儀器分析
——一種溝通宏觀辨識(shí)和微觀探析橋梁

唐朝軍

(浙江省象山中學(xué) 371500)

儀器分析是通過(guò)測(cè)量表征物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)來(lái)確定其化學(xué)組成、含量或結(jié)構(gòu)的分析方法.

儀器分析在制藥、食品分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用應(yīng)用，在有關(guān)專業(yè)教學(xué)中占有重要地位，是化學(xué)專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程之一.筆者搜索1994年至今的化學(xué)教育有關(guān)儀器分析文獻(xiàn).輸入關(guān)鍵詞“儀器分析”，發(fā)現(xiàn)大學(xué)中討論儀器分析的有53篇，但從中學(xué)角度討論的文章沒(méi)有搜索結(jié)果，一方面源于儀器分析并非傳統(tǒng)的基礎(chǔ)化學(xué)，沒(méi)有得到足夠重視；另一方面，儀器分析的發(fā)展非常快，原理相對(duì)深?yuàn)W，需要不斷的學(xué)習(xí)跟進(jìn).筆者認(rèn)為，儀器分析在化學(xué)及相關(guān)專業(yè)中的重要作用不斷增大，是化學(xué)專業(yè)不可或缺的重要基礎(chǔ)學(xué)科，有必要針對(duì)高中階段學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，增加學(xué)生對(duì)儀器分析的認(rèn)識(shí)和了解.

一、儀器分析簡(jiǎn)介

儀器分析是基于與物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)而建立起來(lái)的分析方法.這類(lèi)方法常常是測(cè)量熱、聲、光、電、磁等物理量而得到分析結(jié)果,而測(cè)量這些物理量,一般要使用比較特殊或復(fù)雜的儀器設(shè)備,故稱為“儀器分析”.儀器分析不僅用于物質(zhì)的定量和定性分析,還可用于狀態(tài)分析、價(jià)態(tài)、結(jié)構(gòu),微區(qū)和薄層分析,微量及超痕量分析等,是分析化學(xué)發(fā)展的方向，廣泛應(yīng)用于制藥、食品分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域目前儀器分析方法和種類(lèi)非常多，根據(jù)儀器的物理學(xué)原理現(xiàn)代的儀器分為質(zhì)譜分析法、光分析學(xué)、電化學(xué)學(xué)、色譜分析法和熱分析及其聯(lián)用(見(jiàn)表1).

二、目前高中階段的教材和教學(xué)

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)貫穿整個(gè)化學(xué)的學(xué)習(xí)之中，高中化學(xué)課標(biāo)要求有了較大的調(diào)整，現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)手段也有了很大的更新，其中現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)儀器和方法的要求也在不斷地提高，要求學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)某些重要的儀器和實(shí)驗(yàn)方法.

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》(2003)“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”主題1：初步了解常見(jiàn)物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，知道質(zhì)譜儀、核磁共振儀、紅外光譜儀等現(xiàn)代儀器在測(cè)定物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的作用；“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”要求：查閱資料或觀察影像：質(zhì)譜儀、元素分析儀在有機(jī)化合物組成分析中的運(yùn)用.觀察：同分異構(gòu)體的紅外光譜和核磁共振圖譜.基于高中階段的學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，對(duì)于儀器分析內(nèi)容的要求是以了解為主，拓展高中學(xué)生的視野，增加認(rèn)識(shí)分析技術(shù)的延伸，增加學(xué)生對(duì)微觀粒子的多種化學(xué)表征認(rèn)識(shí)，因此學(xué)習(xí)儀器分析對(duì)提高學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)有著重要的意義.

可以以有機(jī)物為例說(shuō)明儀器分析對(duì)學(xué)生宏微觀影響.有機(jī)物結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)既是難點(diǎn)又是重點(diǎn)，學(xué)生對(duì)有機(jī)物很難有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，紅外光譜讓學(xué)生知道了各種重要的官能團(tuán)，官能團(tuán)是把握有機(jī)結(jié)構(gòu)重要線索，質(zhì)譜讓學(xué)生知道認(rèn)識(shí)有機(jī)分子需要總體把握和細(xì)節(jié)推理相結(jié)合，核磁共振氫譜使分子結(jié)構(gòu)更加明晰化.學(xué)生認(rèn)識(shí)有機(jī)物是不斷深入的過(guò)程，開(kāi)始認(rèn)識(shí)有機(jī)物，感覺(jué)有機(jī)物種類(lèi)繁多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，似乎無(wú)從把握.而儀器分析卻能剖析微觀物質(zhì)點(diǎn)滴差異，從微觀物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)入手，讓學(xué)生在微觀上認(rèn)識(shí)有機(jī)物的差異，并且利用其中的某些側(cè)面信息來(lái)幫助他們把握整體分子，層層深入，不斷推進(jìn)，感受科學(xué)的力量和享受認(rèn)識(shí)微觀世界的樂(lè)趣.物質(zhì)宏觀現(xiàn)象→粒子微觀特點(diǎn)→微觀粒子性質(zhì)檢測(cè)→宏觀表征，學(xué)生可以通過(guò)儀器分析這一工具實(shí)現(xiàn)微觀和宏觀相互溝通的橋梁.

三、中學(xué)階段的儀器分析的走向

儀器分析作為基礎(chǔ)化學(xué)的重要組成部分，不管是中學(xué)階段和還是未來(lái)的化學(xué)相關(guān)專業(yè)，其重要性是明確的.但是，就我國(guó)一般的中學(xué)而言，購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)代化儀器分析設(shè)備及日常維護(hù)的所需資金十分龐大，同時(shí)大型設(shè)備的利用次數(shù)低，儀器利用率低等，在我國(guó)中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用現(xiàn)代化的儀器設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的，所以中學(xué)階段怎樣讓學(xué)生認(rèn)識(shí)儀器分析，認(rèn)識(shí)到什么程度就成為中學(xué)教學(xué)的重要問(wèn)題.一方面，中學(xué)階段必須在實(shí)際教學(xué)予以重視，及時(shí)跟進(jìn)相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)校的硬件無(wú)需達(dá)到大學(xué)的要求，但是中學(xué)的教育教學(xué)者需要有相關(guān)的知識(shí)了解；另一方面，一些相對(duì)價(jià)格比較低廉的儀器可以購(gòu)買(mǎi)，有些有條件的學(xué)校可以組織學(xué)生到周邊的大中專學(xué)校或機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)這些儀器，拓展學(xué)生們的視野.

參考文獻(xiàn)：

[1]北京大學(xué)化學(xué)系儀器分析教學(xué)組.儀器分析教程[M].北京:北京大學(xué)出版社,1997.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[M].北京：人民教育出版社，2003.