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氧化还原在生活中或医学上的应用

姓名：李国立 班级：临床四班 学号：201650196
摘要：氧化还原反应将我们日常生活与生产过程中必需的所有金属都从矿石中提炼出来，加工制作成为一些重要的、必需的化工产品，用以促进生产。这主要包括：食盐水制烧碱、接触法制硫酸、合成盐酸、电解饱、氨氧化法制硝酸以及合成氨等等。除了工业生产，在农业中也有不少氧化还原反应。在医学上的应用也极为广泛，如呼吸过程、生物电现象。
关键词：氧化还原反应、生活、工业、医学、应用。
前言
氧化还原反应在化学的学习过程中占有十分重要的地位。氧化还原反应被广泛应用在医学和科学技术以及工农业生产当 中，并且在我们的日常生活之中也处处可见该反应的应用。
1氧化还原反应在生活中的体现
1、1农业与氧化还原反应
1、1、1植物的光合作用和呼吸作用
在氧化还原反应当中，植物的光合作用以及呼吸作用可以算是比较复杂的一类。化学方程式为：6H2O+6CO2 ＝ C6H12O6+6O2。光合作用可以说是一个非常大的绿色工厂，它的过程主要是通过叶绿体的作用，绿色植物能够充分利用光能将水以及二氧化碳转化成有机物质，用以储存能量，同时还可以释放出一定的氧气。光合作用除了能够制造有机物，还起到了转化并且储存太阳能，平衡大气中氧与二氧化碳的含量，使其达到一定稳定度的作用。光合作用在生物进化的过程中可以说起到了极其重要的作用。其化学方程式为：C6H12O6+6O2→6H2O+6CO2+能量。可以解释成植物在自身体内消耗了氧以及碳水化合物，在释放能量的同时，还产生了二氧化碳和水，以此来帮助推动植物体内各项机能更好地运作。
1、1、2肥料施入土壤后的变化
虽然这一过程需要细菌起帮助作用，但究其实质来说，也是氧化还原反应。 当把肥料施进土壤，肥料发生的变化如由铵态氮转化为硝态氮、由 SO42-转变为 H2S 等反应也是氧化还原反应。
1、1、3晒田与灌田
通过排水来更好地改善通透性，增多耕作层中氧的含量，同时阻碍甲烷、硫化氢和亚铁等一类还原性有害物质的存储含量会由于氧化作用而递减，最终促进植物根系向更深的地方生长，让植物生长得更粗壮就是晒田的主要目的。进行晒田和灌田的工作是因为土壤中含有的铁以及锰的化合价态一旦发生变化将会对作物的营养产生一定的影响，因此通过这样的工作来控制土壤中将会发生的氧化还原反应的产生。
1.2工业与氧化还原反应
1、2、1金属冶炼
氧化还原反应将我们日常生活与生产过程中必需的所有金属从矿石中提炼出来。金属冶炼的主要实例包括：制造活泼的有色金属：电解法（K-Al之间）或置换法。化学方程式为：2Al2O3=4Al+3O2↑.高温条件下制造黑色金属和其他有色金属：热还原法（Zn-Cu 之间）。化学方程式：Fe2O3+2Al ＝ 2Fe+Al2O3。制备贵重金属：湿法冶金。
1、3纺织工业
纺织工业中的漂白、消毒等都是氧化还原反应。
1.4以氧化还原电位控制Fenton反应处理模拟苯酚废水
酚类物质作为一种常见的污染物,污染大、难降解、成分复杂。常见的处理方法占地广、处理费用高、处理效果不理想。现今实验研究证明Fenton氧化法,因其氧化性强、反应条件简单、操作方便、不易产生二次污染物等特点,在含酚废水的处理上具有更为广阔的前景。Fenton反应中,起氧化作用的羟基自由基(·OH)是由H2O2与Fe2+反应生成,即H2O2的投加量是决定Fenton法处理效果的标准。常见的关于Fenton氧化法研究也集中在该因素上。在反应中随着有机物浓度的不同,其对应的最佳H2O2投加量也不同,这就使Fenton反应的应用有了一定的局限性。Fenton反应的本质上是氧化还原反应,氧化还原电位(ORP)即是决定氧化还原反应方向和程度的重要因素。所以在Fenton反应中,研究有机物的降解过程,实际上就是氧化还原电位的变化过程。
2电化学与氧化还原反应
生活中，我们通常会使用干电池和蓄电池，再加上在空间技术上应用的高能电池，这三种电池都是属于氧化还原反应的。因为假如不是这样，我们就不可能使得化学能与电能之间相互发生转变。不论是用电来带动化学反应，还是利用化学反应来产生电能，氧化还原反是在所有的电化学反应过程中的重要核心。
3生活与氧化还原反应
我们生活和生产过程中所必需的大量的能量都是通过煤炭、石油以及天然气等燃料的燃烧来获得的。化学方程式为：（汽油燃烧）2C8H18+25O2→16CO2+18H2O+能量。与我们最息息相关的呼吸过程，其实也是氧化还原反应的过程。在呼吸的过程中氧化还原反应会将葡萄糖氧化成为二氧化碳和水。而在呼吸的过程中，通过把食物分子内存储 的能量转化成为三磷酸腺苷高能磷酸键内存在的化学能，以此来给人以及动物提供能够支持机械运动、维持体温、合成代谢、细胞的主动运输等所需的能量。
酿酒的过程也是氧化还原反应。由淀粉酿酒的过程涉及淀粉分解变为葡萄糖，葡萄糖受到酒曲里的酒化酶的作用，转化为乙醇等过程。

4医学与氧化还原反应
4、1疾病和老化的系列研究
医学界在针对疾病和老化的系列研究中，发现了自由基——抗氧化物质的理论。人体内的自由基有许多种，较活泼、不成对电子的自由基性质不稳定，具有抢夺其他物质的电子，使自己原本不成对的电子变得较稳定的特性。而被抢走电子的物质也可能变得不稳定，可能再去抢夺其他物质的电子，于是就产生了连锁反应，造成这些被抢夺的物质遭到破坏。人体的老化和疾病，极可能就是从这个时候开始的，尤其是今年位居十大死亡原因之首的癌症，其罪魁祸首便是自由基。我们都知道，经常吃充分富含维生素 C的水果以及蔬菜不仅能够永葆青春还可以有效促进身体健康。维生素 C作为自由基的最大敌人，是十分超群的抗氧化剂。它能够有效抑制细胞基本成分的氧化，从而可以帮助减少自由基对皮肤的伤害，加速自由基的消除，减缓皮肤的衰老。
4、2电化学免疫传感器
抗体对相应抗原具有识别和结合功能。电化学免疫传感器就是利用这种识别和结合功能将抗体或抗原与电极组合而成的检测装置。目前已有诊断早期妊娠的hCG、诊断原发性肝癌的甲胎蛋白（AFP）、测定人血清蛋白（HSA)以及血液中胰岛素等电化学免疫传感器。
4.3在电化学生物传感器及生物电分析领域中的应用
在研究基因缺损与异常,疾病分子的诊断、预防、治疗以及药物蹄选和法医鉴定中,广泛应用DNA的杂交检测以及免疫分析。纳米材料的独特的性质为设计超灵敏的生物传感器和生物分析方法提供了很好的平台,在电化学免疫传感器、电化学DNA传感器以及生物电分析领域中具有广泛应用。利用纳米材料作为载体,设计新型的具有生物分子识别、电信号增强作用的纳米标记方法,为蛋白质和核酸等生物分子的超灵敏电化学免疫和DNA传感器制备提供了基础。
4.4酶电极的生物传感器
电化学生物传感器将生物活性分子的特异性识别与电化学传感器强大的分析功能相结合,通常是将生物活性物质固定在电极上,主要包括酶电极和非酶电极如微生物电极、亲和电极、组织电极、免疫电极等,其中以酶电极研究最多,进展最快,应用最多,将酶固定在电极上即构成了酶电极。酶固定化技术对酶电极的特性参数影响较大,如抗干扰性能、灵敏度高低、稳定性、检出限高低以及线性范围等。酶具有催化功能,能在较温和的条件下高效且专一地催化特定的底物的生化反应,反应绿色环保无污染的特点。但酶又具有蛋白属性,游离酶对于环境条件较为敏感,高温、强酸、强碱、某些有机溶剂容易使蛋白质变性,导致酶蛋白失活,而且催化反应后不易与底物分离,造成酶不能回收及重复使用,并限制了连续操作,成本高。为了解决上述弊端,从20世纪60年代开始,酶固定化技术研究在酶学领域包括化学、生物学、医学及生命科学等学科得以迅速发展,美国学者Up和Guilbault在1967年首先采用了固定化酶方法制作了酶电极。用酶电极进行检测时,当酶电极浸入被测溶液时,待测底物与酶活性中心接触,发生氧化还原反应反应,使溶液中电活性物,比如02、H2O2、NH3、NH/CO2,浓度发生改变。这些活性物质的浓度的改变将引起电极上电信号的变化,可以采用安培法或者电位分析法测定产生的电流信号或者电位变化,计算出待测底物的浓度性,但对于电流型或者电位型传感器常常受一些氧化还原物质干扰,对底物测定的准确度受到影响。
（1）例如对于安培型酶电极,当工作电位较高时,总会受到溶液中电活性物质的干扰。以Clark型葡萄糖酶电极(氧电极)来说,在血糖的实际分析中,由于工作电位较正,一些易氧化物质,如对乙酰氨基酷(ACP)、抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)等存在干扰。可通过加入适当的人工电子介体改善电子转移环境、降低工作电位,达到减少干扰,提高选择性。01丨[121]等釆用双工作电极有效消除血糖测定时ACP、AA、UA干扰。另外对活性酶有抑制作用的物质会降低酶的活性,降低灵敏度。比如一些是重金属离子Cu、Ag、有机砷化物等能与酶分子的巯基结合,使得那些以巯基为活性基团的酶受到抑制,使酶活性降低。
(2)响应时间响应时间是酶电极一个重要的性能指标。酶电极对底物的响应能力。响应时间主要受扩散控制,其中包括底物从溶液扩散到酶电极表明以及底物接近酶活性中心(或氧化还原中心),因此影响扩散和酶促反应的主要因素为酶促反应类型、酶用量和固定化酶层的厚度。酶用量和固定化度需要优化,因为增加酶的用量可提高反应速度,但也会增加固定层的厚度,不利于扩散,故倾向于选择高活性酶以便于制作较薄的膜而获得较快的动力学响应。
(3) 稳定性酶电极的稳定性常由传感器的热稳定性和储存一定时间后酶的催化活性以及储存寿命来衡量。而酶传感器常包括酶和电极组成,故对酶的活性和电极的稳定性有影响的因素均需优化。酶的来源与纯度是决定酶活性的基础,酶的固定化方式也是影响酶活性保持的重要因素,固定时不但要求固定牢固,且活性不降低或降低少甚至增敏。电流型酶传感器的稳定性常常受到反应中一些物质的毒化而使酶的活性逐步降低,尤其是在高电位下,使酶的毒化过程加快,而利用氧化还原介体可以减少酶传感器毒化的速率和程度。
总结
氧化还原反应是一类十分重要的化学反应，它广泛存在于化学反应和生命过程中。氧化还原反应中伴随的能量与人们的日常生活、工业生产及生命过程息息相关。如：燃料燃烧、电池的使用、电解电镀工业、金属的腐蚀和防腐、生物的光合作用、呼吸过程、新陈代谢、神经传导、生物电现象等。
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