人体呼出气体中二氧化碳含量的定量测定

贾泽茹 葛德新

摘要：采用注射器与量气管组合的自制实验装置，用氢氧化钠浓溶液充分吸收一定量人体呼出气体中的二氧化碳，利用压强差并巧妙地根据白鹌鹑蛋移动的距离换算得出二氧化碳的体积，进而计算出人体呼出气体中二氧化碳的体积分数。

关键词：呼出气体;二氧化碳含量;自制装置;白鹌鹑蛋

文章编号：1008-0546（2022）04x-0094-01

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04x.027

如何比较人体呼出气体与吸入空气中二氧化碳含量的高低？向等量的两种气体中，滴入等量的澄清石灰水，可定性证明呼出气体中二氧化碳含量高于空气中二氧化碳含量[1]。人体呼出气体中究竟含有多少二氧化碳？能不能通过实验进行定量测定？为研究该问题，自制了图1所示的实验装置。

一、实验用品

铁架台、圆底烧瓶（500mL）、磁力搅拌器、恒压分液漏斗、自制量气管（长度50cm、内径24mm）、注射器、白鹌鹑蛋、导管和橡胶管、氢氧化钠浓溶液。

二、实验装置

三、实验原理

向充满人体呼出气体的密闭烧瓶内滴入足量氢氧化钠溶液，充分反应，容器内气压减少，量气管内的白鹌鹑蛋下滑一段距离，根据空白实验时注射器活塞移动体积与白鹌鹑蛋下降距离的比例关系，得出烧瓶内二氧化碳的体积，进而计算出人体呼出气体中二氧化碳的含量。

四、实验步骤及现象

1.圆底烧瓶内注满水，将水倒入大号量筒内，得到烧瓶的实际容积为625mL。

2.连接装置，关闭止气夹，将注射器活塞拉动至80mL处，发现白鹌鹑蛋向下移动了Hcm（读数均以白鹌鹑蛋的最下端为标准）。图2显示，经多次实验证明，同一白鹌鹑蛋，注射器内体积改变量与白鹌鹑蛋下降距离的比例基本一致。

3.将注射器活塞推到顶端，白鹌鹑蛋向上滑动至原处，记录此时白鹌鹑蛋对应的刻度为acm。

4.用排空气法（若用排水法，部分二氧化碳溶于水，对测定有一定影响）在烧瓶中集满呼出的气体，打开恒压分液漏斗，向烧瓶内加入氢氧化钠溶液，打开磁力搅拌器，调节旋钮使搅拌转子在烧瓶内快速转动，吸收瓶内的二氧化碳气体。充分反应后，关闭旋钮，打开止气夹，白鹌鹑蛋向下滑动至刻度bcm处。

5.数据处理：根据表1，得出注射器体积改变量与白鹌鹑蛋下降距离的比值约为4.8;白鹌鹑蛋向下滑动的实际距离（b-a）cm，得出二氧化碳的体积为4.8（b-a）mL，除以呼出气体的总体积625mL，即得人体呼出气体中二氧化碳的体积分数，实验结果列在表1。

五、设计思路

本设计利用白鹌鹑蛋的移动，使气体压强改变更直观[2]。用到了注射器与量气管的组合：经过多次实验发现，若单用注射器，活塞与筒身间较大的静摩擦力对实验结果有影响;若单用白鹌鹑蛋在量气管中下降的体积，白鹌鹑蛋的重力对实验也有影响。而采取两者的组合，并结合空白实验，则能克服以上两点不足。

六、实验拓展

该实验是对教材中定性研究人体呼出气体内容的补充，自制的实验装置也可用于测定二氧化碳在水中的溶解度及其他涉及压强改变的实验。用于学生小组活动，还有利于培养学生的合作精神和探究意识。

参考文献

[1]朱雷，季建林.自制“呼、吸氣体中二氧化碳含量对比”演示仪（J）.中小学实验与装备，2019，29（1）：27.

[2]葛德新.定量测定空气中氧气含量的创新实验设计[J].教育与装备研究，2020，36（2）：55-56.