不同浓度等级的乙醇的用途，为何稀释乙醇不是简单的体积叠加？

不同浓度等级的乙醇的用途，为何稀释乙醇不是简单的体积叠加？

乙醇在实验室和日常生活中都有广泛的应用，从分子生物学实验到消毒杀菌。不同浓度的乙醇具有不同的用途和特性，而稀释乙醇时体积的变化也遵循一定的科学原理。本文将详细介绍不同浓度乙醇的特点及其应用场景。

乙醇在微生物学中有许多用途。它用于生物分子的纯化和沉淀、组织学中标本的染色和再染色、包埋前的组织脱水以及消毒。实验室中常用的乙醇分为三个等级。用于分子生物学的 3 种乙醇等级：

1. 95%（95.6%）乙醇

这是可以通过蒸馏获得的最高浓度的乙醇，因为 95.6% 的乙醇是一种共沸物，这意味着气态与液态具有相同的乙醇水比。

2. 无水（99–100%）乙醇

一些对水的存在敏感的实验需要无水乙醇。生产浓度高于 95% 的乙醇的常用方法是使用破坏共沸物组成并允许进一步蒸馏的添加剂。因此，无水乙醇有时含有微量的这些添加剂（如苯）。

无水乙醇具有吸湿性（它会吸引水），因此如果不加盖，不要指望它会长时间保持“100%”乙醇。

3. 变性乙醇

变性乙醇（95% 或绝对乙醇）含有添加剂（如甲醇和异丙醇），使其饮用不安全，因此免征某些饮料税。这使得它比纯乙醇便宜。在所有乙醇等级中，这是最有可能在实验室中用于消毒的乙醇。

用于分子生物学的乙醇

沉淀核酸时不应使用变性乙醇，因为某些添加剂会干扰下游应用。这有点难以预测，因为添加剂因生产商而异，但完全避免使用变性乙醇是最安全的。

可以使用 95% 或 100% 的未变性乙醇，但在处理荧光标记的核酸时，建议不使用无水乙醇，以避免残留苯的背景荧光。

用于消毒的乙醇

除了成本的巨大差异外，使用哪种乙醇等级进行消毒并不重要，因此大多数实验室都使用变性原液。重要的是最终的乙醇浓度。乙醇是一种浓度在 70% 到 90% 之间的有效消毒剂。

虽然这似乎有悖常理，但70%乙醇似乎是最有效的浓度，因为90%乙醇会凝固蛋白质，并且产生的蛋白质层有效地使细胞休眠。

然而，在 70% 浓度下，乙醇需要更长的时间才能蒸发，而更长的接触时间意味着它能够更有效地渗透细胞。70% 级的水在蛋白质变性方面也很重要。70% 的乙醇也往往更便宜且不易燃。（这都是相对的;它仍然非常易燃！

尽管如此，稀释乙醇时需要注意几点：

首先，稀释的乙醇不再是共沸物，因此蒸发损失将导致乙醇浓度逐渐降低。当 70% 乙醇的未密封烧杯“停止工作”时，请不要感到惊讶。

其次，乙醇/水混合物没有添加剂体积。这意味着，如果想从无水乙醇中制造1 升 70% 乙醇，则不能将 700 毫升乙醇和 300 毫升水混合。正确的方法是量取 700 毫升乙醇，然后加水加热至 1 升的体积。

了解消失体积：为什么水和乙醇混合物没有叠加体积？

原因在于水分子彼此形成氢键，从而在水分子之间留下“空的”空间。当将水和乙醇混合时，乙醇分子占据了水分子之间的一些空间。一个可视化的有用方法是考虑沙子和岩石——如果你将沙子和岩石各混合 1 升，你不会得到 2 升的最终体积，因为沙子会落在岩石之间。还有重要的分子间作用力，包括氢键和偶极-偶极相互作用。在日常实验室生活中，只需要记住，液体体积（即液体和气体）并不总是相加的，并且体积可能会消失。