数字化实验探究抗酸药的抗酸能力

倪嘉舟 詹奕霏 张婷

摘要：抗酸药可以中和过多的胃酸，达到缓解胃疼痛的效果，不同抗酸药的抗酸能力决定了患者每次服用抗酸药的剂量。本研究利用数字化实验快速测定抗酸药的抗酸能力，从化学反应原理角度来认识抗酸药的作用机制。

关键词：抗酸药;抗酸能力;数字化实验

文章编号：1008-0546（2019）06-0088-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.025

《普通高中化学课程标准（2017年版）》更新了教学内容，在选修课程部分设立了STSE综合实验，其中建议围绕生命健康问题开展综合实验项目，给出的参考案例中有一个实验为“抑酸剂抗酸容量的探究”，我们查阅文献发现，抑酸剂和抗酸剂虽然都是用来治疗胃酸过多的药物，但其作用机理并不相同，抑酸剂的目的是抑制胃酸分泌，与抗酸容量的概念并不匹配，因此笔者展开了对抗酸药的相关研究。

抗酸药是一类能中和过多胃酸的弱碱性物质，此类药物可使胃液pH升至3-5，降低胃蛋白酶分解胃壁蛋白的能力，降低了胃酸对胃及十二指肠溃疡面的刺激作用，发挥缓解疼痛和促进愈合的作用乜。不同抗酸药的抗酸能力和副作用差异明显，因此认识抗酸药在发挥疗效时所遵循的化学原理，有利于更好地选择和使用抗酸药。

一、问题提出

抗酸药种类很多，常见的有碳酸氢钠片、氢氧化铝片、铝碳酸镁片（达喜）等，我们在药物说明书上发现它们的服用剂量和次数有差异（表1）：

不同抗酸药，每片的质量不同，所含有效成分不同，那么它们的疗效就不同。每片抗酸药能中和多少胃酸呢？我们首先进行了理论分析。

2.实验仪器

威尼尔数据采集器（LabQuest2），pH传感器，滴数传感器，研钵，电子天平，称量纸，药匙，量筒（100mL），小烧杯（100mL），磁力搅拌器，磁子。

3.实验药品

本实验不同于抗酸药行业检测标准方法，选择了0.2mol/L的盐酸，主要考虑以下因素：

（1）胃内消化食物前后pH保持在0.9-1.3左右，因此由公式pH=-lg c（H+）得到pH=0.9时，胃酸浓度为0.0501mol/L，pH=1_3时，胃酸浓度为0.1259mol/L。

（2）抗酸药行业检测标准方法中，采用0.1mol/L的盐酸反应1h，耗酸量大于260mL，因此操作复杂，耗时长，反应过程需要不断加酸液，不适用于课堂教学和学生实践，因此适当提高酸浓度可以简化实验操作，提高效率，让学生有更好的实践体验。

（3）实验用100mL的烧杯作为反应容器，可以保证药物悬浊液保持均匀，若酸量过多则会导致液体溢出，换用大烧杯会使搅拌变得困难，同时由于pH滴定的终点并非突变，因此大量水的加入也会影响pH的测定。

①组装实验仪器：将pH传感器、滴数传感器分别与数据采集器相连（如图1所示），打开软件，界面中会自动跳出以体积值为横坐标，pH值为纵坐标的数据采集图表。

②取一片碳酸氢钠片，用研钵研磨至粉状，称取质量后，放入盛有20mL水溶液的小烧杯中。

③取45mL左右0.2mol/L HCl于滴定管中，将磁子放入烧杯中，打开磁力搅拌器，将转速调为“7”档，点击“开始”按钮，缓慢旋开滴定管活塞，使液滴以1秒1滴的速度滴入烧杯中。

④待pH降低至3以下后，停止数据采集。

⑤保存实验数据并记录。

⑥按照上述步驟测定其它抗酸药样品。

四、实验结果与分析

由数据采集器自动生成的实验图像分别为图2至图4，经记录、汇总和计算所得实验数据见表4。

实验发现，抗酸能力：碳酸氢钠>铝碳酸镁>氢氧化铝，由此可以解释为何每次服用氢氧化铝片的剂量要多于碳酸氢钠片和铝碳酸镁片。笔者认为，这与物质在水溶液中的电离有关，氢氧化铝在水中的溶解度小，又是弱电解质，因此即使反应过程中使用了搅拌器，控制盐酸滴速为1秒1滴，在pH降到3时，烧杯底部仍有较多沉淀没有完全反应。为了验证猜测，笔者将盐酸滴入速度分别改为5秒/滴、10秒/滴，实验数据统计见表5，实验发现，当盐酸的滴速变慢时，测得氢氧化铝片的耗酸量增大，抗酸能力也增大。

由理论计算所得的耗酸量是物质的绝对耗酸量，而由滴定实验测得的抗酸能力是物质的相对耗酸量，两者结果不一致，是由于物质在水溶液中的电离程度不同。氢氧化铝是难溶的弱电解质，在水溶液中电离出的OH较少，每次加入的酸只会中和部分电离出的OH，促使氢氧化铝继续缓慢电离，但由于电离出OH的速度没有滴加酸的速度快，因此pH在下降至呈酸性时仍有大量的氢氧化铝沉淀未电离、未来得及参与反应。

此外，笔者发现在用盐酸滴定铝碳酸镁的过程中，滴加2mL左右盐酸时，该抗酸药水溶液pH就迅速降低至3-4，继续滴加盐酸，pH-直维持在该范围，变化不大，直到滴加20mL盐酸后，才降低到pH<3。这很好地解释了铝碳酸镁（达喜）使用说明书上的“药理作用”：本品有明显抗酸作用，其作用迅速、温和、持久。

理想抗酸药应符合条件：①具有较快的中和速度和较长的作用时间;②应控制胃液pH值为3-5，因为pH值过高，会引起胃酸反弹。传统的抗酸药如碳酸氢钠、氢氧化铝、硅酸镁等，虽然能减轻症状，但都具有一定的不良反应：碳酸氢钠在中和胃酸时所产生的二氧化碳可能引起腹胀，胃溃疡患者慎用，还可能引起继发性胃酸分泌增加、碱中毒;氢氧化铝反应后的A13+会引起便秘，镁盐会引起腹泻。随着人们的不断研究，抗酸药已经逐渐从单一的化合物转为铝镁复合物，以提高抗酸效果并减少副作用，铝碳酸镁就是人们研发出的新型抗酸药，其结构是层状的（见图5），一方面可以保持性质稳定不变质，另一方面由于表面积大，抗酸作用优良，是一种较为理想的抗酸药。

五、总结

该实验作为新课标中的推荐实验，贴近生活，能够激发学生的研究兴趣。实验时间短，操作简单，数据清晰，通过实验探究，可以较好地理解抗酸药的作用机制，利用图像和数据的比较，了解不同抗酸药的作用效果，对生活中抗酸药的选择有指导作用。

本实验利用数字化实验快速、准确地测定了常见抗酸药的抗酸能力，得到以下结论：

（1）实验测定的抗酸药的抗酸能力与理论分析的抗酸药的绝对耗酸量不同。本次实验测定的三种抗酸药中，碳酸氢钠片和铝碳酸镁片的抗酸能力较强，而氢氧化铝片的抗酸能力弱很多，笔者猜测是由于氢氧化铝是难溶的弱电解质，电离出的OH较少。通过改变盐酸滴速进行的对比实验，证实了笔者的猜测。

（2）铝碳酸镁作为新型的抗酸药物，具有良好的抗酸效果。通过盐酸滴定铝碳酸镁的曲线图可以发现，铝碳酸镁与酸反应迅速并且持久，相比较于传统抗酸药的无定形结构（抗酸效果不稳定），其层状式的晶型结构使其具备优良的抗酸效果。同时，单一的抗酸药不良反应较多，最常见的为铝盐引起的便秘与镁盐引起的腹泻，合理配制成的镁铝复方制剂可扬长避短。

我们之前习惯用“物质的结构决定物质的性质”来解释物质的特性，但在实际的生产过程中，科学家们往往是利用所期待的物质性质来创造其特殊的结构，我们由衷钦佩充满智慧的化学工作者们，能够根据需要、利用知识研发出神奇的化学物质来造福人类与社会！