香烟烟气中有害成分的测定

关于香烟烟气中有害成分的测定株洲市二中15班研究性小组唐漾、马坤、言雷、董剑波、汪振宇四月十日内容提要：21世纪需要创造人才，呼唤创新教育，培养的学生必须具有创新能力。“创造”不仅仅是一种行为、能力、方法，而且是一种意识、态度和观念，有创造的意识，才会有创造的实践。为了为社会的发展进步做一点贡献；为了提高全民族的素质，我们开展了“香烟烟气中部分有害成分鉴定”的研究性学习。这一过程激发了我们的创新意识培养了我们的实践能力。通过摸拟人体吸烟、对香烟烟气成分的鉴定、鸡血抗凝的实验使我们能更科学、更直观地向大众宣传吸烟的危害，呼吁人们——“珍惜生命，远离香烟”。关键词：创新实践香烟烟气成分鉴定身心健康一、课题的选定针对目前全球因吸烟而引起的肺癌人数和现阶段逐渐增多的高中生烟民呈日趋上升趋势，这是不容忽视不容乐观的现象。基于本次课题的选取主要来源于生活和学习中，所以我们选取了关系全民健康问题中的重点，即：吸烟问题。进行探讨、研究，终于制定了一个有研究价值、有难度的“香烟烟雾中部分有害成分的鉴定”的研究课题。二、研究目的通过对“香烟有害成分的鉴定”课题的研究，更科学、更数字化地向大众宣传吸烟的危害性。“十八世纪英帝国主义，用鸦片、大烟打开了中国的大门，使中国曾一度沦为东亚病夫”通过血的事实给人们敲响警钟，我们倡导：为了不让历史重演，清高抬贵手，放下你手中一根小小的烟吧！进而从科学论证上、民族荣誉感等方面呼唤人们——“珍惜生命，远离香烟”。三、研究程序：课题简介——查寻资料——资料汇总——确定实验方案———做实验——写实验报告（和小论文）1、课题简介ａ、资料部分（来源：相关网站）ｂ、实验部分（在学校新建的实验内已完成）ｃ、小结部分ｄ、心得部分（谈谈各自的体会）2、资料汇总据最新资料显示：世界上最大的烟草公司——菲利浦·莫里斯公司生产的“万宝路”等香烟畅销世界。该公司去年通过它的网站公开承认吸烟危害健康，而且让人上瘾。烟草是否危害健康，菲利浦·莫里斯公司同政府和医学界已争论多年。有人预计，它的这次表态将唤起社会再次呼吁政府采取措施，以限制香烟的生产和禁止儿童吸烟。就吸烟危害健康问题，我们在老师的帮助下进行了调查研究。两天后，大家带着资料，迫不急待地进行了交流，讨论的非常激烈。最骇人听闻的资料来自于医院。我们走访了株洲市一医院、株洲市二医院等四家医院，调查显示，肺癌患者中，48%的人吸烟，37%的人长期与吸烟者生活或工作在一起；我们小组的成员为香烟烟雾中有害成分的种类引起了争论，有的同学说200种，有的说500种，1000种，3000种……但共同之处，大家一致认为其中尼古丁，一氧化碳，醛类对人体危害最大，我们就把这三种物质定为鉴定目标。尼古丁的毒性及成瘾性是我们关注的焦点。尼古丁是一种难闻、味苦、无色透明的油质液体，挥发性强，在空气中极易氧化成暗灰色，能迅速溶于水及酒精中，通过口鼻支气管粘膜很容易被机体吸收。粘在皮肤表面的尼古丁亦可被吸收渗入体内。一支香烟所含的尼古丁可毒死一只小白鼠，20支香烟中的尼古丁可毒死一头牛。人的致死量是50~70毫克，相当于20~25支香烟的尼古丁的含量。如果将一支雪茄烟或三支香烟的尼古丁注入人的静脉内3~5分钟即可死亡。烟草不但对高等动物有害，对低等动物也有害，因此也是农业杀虫剂的主要成份。所以说：“毒蛇不咬烟鬼，因为它们闻到吸烟所挥发出来的苦臭味，就避而高飞远走。同样道理被动吸烟者对烟臭味也有不适的感觉。吸烟引起急性中毒死亡者，我国已早有发生，吸烟多了就醉倒在地，口吐黄水而死亡。为此崇祯皇帝曾下令禁烟。在国外也有报导：苏联有一名青年第一次吸烟，吸一支大雪茄烟后死去。英国一个长期吸烟的40岁的健康男子，因从事一项十分重要的工作；一夜吸了14支雪茄和40支香烟，早晨感到难受，经医生抢救无效死去。法国在一个俱乐部举行一次吸烟比赛，优胜者在他吸了60支纸烟，未来得及领奖即死去，其它参加比赛者都因生命垂危，到医院抢救.那么为什么有些人吸烟量较大并不中毒呢？每日吸卷烟一盒（20支）以上的人很多，其中尼古丁含量大大超过人的致死量，但急性中毒死亡者却很少，原因是烟草中的部分尼古丁被烟雾中的毒物甲醛中和了，而且大多数不是连续吸烟，这些尼古丁是间断缓慢进入人体的。此外纸烟点燃后50%的尼古丁随烟雾扩散到空气中，5%随烟头被扔掉，25%被燃烧破坏，只有20%被机体吸收。而尼古丁在体内很快被解毒随尿排出。再加上长期吸烟者，体内对尼古丁产生耐受性，瘾癖性，而使人嗜烟如命。烟草、烟雾中的有害成分烟草主要是由碳水化合物（占40%~50%）羧酸、色素、萜烯类物质、链烷烃、类脂物质等组成，同时还有一些生长过程中必需的营养物（如硝酸盐等）以及某些污染物（如农药、重要金属元素等）。烟草与别的植物不同这点是所含的萜烯类物质比较丰富，即通常所说的“蜡质”或“尼古丁”。吸烟者吸入香烟过程，是香烟在不完全燃烧过程中发生一系列的热分解与热合成的化学反应，形成大量新的物质，其化学成分很复杂，从烟雾中分离出有害成分达3000余种，其中主要有毒物质为尼古丁（烟碱）、烟焦油、一氧化碳、氢氰酸、氨及芳香化合物等一系列有毒物质。在烟草中原有的蛋白质、碳水化合物、维生素、氨基酸等人体需要的有益物质，如果把它作食用那是有益的，但是把它作为香烟，经过燃烧而释放出烟雾灰尘等，也都变成有害物质。烟草点燃的烟雾由两部分组成，其中气体部分，占据92%，包括多量的氧和氮无害气体和一定量的一氧化碳及微量的致癌、促癌、纤毛毒物质。粒相部分占8%，主要为尼古丁和烟焦油。实验用品实验装置3、确定实验方案ａ、CO的检验：我们最统一的意见是用CO还原CuO，现象明显，操作简便。但是烟层中有没有O2？“有”。“那么CO和O2的混合气体遇热，可能会“爆炸”。上述方案被否定了。接着我们一一罗列了CO的物理性质和化学性质，最后焦点集中在CO的毒性上，确定用新鲜鸡血来验证：将烟气通过新鲜鸡血，鸡血颜色变为褐色；再将O2通入此血液，褐色变淡，但不能恢复原来的鲜红色，并用纯CO2代替烟气做对比实验。但是鸡血来源很困难，所以我们从最后、且最有经验的一次实验来验证CO。ｂ、尼古丁的检验：尼古丁又称烟碱，分子式为C10H14N2，它是烟草内的特征物质。最大的危害在于它的成瘾性，资料显示，它遇Hg(NO3)2溶液出现白色沉淀。可以鉴别之。ｃ、醛类物质的检验：我们决定用银镜反应或来鉴定。方案确定了，大家大大的松了一口气。可是新问题又出来了“烟从哪儿来？”，一个嘴快的同学马上说：“用嘴吸”；“明知有毒，还能用嘴吸？”话音刚落，教室里一片哗然，“如何模拟人体吸烟，收集到烟气”是遇到的又一个难题？用大号注射器、自行车打气筒或气球充气筒，大家都发表了各自的想法。有的找来了注射器，有的找来了打气筒，准备边实验、边筛选、修订、补充和完善。4、做实验我们从模拟人体吸烟为目标，各自采取了多种方法。其中一个同学用KMnO4制取O2，通过燃着的烟丝，以求得烟气。实验中发现：烟丝不易点燃；Ｏ2流不稳；好不容易燃着的烟丝有熄灭了；烟气产量低等等。将橡皮管接到尾气装置之后，一位同学吸气，使烟气进入试管验证溶液之中。实验中发现，尽管大部分有毒气体被吸收，而尾气中仍有难闻的气体，成了被动吸烟者。但这两种方案被淘汰了。又经过反复实验，最后确定了二种模拟人体吸烟方案。方法１：见图1，用橡皮管将注射器与香烟连接，点燃香烟，拉动活塞，即将烟气“吸”入注射器，再将香烟取下改装导管，将烟气压入新鲜鸡血中，验证CO的存在；或先在注射器内吸入20~30ml水（或洒精），再点燃香烟，拉动活塞，吸入烟气，震荡注射器，多次反复，制成烟气水（或洒精）溶液。或者将溶液通过鉴定溶液中的反映，观察现象。此实验因为烟气量很少，不能用于单一鉴定成分，而向一种试剂中检验。方法２：见图2，用橡皮管将点燃香烟和导管相连，导管深入新鲜鸡血或水中，用洗耳球在具支试管支管处吸气。这种方法最大的优点是快捷，一支烟仅半分钟就“吸”完了。而这种方法能够连续用多种试剂一起鉴定，我们应该多采用这种方法。烟气中有害成分的鉴定：将烟气和纯CO2分别通入新鲜鸡血，颜色均变为褐色；再分别通入O2，后者鸡血恢复鲜红色，而前者仍为褐色，证明了CO有毒。在鉴定尼古丁和醛时，也用了烟气的水溶液和烟气的酒精溶液作对比实验，后者现象更明显，也说明尼古丁和醛在酒精中溶解度大。图1图2主要实验现象硝酸汞反应现象酒精溶液的变色现象•四、小结•本组研究性学习以实验为主理论为辅，先后利用研究性学习课及节假日共做了4次大规模的突验，向实验室共借了以下药品及仪器：……•第一次实验可谓是探索性实验，面对一个较陌生的实验，化学知识和经验不足的我们按照某化学奥赛书上“借”来的理论实验的步骤按部就班的动手做，结果是“理论脱离实验”，因为该书上的实验其实是一个理论实验，其最大缺点是气体流动的动力装置行不通，烟几乎不能通过我们所摆设的一连串试管装置，所以第一次实验我们以失败告终，这次实验以失败告终，原因大概为：1、烟的自然燃烧慢，试管内氧气不足，产物气体不足。2、实验器材庞大而混乱，造成气体损失过多。3、自身经验不足，对实验处于初步探索阶段，仅仅为了解实验器材用法。但这次实验的失败打击了我们当初想一次做成功的饶幸心理，但正是失败的痛，更加坚定了我们向真理迈步的步伐，就更加激起我们求胜的信心，于是就迎来了我们的第二次实验。•针对第一次实验出现的气体动力装置的问题，我们找了一个医用型的未使用过的消毒注射器这次我们的方案是自己想出来的，用注射器先吸取烟气再打入装置中，这次我们实验所预期的效果只有银境反应失败了，但我们共同发现该实验出现的问题最根本还是动力装置的问题，1°注射器容量太小，每次吸取的烟气实在是•太少了，毕竟，注射器容量有限嘛！其二，通入气体是间间断断的，不太连续的，而且注射器是双向进气的，每次抽取烟气时必须将注射器从装置中取下来，这样影响了气密性。•其三：银镜未成功•通过前2次实验，我们发现，如何解决气体动力装置是实验成败的关键，怎样才能找到即可得到较大气流又能模拟人的呼吸的气体动力装置呢，几天过去了，我们还是没有结果，最后我们看到炎帝广场上飘浮的气球后，我们得到启发，为什么不能用打气球的气筒呢？于是我们组的马坤买来了气球打气筒。随后，我们从生物老师龚老师那里得知人的呼吸频率约为16~18次/分，所以我们在压入烟气时尽量接近这个呼吸频率，所以这次我们在动力装置上已经较好地模拟好人的呼吸，实验做到这里，我们更加坚定：实验终于迈了一大步，在新的动力装置下，我们所预计的实验结果逐渐明显，就第二次实验，我们对“银镜反应”的研究已取得突破性的进展，我们成功地做成了“银镜”！•当我们高兴地将第三次实验交给指导老师吴老师看时，他皱皱眉头，说：“据我所知，烟类中还含有CO”，我们诚恳地接受了吴老师的建议，我们又一次询问了生物老师龚老师，她指导我们说：“对CO的鉴定可以使CO通入新鲜动物血液，会使血液颜色变深”得到这个信息后，我们开始着手准备动物血液，直到天助我也，恰逢高二年级生物中正在进行“关于‘DNA’的鉴定”实验，恰好实验中要用到新鲜鸡血，这次，我们实验的鹇鸡血由生物实验室提供，在此，我们表示衷心感谢！在该实验中我们清楚地看到鲜红的鸡血涌入足量烟气后，变成红褐色，这就验证烟中含有CO！心得：通过本次研究性学习，我们体会了其中的酸、甜、苦、辣，也通过实践活动加演出人了对研究性学习目的的理解，所以我总结了如下感想：1、切忌纸上谈兵，理论脱离实践；本次实验我们参考了某本竞赛书上的实验实例，第一次实验我们几乎完全按照书上的装置实验，但事实是无情的，我们通过经一次失验的惨痛失败而论证了竞赛书的实验只是个理想化的实验。2、一定要发挥主观能动性，要有创造通过四次实验，我们发现了决定该实验成败的关键是如何解决气体动力装置问题，如何模拟人的呼吸频率问题等，所以我们提出了用消毒医用注射器，气球打气筒等方案，这是原来实验没有的装置，这是我们自己的创新！通过本次研究性学习，我们也培养了我们的创新能力。3、团队合作，实事求是我们的研究性学习是经过统筹的分工实现的，但