主题：[请教一个化学问题]计算气体的摩尔数 -- 青方
家园 [请教一个化学问题]计算气体的摩尔数 真心求教一个普通的化学问题，一个封闭的玻璃管，容量是19ml，内含有5％ CO2，95% O2，在一个大气压下，温度37摄氏度，管里还有1 ml的缓冲液，液体里含24 mM的NaHCO3,pH 7.4，问这个管里有多少摩尔的CO2 ?
家园 谢谢各位，再说清楚点 试验是这样的，Kreb's buffer，含NaHCO3 24 mM，预先调整pH到7.4，先把细胞转移到在试管底部，然后加1 ml buffer，用橡皮塞封口，然后用针头注入5% CO2和95％ O2,用另一个针头保持气体的出口，这样置换掉管中原来的空气，所以气压不增高，然后拔除针头，保持密闭状态。再在37度水浴中摇2小时。因为buffer 里加入了13C－glucose，所以试验结束的时候，取管中气体测定13CO2的比例（APE）。问题是在不测定CO2总量的情况下，理论上讲这个CO2的摩尔数是可以计算的。
我的化学知识都忘的差不多了（本来学的就少）。两种想法，第一是否可以把管中的气体按照理想气体计算，这样的话，1 mole 气体＝22.4L，管中气体的容积是18ml，0.018(L)/22.4(L)=0.0008 mole=0.8 mmole,CO2是5％，0.8(mmole)X0.05=0.04mmole=40umole。假定2小时后气体和液体中的交换保持到平衡状态，且还是24mmole/L,所以总CO2的量就是40.024 umole。但感觉好象不对。
另一个是按照idea gas law，PV＝nRT=NKT,但这几个参数如何选择，我就不清楚了，几位能否给指教一下。例如P,按照标注气压，是101.3 KPa, V是0.018L，n 是要计算的摩尔数，R是否是8.3145? T是温度，是310.15k。是不是可以这么算？
家园 CO2一定会与你的buffer交换的 在这个封闭系统里，如果不考虑细胞作用，CO2会迅速的溶解在你的溶液里，改变pH值，当然也同时改变气相的压强和气相CO2的总量。因此在你做测定的时候，气相里已经没有5％的CO2了。
而且看你的设计，目的似乎是要测定细胞代谢产生的CO2。你之所以能够通过对气相13CO2的测定来估计细胞产生的CO2，也就是因为存在气相和液相间的气体交换平衡。而你的初始状态显然不是平衡态，所以当你封闭系统的时候，整个系统就开始往平衡态移动，2小时虽然未必会达到平衡，但也肯定不是初始态。
在正常的细胞培养里，用的是自动控制的CO2培养箱，CO2是连续的通入系统的，所以可以保持气相里有稳定的5%CO2与液相保持平衡。在你设计的这个实验里，由于封闭了CO2的来源，气相里的CO2会被迅速的溶解，实验开始不久之后，气相里的实际CO2浓度就取决于液相的实际pH值和从CO2到CO32-到HCO3-的各种不同形式的CO2的浓度，而且这个平衡是受温度以及压强影响的，不是那么好算。唯一可以肯定的是气相的CO2不是5％,压强也肯定略有变化。
此外，取决你的培养规模大小，细胞制造CO2的速度未必会很低。高密度的细胞培养制造的CO2，在数小时之内就可以高到使得溶液显著的酸化。当然如果细胞量很小，这个影响应该可以忽略。
如果一定要知道管内有多少气态的CO2，必须做实验才行。倒不是不可以算，只是你的系统是个多变量平衡的系统，有溶液里的碳酸盐平衡，有CO2溶解平衡，有因为溶解造成的压强变化，还有细胞活动，所以是很难算的。如果只是要知道CO2加碳酸根形式的CO2的总量，那么楼下jufeng的思路是对的。
家园 buffer不是白用的。 C12，和C13的交换是必然的。
在PH=7.84NaHCO3下，CO2不会很快的进行交换。
所有CO2相关物种，都将会以HCO3-形式存在，这就是为什么要使用BUFFER的原因。
CO2在气相中的量应该是基本不变的。
家园 献花 家园 谢谢，分析的很好！ 所以和以往14C的数据比较，计算出来的是偏高了。所以计算的数并不能实际应用，只是大概评估一下试验是否运转正常。
这个buffer的pH稳定于7.4，气液交换是在一个平衡状态。
谢谢分析，设计试验的时候，并没有太关注13CO2释放的问题，但最后决定试试，结果GC－MS对分析13CO2非常敏感，APE的值看着很不错，只是没有测定CO2的总量，大概估算一下，还说的过去。
家园 我看了楼下jufeng的回复，觉得他的思路是对的 根据制造培养基的惯例，我们可以算出初始的碳酸根携带的CO2总量为0.24umol，气态的是你算的40umol，加起来是40.24umol。
假如在2小时里整个系统达到近平衡态，那么无论在液相还是气相里，碳12和碳13二氧化碳的比例应该都是一样的，因为同位素的化合物的多数理化性质是相近的。
所以在你做GS—MS的时候，只要得到13CO2和12CO2的比例，再利用初始的CO2总量，解一个小方程，就可以求出细胞活动造成的CO2总量。
x/0.00004024=13CO2/12CO2
注意细胞开始应该用13C葡萄糖处理过足够时间，全细胞的碳源差不多都给取代了才行。这样新增加的13CO2理论上都是细胞在2小时里的代谢活动造成的。否则的话就不好说了，因为细胞也可能在分解原有碳源的基础上产生12CO2。
家园 不过，补充一下，液态对气态的交换也不是那么快 很明显的一点是在培养箱里养细胞的时候，细胞密度高的话，培养基会明显的酸化，这说明新制造的CO2并没有有效的交换到气相去。这个现象的原因是由于气体交换的面积有限，一则培养皿都是盖了盖子的，只是有限通气，二则即便不盖盖子，液体的表面也很有限，未必能有效换气。
在你的情况里，首先，试管里的液体与气相的界面不是很大的；其次，虽然是不断的摇动，但是我怀疑既然是细胞培养，摇动可能不会很剧烈。因此我怀疑在你的实验里，2小时内，溶液里的CO2和气相的CO2并没有平衡，也就是说细胞制造的13CO2不会很有效的交换到气相里去。液相的13C：12C一定高于气相的13C：12C。所以光量气相的13C：12C，用来算细胞代谢的话，我觉得结果会严重的偏低。
关于解决这个问题的方法，除了同时测气相与液相的13CO2：12CO2外，我还有个不是太完美的主意：结束实验的时候，把体系在80C处理一段时间，一则杀灭细胞，二则促进液相与气相的气体交换。这样量的13CO2：12CO2也许会更准确的反应整个体系的情况。
家园 就化学问题讲 我不懂生化。就化学问题讲，条件不很明确。
细胞产生的CO2是不是很多，如果很多，会影响体系的压力。没有压力值，无法解。
如果假设压力不变，考虑到５％这种一位有效数字的精度，反应结束时的CO2含量仍可任为是５％不会产生很大的错误。而且在３７C这种条件下，可适用理想气体。CO2的摩尔数计算如下：
PV=nRT n=(101.3x0.018)/(8.314x310)=0.7mmol
0.7mmolx5%=0.035mmol
家园 R是8.314,温度换算成用开尔文也是对的 关键不知道兄弟这个实验是什么来路。要是照着文献做论文，窃以为反应条件和路线不可尽信，还是如楼上驴兄的建议来得妥当。
居庸硕士是学应用化学搞自组装杂化材料的，实验室三年深受大忽悠论文之害，而且不但国人，连鬼子在NATURE、SEINCE上的文献都TMD有放卫星滴.....
而且坦率的说，我最后毕业的PAPER，挤挤水，冲一遍长安街没问题了...木办法啊....
关键词(Tags): #实验，家园 谢谢！ 谢谢！计算的目的是想评估一下试验是否和14C的结果相当，如果按照PV=NRT算，偏高了一些，但基本可以接受。13CO2 APE的结果很好，可以用这个比例来表述试验结果。
家园 是做C13标记啊, 我还以为那位老大的小孩到这里来骗作业答案了呢.
理论计算确实可以,但是用于实验是不可以的.因为这些理论计算依赖于许多假设.
叫我来做,就搞两批培养试管,但其中一批不放细胞,平行实验,测定结果,对数据作统计分析,应该可以得到你想要的结果.
主要的误差来自两批试管的不一致,但批次足够大时实验误差应该在可以容忍的范围.
家园 条件不是很清楚, 那1毫升的缓冲液应该是加进去的时候为24毫M,PH7.4吧,按理说气体中有CO2的时候,PH不会大于7的.
家园 NaHCO3水溶液HCO3根分解的温度是65℃ 只算空气的CO2就可以了。