倪嘉舟 詹奕霏 張婷

摘要：抗酸藥可以中和過(guò)多的胃酸，達(dá)到緩解胃疼痛的效果，不同抗酸藥的抗酸能力決定了患者每次服用抗酸藥的劑量。本研究利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)快速測(cè)定抗酸藥的抗酸能力，從化學(xué)反應(yīng)原理角度來(lái)認(rèn)識(shí)抗酸藥的作用機(jī)制。

關(guān)鍵詞：抗酸藥;抗酸能力;數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1008-0546（2019）06-0088-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.025

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》更新了教學(xué)內(nèi)容，在選修課程部分設(shè)立了STSE綜合實(shí)驗(yàn)，其中建議圍繞生命健康問(wèn)題開(kāi)展綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，給出的參考案例中有一個(gè)實(shí)驗(yàn)為“抑酸劑抗酸容量的探究”，我們查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，抑酸劑和抗酸劑雖然都是用來(lái)治療胃酸過(guò)多的藥物，但其作用機(jī)理并不相同，抑酸劑的目的是抑制胃酸分泌，與抗酸容量的概念并不匹配，因此筆者展開(kāi)了對(duì)抗酸藥的相關(guān)研究。

抗酸藥是一類(lèi)能中和過(guò)多胃酸的弱堿性物質(zhì)，此類(lèi)藥物可使胃液pH升至3-5，降低胃蛋白酶分解胃壁蛋白的能力，降低了胃酸對(duì)胃及十二指腸潰瘍面的刺激作用，發(fā)揮緩解疼痛和促進(jìn)愈合的作用乜。不同抗酸藥的抗酸能力和副作用差異明顯，因此認(rèn)識(shí)抗酸藥在發(fā)揮療效時(shí)所遵循的化學(xué)原理，有利于更好地選擇和使用抗酸藥。

一、問(wèn)題提出

抗酸藥種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有碳酸氫鈉片、氫氧化鋁片、鋁碳酸鎂片（達(dá)喜）等，我們?cè)谒幬镎f(shuō)明書(shū)上發(fā)現(xiàn)它們的服用劑量和次數(shù)有差異（表1）：

不同抗酸藥，每片的質(zhì)量不同，所含有效成分不同，那么它們的療效就不同。每片抗酸藥能中和多少胃酸呢？我們首先進(jìn)行了理論分析。

2.實(shí)驗(yàn)儀器

威尼爾數(shù)據(jù)采集器（LabQuest2），pH傳感器，滴數(shù)傳感器，研缽，電子天平，稱量紙，藥匙，量筒（100mL），小燒杯（100mL），磁力攪拌器，磁子。

3.實(shí)驗(yàn)藥品

本實(shí)驗(yàn)不同于抗酸藥行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法，選擇了0.2mol/L的鹽酸，主要考慮以下因素：

（1）胃內(nèi)消化食物前后pH保持在0.9-1.3左右，因此由公式pH=-lg c（H+）得到pH=0.9時(shí)，胃酸濃度為0.0501mol/L，pH=1_3時(shí)，胃酸濃度為0.1259mol/L。

（2）抗酸藥行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法中，采用0.1mol/L的鹽酸反應(yīng)1h，耗酸量大于260mL，因此操作復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，反應(yīng)過(guò)程需要不斷加酸液，不適用于課堂教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐，因此適當(dāng)提高酸濃度可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，提高效率，讓學(xué)生有更好的實(shí)踐體驗(yàn)。

（3）實(shí)驗(yàn)用100mL的燒杯作為反應(yīng)容器，可以保證藥物懸濁液保持均勻，若酸量過(guò)多則會(huì)導(dǎo)致液體溢出，換用大燒杯會(huì)使攪拌變得困難，同時(shí)由于pH滴定的終點(diǎn)并非突變，因此大量水的加入也會(huì)影響pH的測(cè)定。

①組裝實(shí)驗(yàn)儀器：將pH傳感器、滴數(shù)傳感器分別與數(shù)據(jù)采集器相連（如圖1所示），打開(kāi)軟件，界面中會(huì)自動(dòng)跳出以體積值為橫坐標(biāo)，pH值為縱坐標(biāo)的數(shù)據(jù)采集圖表。

②取一片碳酸氫鈉片，用研缽研磨至粉狀，稱取質(zhì)量后，放入盛有20mL水溶液的小燒杯中。

③取45mL左右0.2mol/L HCl于滴定管中，將磁子放入燒杯中，打開(kāi)磁力攪拌器，將轉(zhuǎn)速調(diào)為“7”檔，點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，緩慢旋開(kāi)滴定管活塞，使液滴以1秒1滴的速度滴入燒杯中。

④待pH降低至3以下后，停止數(shù)據(jù)采集。

⑤保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并記錄。

⑥按照上述步驟測(cè)定其它抗酸藥樣品。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)生成的實(shí)驗(yàn)圖像分別為圖2至圖4，經(jīng)記錄、匯總和計(jì)算所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抗酸能力：碳酸氫鈉>鋁碳酸鎂>氫氧化鋁，由此可以解釋為何每次服用氫氧化鋁片的劑量要多于碳酸氫鈉片和鋁碳酸鎂片。筆者認(rèn)為，這與物質(zhì)在水溶液中的電離有關(guān)，氫氧化鋁在水中的溶解度小，又是弱電解質(zhì)，因此即使反應(yīng)過(guò)程中使用了攪拌器，控制鹽酸滴速為1秒1滴，在pH降到3時(shí)，燒杯底部仍有較多沉淀沒(méi)有完全反應(yīng)。為了驗(yàn)證猜測(cè)，筆者將鹽酸滴入速度分別改為5秒/滴、10秒/滴，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽酸的滴速變慢時(shí)，測(cè)得氫氧化鋁片的耗酸量增大，抗酸能力也增大。

由理論計(jì)算所得的耗酸量是物質(zhì)的絕對(duì)耗酸量，而由滴定實(shí)驗(yàn)測(cè)得的抗酸能力是物質(zhì)的相對(duì)耗酸量，兩者結(jié)果不一致，是由于物質(zhì)在水溶液中的電離程度不同。氫氧化鋁是難溶的弱電解質(zhì)，在水溶液中電離出的OH較少，每次加入的酸只會(huì)中和部分電離出的OH，促使氫氧化鋁繼續(xù)緩慢電離，但由于電離出OH的速度沒(méi)有滴加酸的速度快，因此pH在下降至呈酸性時(shí)仍有大量的氫氧化鋁沉淀未電離、未來(lái)得及參與反應(yīng)。

此外，筆者發(fā)現(xiàn)在用鹽酸滴定鋁碳酸鎂的過(guò)程中，滴加2mL左右鹽酸時(shí)，該抗酸藥水溶液pH就迅速降低至3-4，繼續(xù)滴加鹽酸，pH-直維持在該范圍，變化不大，直到滴加20mL鹽酸后，才降低到pH<3。這很好地解釋了鋁碳酸鎂（達(dá)喜）使用說(shuō)明書(shū)上的“藥理作用”：本品有明顯抗酸作用，其作用迅速、溫和、持久。

理想抗酸藥應(yīng)符合條件：①具有較快的中和速度和較長(zhǎng)的作用時(shí)間;②應(yīng)控制胃液pH值為3-5，因?yàn)閜H值過(guò)高，會(huì)引起胃酸反彈。傳統(tǒng)的抗酸藥如碳酸氫鈉、氫氧化鋁、硅酸鎂等，雖然能減輕癥狀，但都具有一定的不良反應(yīng)：碳酸氫鈉在中和胃酸時(shí)所產(chǎn)生的二氧化碳可能引起腹脹，胃潰瘍患者慎用，還可能引起繼發(fā)性胃酸分泌增加、堿中毒;氫氧化鋁反應(yīng)后的A13+會(huì)引起便秘，鎂鹽會(huì)引起腹瀉。隨著人們的不斷研究，抗酸藥已經(jīng)逐漸從單一的化合物轉(zhuǎn)為鋁鎂復(fù)合物，以提高抗酸效果并減少副作用，鋁碳酸鎂就是人們研發(fā)出的新型抗酸藥，其結(jié)構(gòu)是層狀的（見(jiàn)圖5），一方面可以保持性質(zhì)穩(wěn)定不變質(zhì)，另一方面由于表面積大，抗酸作用優(yōu)良，是一種較為理想的抗酸藥。

五、總結(jié)

該實(shí)驗(yàn)作為新課標(biāo)中的推薦實(shí)驗(yàn)，貼近生活，能夠激發(fā)學(xué)生的研究興趣。實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)清晰，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，可以較好地理解抗酸藥的作用機(jī)制，利用圖像和數(shù)據(jù)的比較，了解不同抗酸藥的作用效果，對(duì)生活中抗酸藥的選擇有指導(dǎo)作用。

本實(shí)驗(yàn)利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)快速、準(zhǔn)確地測(cè)定了常見(jiàn)抗酸藥的抗酸能力，得到以下結(jié)論：

（1）實(shí)驗(yàn)測(cè)定的抗酸藥的抗酸能力與理論分析的抗酸藥的絕對(duì)耗酸量不同。本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定的三種抗酸藥中，碳酸氫鈉片和鋁碳酸鎂片的抗酸能力較強(qiáng)，而氫氧化鋁片的抗酸能力弱很多，筆者猜測(cè)是由于氫氧化鋁是難溶的弱電解質(zhì)，電離出的OH較少。通過(guò)改變鹽酸滴速進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了筆者的猜測(cè)。

（2）鋁碳酸鎂作為新型的抗酸藥物，具有良好的抗酸效果。通過(guò)鹽酸滴定鋁碳酸鎂的曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，鋁碳酸鎂與酸反應(yīng)迅速并且持久，相比較于傳統(tǒng)抗酸藥的無(wú)定形結(jié)構(gòu)（抗酸效果不穩(wěn)定），其層狀式的晶型結(jié)構(gòu)使其具備優(yōu)良的抗酸效果。同時(shí)，單一的抗酸藥不良反應(yīng)較多，最常見(jiàn)的為鋁鹽引起的便秘與鎂鹽引起的腹瀉，合理配制成的鎂鋁復(fù)方制劑可揚(yáng)長(zhǎng)避短。

我們之前習(xí)慣用“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)”來(lái)解釋物質(zhì)的特性，但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)家們往往是利用所期待的物質(zhì)性質(zhì)來(lái)創(chuàng)造其特殊的結(jié)構(gòu)，我們由衷欽佩充滿智慧的化學(xué)工作者們，能夠根據(jù)需要、利用知識(shí)研發(fā)出神奇的化學(xué)物質(zhì)來(lái)造福人類(lèi)與社會(huì)！