將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用于儀器分析教學(xué)的研究

摘要：各種分析譜圖庫(kù)是各領(lǐng)域的科研人員根據(jù)多年的分析測(cè)試結(jié)果收集、總結(jié)并建立起來(lái)的，為后來(lái)人們對(duì)樣品的分析和檢測(cè)提供了大量的數(shù)據(jù)信息和參考依據(jù)，它的實(shí)用性和應(yīng)用的廣泛性使分析譜圖庫(kù)在儀器分析領(lǐng)域占有非常重要的地位。隨著網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，各個(gè)譜圖庫(kù)的檢索更加方便快捷，如果把這種實(shí)際的應(yīng)用式檢索方法和儀器分析教學(xué)相結(jié)合，必然會(huì)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際分析能力，拓寬學(xué)生的分析視野，最終使學(xué)生更好的把儀器分析知識(shí)運(yùn)用實(shí)際樣品的研究和生產(chǎn)當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：儀器分析；譜圖庫(kù)；檢索方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）10-0159-02

儀器分析自20世紀(jì)60年代以來(lái)發(fā)展速度極快，新的儀器、新的方法不斷涌現(xiàn)。儀器分析法吸收了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的最新成就。不僅強(qiáng)化和改善了原有儀器的性能，而且推出了很多新分析測(cè)試儀器，為科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際提供了更多、更新、更全面的信息，成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)化學(xué)的重要支柱[1]。隨著信息時(shí)代的到來(lái)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器分析已經(jīng)成為分析化學(xué)的主體，儀器分析正向著更高的靈敏度和選擇性，更高的自動(dòng)化和智能化，更高的準(zhǔn)確度和更快的分折速度方向發(fā)展．分析化學(xué)經(jīng)歷第三次變革，發(fā)展為一門(mén)建立在化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、精密儀器制造科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上的綜合性科學(xué)。目前分析化學(xué)發(fā)展到了分析科學(xué)階段。

儀器分析形成和發(fā)展的過(guò)程可以既括為50年代儀器化、60年代電子化、70年代計(jì)算機(jī)化、80年代智能化、90年代信息化。21世紀(jì)必將是儀器分析的進(jìn)一步信息智能化時(shí)代[2]。目前在世界范圍內(nèi)，許多科研機(jī)構(gòu)和研究型大學(xué)，為了系統(tǒng)完善分析數(shù)據(jù)，紛紛建立了相關(guān)儀器及領(lǐng)域的分析數(shù)據(jù)庫(kù)，這其中包括了NIST Chemistry WebBook （免費(fèi)）[http：//webbook.nist.gov/chemistry/，是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)庫(kù)（Standard Reference Data）中的化學(xué)部分，該站點(diǎn)被認(rèn)為是網(wǎng)上著名的物性化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)]，粉末衍射模式數(shù)據(jù)庫(kù)PowBase（Powder Patterns Database，http：//sdpd.univ-lemans.fr/powbase/），SDBS：NIMC有機(jī)物譜圖庫(kù)（http：//riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi），中國(guó)應(yīng)用化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//www.appchem.csdb.cn/），英國(guó)化學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)中心CDS（Chemical Database Service，http：//cds.dl.ac.uk/cds/cds.shtml），有機(jī)化合物數(shù)據(jù)庫(kù)Organic Compounds Database，Virginia Tech（http：//www.colby.edu/chemistry/cmp/cmp.html）等近百個(gè)大型分析數(shù)據(jù)平臺(tái)。這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)于我們進(jìn)行材料檢測(cè)、分析及材料加工都是具有非常重要的指導(dǎo)意義。另外，根據(jù)近幾年對(duì)我們對(duì)學(xué)校在讀的本科生、研究生及一些畢業(yè)生在科研或工作中對(duì)于分析測(cè)試方面情況的了解，他們對(duì)于這些分析數(shù)據(jù)平臺(tái)的了解少，使用的就更少，這無(wú)疑是損失了對(duì)我們分析測(cè)試非常有用的工具。所以，我們今天的儀器分析教學(xué)，應(yīng)該在教授學(xué)生相關(guān)專(zhuān)業(yè)的分析儀器同時(shí)，培養(yǎng)他們獨(dú)立分析結(jié)果并檢索相關(guān)質(zhì)料的能力，教授他們?nèi)绾尾樵?xún)和使用這些信息，這對(duì)于高校畢業(yè)生的科研能力是一種提高。而最根本的意義在于能夠教導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去尋找一切對(duì)于學(xué)習(xí)和工作有用的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)資源，而這種能力的培養(yǎng)將會(huì)使學(xué)生受益終生，這也是高校教師開(kāi)展教學(xué)研究的重要意義所在[3]。

一、網(wǎng)絡(luò)譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)的整理

系統(tǒng)的將世界范圍內(nèi)的免費(fèi)對(duì)外開(kāi)放的分析數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行總結(jié)歸納，將不同學(xué)科涉及的不同類(lèi)型的儀器分析結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)，并根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息量進(jìn)行篩選，找出最有效而且信息量最大的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)作為常用檢索網(wǎng)址，并把檢索方法進(jìn)行記錄。

二、檢索方法的教授

我們采用了課堂講授并實(shí)際演示的方法，把不同的網(wǎng)絡(luò)分析譜圖庫(kù)的檢索方法教給學(xué)生。并分別給學(xué)生不同的化合物名稱(chēng)，讓他們獨(dú)立的檢索，并把得到的譜圖進(jìn)行分析，作為課后作業(yè)來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的掌握情況，對(duì)于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)要按“循序漸進(jìn)，逐漸培養(yǎng)”的原則[4，5]。

根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生所需要掌握的儀器分析內(nèi)容不同，有目的、有針對(duì)性地給學(xué)生講述相關(guān)儀器分析數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索方法，使學(xué)生不但會(huì)應(yīng)用相關(guān)的分析儀器來(lái)對(duì)樣品的各種性能進(jìn)行分析測(cè)試，還能夠應(yīng)用最新的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行比對(duì)或檢索有用的分析信息。例如：Spectral Database for Organic Compounds SDBS是一個(gè)免費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)站，由日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)與技術(shù)研究機(jī)構(gòu)建立的，具體網(wǎng)址是abasehttp：//riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi。在這個(gè)網(wǎng)站上可以查詢(xún)有機(jī)化合物的物理性質(zhì)（30，000約種化合物）、標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖（IR約47，300張）、拉曼光譜圖（Raman約3，500張）、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖（MS約19，600張）、標(biāo)準(zhǔn)核磁碳譜（13C NMR約11，000張）和氫譜（1H NMR約13，500張）圖、電子自旋共振譜（ESR ca2，000spectra），信息量非常大，而且隨著科學(xué)的發(fā)展譜圖庫(kù)的內(nèi)容也隨之增加，為廣大化學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科研工作帶來(lái)極大的便利。它的檢索方式很簡(jiǎn)單可以直接通過(guò)化合物英文名稱(chēng)檢索、通過(guò)化合物分子式檢索、通過(guò)化合物分子量分部范圍檢索、通過(guò)化合物CAS號(hào)檢索，還可以通過(guò)化合物SDSB碼檢索，根據(jù)個(gè)人習(xí)慣和現(xiàn)有信息選擇最方便的檢索方式，就可以得到相應(yīng)化合物的各種譜圖信息，為科研和生產(chǎn)起指導(dǎo)作用。這個(gè)譜圖庫(kù)適合有機(jī)化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的同學(xué)學(xué)習(xí)，所以在教授有機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)儀器分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，重點(diǎn)介紹這個(gè)譜圖庫(kù)的檢索方法。同樣的還有適合無(wú)機(jī)化學(xué)方向譜圖庫(kù)檢索網(wǎng)站如：粉末衍射模式數(shù)據(jù)庫(kù)PowBase（Powder Patterns Database）（免費(fèi)），物性、質(zhì)譜、晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（Kelvin，Dalton，Angstrom），JST（免費(fèi)）等等。

在這些譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)中有部分是免費(fèi)的，可以方便同學(xué)們檢索，而且數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索方法很簡(jiǎn)單易操作。

三、學(xué)生掌握利用情況反饋

本項(xiàng)研究的實(shí)施范圍為我校材料化學(xué)、生物技術(shù)、食品質(zhì)量與安全、化學(xué)工程與工藝、高分子專(zhuān)業(yè)本科生，食品、農(nóng)產(chǎn)品加工、糧食油脂、造紙、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、生物化工等專(zhuān)業(yè)碩士研究生，受教學(xué)生人數(shù)約為300人/年。

在學(xué)生當(dāng)中收集反饋信息，調(diào)查了解這種教授方法是否能使學(xué)生真正掌握對(duì)于網(wǎng)絡(luò)分析資源的檢索方法，并且能否運(yùn)用到自己的學(xué)習(xí)和研究當(dāng)中，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行科研探索[6]，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[7]。我們?cè)诓牧匣瘜W(xué)和化學(xué)工程與工藝兩個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行檢索方法掌握和運(yùn)用情況調(diào)查，在學(xué)生大三和研究生一年級(jí)時(shí)進(jìn)行教授，在學(xué)生大四或研三的做畢業(yè)論文時(shí)進(jìn)行信息收集，根據(jù)他們專(zhuān)業(yè)的方向進(jìn)行劃分，調(diào)查得到75%的學(xué)生能夠運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析譜圖庫(kù)檢索來(lái)比對(duì)所作實(shí)驗(yàn)的分析譜圖，根據(jù)比對(duì)結(jié)果可以判斷出實(shí)驗(yàn)的完成情況，普遍認(rèn)為對(duì)自己的畢業(yè)論文的完成起到很重要的指導(dǎo)作用，尤其在結(jié)果的分析和討論方面。

目前各用人單位迫切需求既有扎實(shí)寬廣的理論基礎(chǔ)知識(shí)，又有較強(qiáng)實(shí)踐能力的高校畢業(yè)生[8-11]。因此充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)就成為儀器分析教學(xué)的重中之重[12]，就此我們根據(jù)畢業(yè)生工作和繼續(xù)深造所需的儀器分析知識(shí)和能力，確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)，以擬定與儀器分析相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)共享的各種分析譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索學(xué)習(xí)范圍，并確定在輕工、化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革中的作用。同時(shí)根據(jù)所得的反饋信息，對(duì)教學(xué)方式、方法進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，總結(jié)出更能被同學(xué)接受的方法和模式。

四、本項(xiàng)研究的意義

1.提高學(xué)生的科研能力，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中使學(xué)生掌握利用世界范圍內(nèi)的儀器分析相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，并且通過(guò)所得信息對(duì)自己的工作和研究進(jìn)行指導(dǎo)和對(duì)比。能夠最大化的利用國(guó)際的信息平臺(tái)，使學(xué)生的科研分析能力等到相應(yīng)的提高。

2.增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，通過(guò)自己對(duì)信息的檢索和使用，同時(shí)能夠提高學(xué)生對(duì)科學(xué)的研究熱情和自信。同時(shí)使教學(xué)內(nèi)容與最新科技同步，并可以通過(guò)實(shí)際工作和科研需要來(lái)指導(dǎo)教學(xué)，使學(xué)生所學(xué)更加有的放矢。

3.創(chuàng)新的教學(xué)理念，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課教學(xué)和儀器分析相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)資源，讓學(xué)生自己設(shè)定檢索目標(biāo)，查找相關(guān)信息。學(xué)生除了在課堂內(nèi)的聽(tīng)說(shuō)教學(xué)及課堂外的復(fù)習(xí)鞏固知識(shí)以外，還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)自己學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行檢查分析，達(dá)到真正的學(xué)以致用的目的。

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基金項(xiàng)目：大連工業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JGLX1066）

通信作者：田晶（1966-），女，吉林四平人，博士，教授，主要從事儀器分析教學(xué)及科研。Email：tianjing@dlpu.edu.cn。