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体外模拟含氟牙膏对预防龋齿的作用

作者:2018-02-03 14:17:08阅读:文章来源:

摘要介绍一个针对口腔医学专业学生开设的化学设计实验。用蛋壳替代牙齿,研究含氟牙膏对预防龋齿的作用。实验内容与生活贴近并用到很多化学的相关知识,趣味性较强,能引起学生兴趣。实验采用师生互动模式,巧妙设计问题引导学生进行实验设计。

关键词体外模拟含氟牙膏龋齿预防

设计实验既能有效地培养学生实际分析问题和解决问题的能力,又能满足学生对实验新颖性和学习主动性的需求,被认为是一种有效培养学生自主学习能力和创新意识的实验教学模式。对于口腔医学专业的学生,开设与专业紧密联系的化学实验不仅针对性较强,也能提高学生学习化学的兴趣,因此,我们设计了一个针对口腔医学专业学生开设的化学设计实验。

实验研究对象是含氟牙膏。通过教师预先设计问题,引导学生进行实验设计,来研究含氟牙膏预防龋齿的效果。该实验贴近生活,贴近专业,材料易得,器材简单,拓展性强,能很好地吸引不同层次学生的兴趣。实验内容用到了很多化学的基本知识和相关实验操作,例如化学平衡、化学反应速率、酸碱中和反应、正确处理样品、选择合适的指示剂等。为了促进学生对实验原理更好的理解以及处理好实验过程中一些关键性的细节,实验采用了教师预先为学生设计好实验问题,让学生进行预习,查找资料,使学生能有的放矢地设计实验。

实验设计的问题

一、针对学生设计的问题

20世纪口腔医学发展的一个重要贡献就是发现氟化物的防龋作用。大量研究表明,使用含氟牙膏刷牙可以有效预防龋齿【。WHO也将推广使用含氟牙膏作为21世纪预防龋齿的基本策略之一。

针对含氟牙膏是否能对牙齿起保护作用,以及不同类型和品牌的含氟牙膏在保护牙齿免受酸腐蚀上是否存在差别等问题,本实验用蛋壳替代牙齿,通过实验测定用含氟牙膏和非含氟牙膏处理后蛋壳抗酸腐蚀的效果。牙膏的保护作用可以通过不同的物理量来体现,如不同蛋壳经过酸处理后质量变化的差异,或者是与酸反应后溶液体系中溶出的钙离子浓度差异【等。本实验要求从测定蛋壳与酸反应的产物二氧化碳的性质入手,利用所学的普通化学及实验相关知识,半定量地探究含氟牙膏对蛋壳受酸侵蚀作用的保护,从而间接评价含氟牙膏的护齿作用。

在设计实验方案前,请学生通过查阅资料回答下列问题:

1、基本原理问题:

(1)、牙齿的主要成分是什么?

(2)、产生龋齿的主要原因是什么?一般怎样来预防龋齿?

(3)、市售含氟牙膏中氟是依哪形式些存在的?从化学原理角度分析,影响含氟牙膏预防龋齿效果的主要因素有哪些?

(4)、通过了解蛋壳的主要成分,说明为什么可以用蛋壳来代替牙齿测定牙膏预防龋齿的效果?用蛋壳替代牙齿作为测试对象有哪些优缺点?

2、样品前处理问题:

(1)、测试前必须对蛋壳进行处理来除去蛋壳膜,怎样有效除去蛋壳膜?

(2)、因为牙膏中的氟含量有限,结合牙膏预防龋齿的原理和一些基本化学知识,从牙膏与蛋壳的反应方式及蛋壳的性状分析怎样能更好地使牙膏中的氟离子与蛋壳均匀的作用,从而提高其保护作用以便于测定。

(3)、蛋壳上所附着的牙膏的有效防蛀组分的浓度和厚度等不均匀性因素会影响实验测定结果。如何从样品处理入手来消除这些不均匀性问题给实验带来的偶然误差?

(4)、牙膏中的其他主要成分会对实验结果造成影响吗?如果会,如何把这些影响降到最低或消除?

3、测定方法问题:

(1)、实验中利用了二氧化碳的什么性质来间接测定反应的相对速率?

(2)、使用量气法时,需要控制哪些变量和实验条件才能使实验数据尽可能客观、准确,减少人为因素的影响?

(3)、除量气法外,是否还可以利用二氧化碳的其他性质,如酸性等进行测定?如利用二氧化碳的酸性进行间接测定,选择什么方式能清楚、明了、快速、准确地间接反映出蛋壳处理前后腐蚀程度的差异?

(4)、从理论上分析含氟牙膏处理后的蛋壳与酸作用的反应速率与没有处理的蛋壳相比是快还是慢,为什么?这种反应速率上的差异是在反应开始表现显著还是反应进行到一定程度之后才表现出来?针对上述几个问题,在设计实验评价含氟牙膏防蛀作用的效果时,蛋壳和酸反应时间的设计还有哪些注意的地方?

(5)、含氟牙膏是否对蛋壳产生保护效用的参考标准有哪些?实验中的参考组用什么处理比较好?

(6)、决定实验准确性的关键步骤主要有哪些?

(7)、蛋壳处理和测定过程中还需要用到哪些仪器和药品?通过理论计算,推测各物质的浓度和用量,并通过预实验检测用量是否合适。

通过理论计算及多次实验摸索,最终设计了以下实验方案:

二、实验方案实例:

1、蛋壳前处理

(1)将约10g蛋壳洗净,掰成约10mm*10mm小块,放在20ml2mol/L的氢氧化钠溶液中,煮沸约10min,待壳内蛋膜完全脱离蛋壳后,停止加热。用蒸馏水将蛋壳洗净,擦干。把他掰成大小近似的小块,备用。然后把氢氧化钠溶液倒入指定的容器内回收。

(2)再称取已备好的不同待测牙膏(包括含氟和不含氟的牙膏约2g(记录牙膏准确用量),加入15ml水搅拌混合均匀成浆液。向其中加入处理后的蛋壳1.5g,一定将蛋壳完全浸没在牙膏水溶液中。取相同的另外一份将其浸泡在蒸馏水中,作为对照实验。

(3)待蛋壳浸泡约50min后,将蛋壳上多余的牙膏用蒸馏水冲洗掉。

(4)在110摄氏度烘箱中烘约15分钟,取出冷却。

(5)将冷却好的蛋壳用研钵碾碎,备用。

2、牙膏预防龋齿功效测定

(1)先向烧杯中加入约40ml0.005mol/L氢氧化钠,再加入4滴0.1%酚酞指示剂,这时溶液呈现淡紫红色。

(2)将氢氧化钠—酚酞溶液6.00ml移于试管中,利用固液反应制备气体的装置(图)进行测试。检验装置气密性后,准确称取0.4g处理好的碎蛋壳于干燥大试管中,量取30ml1.00mol/L盐酸于滴液漏斗中。

(3)打开滴液漏斗活塞,同时快速按下秒表。这时蛋壳与盐酸开始作用,看到有气泡从氢氧化钠酚酞溶液中冒出。不断摇动装有氢氧化钠—酚酞溶液的试管。待溶液刚好由红色褪至无色时按停秒表,记录反应所需的时间。

(4)重复以上操作,对前面处理的碎蛋壳至少测定3次,取其平均值。

为了减少蛋壳样品差异对实验结果的影响,可重复上述操作进行反复测定。

三、结束语

本设计实验开设几年来,在实际教学中取得了较好的效果。第一,因为实验内容贴近生活,能很好地调动学生实验的积极性和创造性;第二,通过问题设置,间接帮助并指导学生如何进行设计实验;第三,通过查阅资料、实验设计、方案修改与实施、方案的再优化等一系列过程,学生能深刻体会化学实验的科学性和严谨性,并从中初步体验科学研究的基本过程;第四,此实验有助于学生理解一些化学的基本原理并促使他们将所学的化学知识应用于生活实践中,提高实际分析问题和解决问题的能力。

总体而言,本实验的开放度较高,有足够的空间供学生发挥主动性和创造性。此外,实验还可依据学生的知识水平和动手能力进一步拓展,如用氟离子选择性电极定量测定含氟牙膏中氟离子的浓度或者通过光度法测定氟离子的含量等。

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