原子吸收光譜法引導—探究實驗課的研究

蔡 晶

原子吸收光譜法引導—探究實驗課的研究

蔡 晶

參考近幾年外文文獻，介紹了原子吸收光譜法引導-探究學習方法，闡述其對國內原子吸收光譜法教學的啟示。

引導-探究；原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是一種用于測定元素的分析技術，[1]具有以下優勢：靈敏度高、檢出限低；測量精度好；選擇性好；分析速度快、應用范圍廣；儀器比較簡單，操作方便，價格低廉，一般實驗室都可配備等。

實驗課是科學教育中重要的組成部分，實驗可以培養學生的學習興趣，加強對科學概念的理解，提高學生對問題的解決能力。引導—探究實驗是一種靈活的科學教育方法，教師根據學生的知識水平提供課題，學生通過自己實驗、探索、分析、研究得出結論。

一、案例1：測定常見食物樣品中的Fe[2]

實驗設計：2010年入學的11個相關專業大學生，女性占55%，分兩組，要求每組設計實驗步驟、準備實驗及完成鐵元素樣品的測定。雖然學生作為一個團隊，但每一個學生都要寫一份實驗報告。

試劑材料及樣品采集：硝酸（分析純，不含金屬）、濾紙、鐵標準溶液、Fe空心陰極燈；A組采集植物性食物（車前草、菠菜、大豆、燕麥、谷物），B組采集動物性食物（完整的魚和雞），樣品在采集制備過程中要避免污染。

樣品制備和儀器分析：稱取一定量的樣品，用6mol硝酸在通風櫥中消化3 h，冷卻至室溫，用滴管將試樣消化液洗入或過濾入容量瓶中，用水少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度。從Fe的標準儲備液中制備6種鐵的標準溶液，通過使用空氣-乙炔混合氣體作為燃燒器的原子吸收分光光度計（Shimadzu,AA-6300）分析繪制標準曲線，高回歸系數證明校準曲線的線性，在同等條件下測樣品的吸光度，平行測3次得到Fe的含量。

危險注意：學生在實驗過程中帶護目鏡和手套，處理濃硝酸時要小心。

結果與討論：表1是原子吸收分光光度計的設置參數，A組（表3）和B（表2）組學生根據這個參數檢測出樣品的中Fe的含量。

表1 測定Fe元素的工作參數

實驗評價：完成實驗以后，學生自愿參加調查，調查發現比起傳統的驗證性實驗，G-I實驗更有趣、更富有挑戰性；學生喜歡團隊工作，在團隊工作里每個人都分配任務，增強了個人的責任意識；學生通過討論，分享成功的實驗經驗；親手制備樣品和操作儀器，更好地理解課堂上學的理論知識。

每種金屬都有它的標準和檢測限，要讓學生檢測多種金屬元素來證明原子吸收分光光度計不是單一技術；另外通過大量分析同一種食物得出不同樣品之間的金屬元素含量存在著不同。針對同一食物樣品，測定多種元素，我們選定了蘑菇作為樣品，因為蘑菇是含有金屬元素比較豐富的食物，所含有的 Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是對人體有益，但Pd、Cd對人體是有害的。

二、案例 2：測定蘑菇樣品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni元素[3]

實驗過程：學生分組實驗，從當地商店買來蘑菇，切碎，在70℃烤爐下干燥至恒重，稱取一式三份樣品0.5g，在室溫下用20ml濃硝酸處理幾個小時。然后緩慢加熱至65℃，直至完全液態化，冷卻后，用滴管將試樣消化液洗入或過濾入容量瓶中，用水少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至30.0ml。用同樣的方式制備空白試劑。

表2 B組的檢測結果

表3 A組的檢測結果

用超純水稀釋標準溶液，制作標準曲線,用Varian240Fs火焰原子吸收分光光度計及相應的空心陰極燈分析。

危險注意：學生在實驗過程中帶護目鏡和手套，處理濃硝酸時要小心。

討論：蘑菇樣品中各金屬的含量。

實驗評價： 蘑菇樣品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是食品分析中常用的檢測項目，實驗發現一些學生對于Pd、Cd含量遠遠超出食品安全標準表示很驚訝，這是促進他們探究的很好方式。

三、對原子吸收光譜法教學的啟示

通過了解國外原子吸收光譜法引導-探究實驗教學，得出對原子吸收光譜法教學的一些啟示：

首先，原子吸收光譜法引導-探究的課題要充分聯系生活實際。案例中引導-探究實驗檢測一些食物中的Fe含量，因為鐵是人體中最重要的微量元素之一，在人體中具有造血功能，參與血蛋白、細胞色素及各種酶的合成，促進生長，還在血液中起運輸氧和營養物質的作用。食品安全問題也是現在比較熱門的話題，學生挑選蘑菇作為他們的樣品，檢測Pd、Cd有沒有超標，很容易激發他們學習的積極性，增加他們的好奇心，促進他們進一步探究。

其次，原子吸收光譜法引導-探究問題的難度要適度，要符合學生的思維能力。一些食物樣品中Fe的原子吸收光譜法測定和蘑菇樣品中Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni的測定還具有可操作性，學生在適時給予指導的情況下，能獨立選擇、準備、設計及最終完成實驗，因此被引入實驗中。因為原子吸收分光光度計是高端儀器，學生個人完成比較困難，所以小組合作效果更好。研究證明，在小組合作實驗中焦慮情緒更少，學生分享實驗經驗，提高了他們的批判性思維、問題解決能力、領導能力、溝通能力和團隊合作能力。

表4 蘑菇樣品中各金屬的含量（mg/kg）

最后，教師要將安全知識、可能會遇到的故障和陷阱提供給學生。雖然重點放在學生探究上，但實驗室里安全、材料準備、儀器設備的詳細說明及故障排除是不能忽視的。

[1]曾泳淮，林樹昌.分析化學（儀器分析部分）[M].北京：高等教育出版社，2004：55-57.

[2]Sayo O.Fakayode,Angela G.King,Mamudu Yakubu,Abdul K.Mohammed,and David A.Pollard.Determination of Fe Content of Some Food Items by Flame Atomic Absorption Spectroscopy(FAAS)：AGuided-Inquiry Learning Experience in Instrumental Analysis Laboratory[J].Chemical Education，2012（89）：109-113.

[3]Joseph MacNeil,Samantha Gess,Miranda Gray,Maureen McGuirk,and Sara McMullen.Mushroom Magic：Analysis ofMetals in a Familiar Food[J].Chemical Education，2012（89）：114-116.

[4]Donald L.Volz and Ray Smola.Investigating Chemistry through Inquiry：Experiments Using Open and Guided Inquiry Approaches[J].Chemical Education Today，2010（87） ：785.

G712

A

1674-7747（2013）09-0045-02

蔡晶，女，浙江金華廣播電視大學助理講師，主要研究方向為化學教學。

[責任編輯 陳國平]