培养都希望由凝聚性较好的酵母菌株担任发酵菌种,以便于啤酒的澄清和保持良好的风味,以及单细胞蛋白的收集。采用上述的泡沫上浮法也可以除去不易凝聚的细胞,通过改变鼓泡速度的调节,可以获得具不同凝聚性的菌株。
‘贰’ 高中化学物质鉴别
常见物质的鉴别
〔复习目标〕
1.掌握物质的鉴别方法及能进一步进行物质鉴别;
2.掌握鉴别物质的步骤。
〔课前基础练习〕
1.如何证明某一溶液是盐酸溶液?
(1)滴加 石蕊 ,如果 变红色 ,则原溶液为酸或加入 Zn或Fe等金属 产生 可燃性气体 的为酸。
(2)取样品滴加 AgNO3和HNO3 产生 白色沉淀 ,则原溶液中有Cl-,溶液为盐酸。
2.如何区别失去标签的盐酸溶液和硫酸溶液?
取样品滴加 BaCl2溶液 ,如果产生 不溶于稀硝酸的白色沉淀 原物质是H2SO4,则另一种为盐酸。(注:不能用AgNO3鉴别;∵Ag2SO4微溶)
〔知识要点〕
1.物质鉴别方法
(1)用化学方法
证明被鉴别物质是 方 法 现 象
酸 ①滴加石蕊试液;②加Zn、Fe等金属 ①试剂变红;②产生可燃性气体
碱 滴加酚酞试液 试液变红
含Cl-的物质 滴加AgNO3、HNO3 白色沉淀
含SO42-的物质 滴加BaCl2、HNO3 白色沉淀
含CO32-的物质 滴加盐酸(HNO3)产生气体通入Ca(OH)2 白色沉淀
H2 点燃、火焰上方罩干燥小烧杯 有水珠出现
CO 点燃、产生的气体与石灰水反应 白色沉淀
CO2 石灰水 变浑浊
O2 带水星木条 复燃
(2)用物理方法
①兰色溶液——CuSO4 ②黄色溶液——FeCl3
③兰色不溶液——Cu(OH)2 ④红褐色不溶液——Fe(OH)3
⑤打开盛液体的瓶盖出现白雾的是——浓盐酸
⑥片状白色固体露置在空气中潮解的是——NaOH
2.学生实验操作(在例1解析中由学生具体操作,然后教师总结实验步骤)
〔典型例题解析〕
例1:现有四瓶无标签溶液,已知分别是NaCl、Na2CO3、NaNO3、Na2SO4如何鉴别它们?
(一)解析:上述四种溶液具有相同的阳离子,要鉴别它们其实只要鉴别Cl-、CO32-、SO42- 即可,鉴别方法如下:
方法一:(1)取四种溶液少量于试管中,分别滴加BaCl2溶液,若产生白色沉淀的原物质是Na2CO3、Na2SO4。无现象的原物质是NaCl、NaNO3。
(2)在沉淀中加稀HNO3,沉淀溶解并产生气体的原物质是Na2CO3,无现象的原物质是Na2SO4。
(3)在第一个实验中无现象的两溶液重新取样品加入AgNO3、HNO3,产生白色沉淀,则原物质是NaCl,另一种为NaNO3。
方法二:(1)取样品加入硝酸,有气体产生的是Na2CO3,对另三支没有明显现象的试管中滴加BaCl2,产生白色沉淀的原物质是Na2SO4。
(2)另二种未知溶液重新取样品滴加AgNO3,HNO3,产生白色沉淀的原物质是NaCl,无现象的原物质是硝酸钠。
讨论是否还有其他方法。
注意:(1)叙述的方法应是,通过现象,判断得出物质,而不是某某物质反应,产生现象;
(2)如果一开始加入AgNO3溶液,应注意Ag2SO4,是微溶物质,可能引起溶液的浑浊,而不能将Na2SO4与Na2CO3、NaCl区别出来。
(二)1.学生上台操作,对上述物质鉴别过程进行演示,加深影响,注意操作的规范性,培养学生的动手能力。
2.鉴别步骤:①溶解固体样品,并取适量于试管中
②滴加××溶液
③看到××现象,则原物质为××
例2:如何鉴别失去标签的H2SO4、HCl、Na2SO4、NaCl溶液?
解析:上述四种溶液的阳离子二种是H+,二种Na+可以根据鉴别酸的方法鉴别,阴离子,二种为Cl-,二种为SO42-,可以根据Cl-、SO42-的鉴别方法鉴别。
方法一:(1)取样品,滴加紫色石蕊试液,使溶液变红色的原物质是酸,另两种无现象的原物质为盐;
(2)重新取样品,滴加BaCl2溶液,酸中产生白色沉淀的是H2SO4,无现象的原物质是盐酸,盐中出现白色沉淀的是Na2SO4,无现象的为NaCl。
方法二:上述滴加试剂的顺序调换。
例3:①稀盐酸、NaOH、NaCl;②AgNO3、Na2CO3、Na2SO4;③NaOH、Ba(OH)2、H2SO4,以上三组溶液都失去标签每组溶液只能用一种试剂,如何区别?
解析:(1)可取样品滴加石蕊,如果变红则为稀盐酸,如变兰则为NaOH,如不变色,则为NaCl;
(2)可取样品滴加盐酸,如果出现白色沉淀则原液体为AgNO3,如产生气体原液体则为Na2CO3,如果无变化则为Na2SO4;
(3)方法一:可取样品滴加CuSO4溶液,如果看到兰色沉淀则原物质为NaOH,如果无现象,则为H2SO4,如果出现白色与兰色沉淀,则原物质为Ba(OH)2,另一种为NaOH。
方法二:可先用石蕊或酚酞或Zn、Fe等金属区别出H2SO4溶液,然后另二种液体取样品后滴加硫酸,有白色沉淀产生的,原物质为Ba(OH)2,另一种为NaOH。
例4:①K2CO3、BaCl2、NaCl浓盐酸;②CuSO4、NaOH、MgCl2、NaCl上述二组失去标签的溶液,不用任何试剂如何鉴别?
解析:(1)打开瓶盖,看到有白雾的是浓盐酸,另三种物质取样品,滴加盐酸有气体产生的原溶液为K2CO3,另二种重新取样品,滴加K2CO3,若出现白色沉淀的原物质是BaCl2,另一种为NaCl;
(2)兰色溶液是CuSO4,另三种溶液取样品后滴加CuSO4,有兰色沉淀产生的原物质是NaOH,另两种未知溶液重新取样品,滴加NaOH,有白色沉淀产生的原物质是MgCl2,另一种为NaCl。
评注:此组题的解题方法是根据物质的物理性质先鉴别出其中一种,然后依次逐个推断。
〔选讲例题〕
例5:下列各组溶液不用任何试剂,能否鉴别出来?
①FeCl3 MgCl2 NaNO3 K2SO4
②Na2CO3 BaCl2 HCl NaCl
解析:第一组中的FeCl3是黄色的能鉴别出,但不能用FeCl3鉴别出MgCl2,NaNO3,∵FeCl3与之都不反应,∴不能鉴别
第二组虽然无特殊的有色物质,但Na2CO3与HCl反应能产生气体,Na2CO3与BaCl2反应能产生沉淀,NaCl不与任一溶液反应,∴只要将四种溶液取样品后两两混合,既能产生沉淀,又能产生气体的是Na2CO3,与Na2CO3反应产生沉淀的是BaCl2,反应产生气体的是HCl,与任一物质都不反应的是NaCl。
[课内追踪练习]
4.有失去标鉴的四瓶溶液①FeCl3;②MgCl2;③NaCl;④KOH不用任何其他试剂,将其鉴别出来的顺序为 ①④②③ 。
5.有失去标鉴的三瓶溶液BaCl2、K2CO3、MgSO4,只用一种试剂将它们区别出来,这种试剂可以是 H2SO4 。
6.将一包白色粉末,可能含有无水硫酸铜,碳酸钠,硝酸钾,氯化钙,碳酸钡中的一种或几种,将该白色粉末溶于水得到无色透明溶液,向溶液中加入盐酸有气体放出,试推断该白色粉末一定含有 碳酸钠,一定没有 无水硫酸铜,碳酸钡,氯化钙,可能含有 硝酸钾 。
[复习小结]
本部分内容着重阐述了离子或物质鉴别的方法,通过物质间反应所产生的现象,对所作实验的物质作出正确的判断,或利用几种物质的不同特性,用化学方法将它们逐一区别开来或根据某物质的特性,用化学方法定性分析其组成从而确定是不是这种物质。
一、物质鉴别的一般原则
1.充分利用物质的特征反应。例如,检验NH4+的特征反应是利用NH4+与OH—反应,检验 的特征反应是利用 与Ag+反应,检验 的特征反应是利用 与Ba2+反应。
2.设计鉴别方案时,应考虑方案的简约性。例如,鉴别装有浓硫酸和纯水的两瓶液体时,可以有多种方案,但最简单的莫过于轻轻摇荡试剂瓶,根据液体的黏稠度(浓硫酸黏度大)进行鉴别。
3.充分排除干扰物质的影响。
例1:有六瓶白色固体,它们是Al2O3、NaNO3、Ba(OH)2、MgCl2、(NH4)2SO4、无水CuSO4。现仅用蒸馏水及已被检出的物质对它们作出鉴别。根据以下实验步骤,在空格内填放需加入的试剂。填写检出物质时须与实验现象上下对应(已知:Al2O3不溶于水,但能溶于强酸、强碱溶液)。
(1)待检物+ □
(2)待检溶液 + □
(3)待检溶液 + □
解析:依题意,首先用蒸馏水检出一种或几种物质,然后再用检出物质为试剂进行鉴别。(1)六种白色固体不溶于水的只有Al2O3,水溶液呈现蓝色的原物质是CuSO4。(2)若将硫酸铜溶液分别与其他试剂混合,只有在Ba(OH)2中产生蓝色沉淀,可鉴定Ba(OH)2,
再用Ba(OH)2检出其他物质[也可以将Al2O3与其他试剂混合,能溶解Al2O3的也只有Ba(OH)2,但用硫酸铜溶液现象更加明显,因此在(2)步操作中选用硫酸铜溶液]。(3)用Ba(OH)2与剩下的三种溶液混合时,能产生白色沉淀的只有MgCl2,在加热的条件下
能产生刺激性气体的是(NH4)2SO4,无明显现象的是NaNO3。
答案:
(1)水;CuSO4、Al2O3;蓝色溶液、白色固体不溶于水
(2)CuSO4溶液;Ba(OH)2;蓝色沉淀
(3)Ba(OH)2;MgCl2、(NH4)2SO4、NaNO3;白色沉淀、有刺激性气味、无明显现象
评注 物质鉴别的过程中,必须充分考虑实验探究原则的各个方面,才能找出最佳探究途径。
二、物质鉴别的类型和常用方法
1.不需任何试剂的顺序型。通过观察、加热、焰色反应或两两混合等方法先确定其中的某种物质,再用这种物质作为新试剂来鉴别组内其他物质。
例2:下列各组稀溶液,不用其他试剂和试纸,就可以将它们区别开的是( )。
A.硝酸钾、硫酸铜、硫酸氢钠、氯化钡
B.硫酸、硫酸铝、氯化钠、硝酸钠
C.盐酸、硫酸钠、硝酸钠、氢氧化钠
D.硫酸镁、碳酸钠、氢氧化钠、硫酸氢钠
解析:选项A中蓝色的是硫酸铜溶液,当用它和其他三种溶液混合时,出现白色沉淀的原溶液是氯化钡。氯化钡和剩下的两种溶液混合时,出现白色沉淀的是硫酸氢钠。选项D在两两混合的过程中,碳酸钠与其他物质的混合现象各不相同,分别是白色沉淀(硫酸镁)、气泡(硫酸氢钠)、无明显现象(氢氧化钠)。选项BC中的物质无法通过观察、混合的方法加以鉴别。
答案:AD
评注:当不用任何试剂进行多种物质的鉴别时,一般先依据外观特征,鉴别出其中的一种或几种,然后再利用它们去鉴别其他的物质。若均无明显外观特征时,可考虑两两混合法,记录混合后的反应现象,然后确定物质的种类。
2.只需一种试剂的简单操作型。当只用—种试剂鉴别多种物质时,一般先分析被鉴别物质的水溶性、密度、溶液的酸碱性,确定能否选用水或酸碱指示剂进行鉴别。另外,通过观察需鉴别物质和所给物质的氧化性和还原性,利用氧化还原反应来鉴别物质,也是常用的鉴别方法。当用一种物质鉴别多种物质时,被鉴别物质若出现沉淀、气体、既有沉淀又有气体,或者发生颜色变化,即可作出正确判断。
例3:仅用一种试剂鉴别如下物质:四氯化碳、NaI溶液、NaCl溶液、Na2SO3溶液,下列试剂中不能选用的是( )。
A.溴水 B.FeCl3溶液
C.酸性KMnO4溶液 D.AgNO3溶液
解析:选项所给的四种物质中,A、B、C三种都具有强氧化性,它们均可把NaI、Na2SO3分别氧化成I2、Na2SO4,而四氯化碳是有机物,与水互不相溶。因此用A、B、C中的任何物质均可区分开四种物质。选项D,AgNO3溶液无法区分NaCl和Na2SO4溶液。
答案 D
评注:当只用一种试剂鉴别多种有还原性的物质时,可选用有氧化性的试剂。若鉴别有氧化性的物质时,可选用有还原性的试剂。
3.操作复杂的物质鉴别。对于组分比较复杂的混合物的鉴别,应该准确找出题目的突破口,然后逐步突破。
例4:某无色气体含有CO、CO2、NH3、HCl、H2和水蒸气中的一种或几种,将它依次通过澄清石灰水(无浑浊现象)、氢氧化钡溶液(有浑浊现象)、浓硫酸(无明显现象)、灼热的氧化铜(变红)和无水硫酸铜(变蓝)(假设每处均完全反应)。下列结论正确的是( )。
A.肯定有CO2、HCl,可能有NH3和H2或者其中之一
B.肯定有H2、CO2、HCl,可能有CO和水蒸气
C.肯定有H2,肯定没有CO2
D.肯定有CO、O2、H2,可能含有HCl
解析:上述气体中,能使氢氧化钡溶液产生浑浊现象的只有CO2,在此之前先通过澄清石灰水无浑浊现象,显然是由于HCl存在所致。由于HCl的存在,澄清石灰水的溶质Ca(OH)2易与HCl反应,而使CO2难以与Ca(OH)2作用生成CaCO3沉淀。这样CO2便顺利通过Ca(OH)2溶液,继而与Ba(OH)2反应,生成BaCO3沉淀。混合气体中含HCl后,一定不含NH3,因两者反应能生成白色晶体NH4Cl。混合气体可使灼热的CuO变红,证明其中必有还原性气体CO或H2存在。通过后面实验,即再通过无水硫酸铜时会使其变蓝,证明先前的还原性气体一定有H2存在,至于CO是否存在则不能确定。
答案 B
评注:在选用一种正确的方法确定某种成分存在的同时,就可以排除与之反应的某些组分存在的可能。
总之,进行物质的检验都是通过观察的实验来完成的,即根据物质的特征颜色和特征反应去查出要检验的物质。因此,物质检验的关键是熟练掌握各物质(或离子)的特征反应,准确地选择鉴别试剂和实验方法。