對比教學法在《儀器分析》質譜教學中的應用*

苗 萌，李 佳，張靜怡，馮 婧，褚曉菊，芮 闖

(上海健康醫學院醫學技術學院，上海 201318)

在2013年四川大學華西公共衛生學院舉辦的“全國高等學校衛生檢驗與檢疫專業規劃教材第2輪修訂論證會”上，基于經濟發展社會進步對專業人才培養的需要，決定新增《儀器分析》教材。《儀器分析》不僅是衛生檢驗與檢疫本科專業的基礎課，同時是預防醫學、醫學檢驗、藥學、食品科學與工程、食品質量與安全、生物科學、生物技術、環境科學等其他相關專業的必修課。其中“質譜分析法”和“質譜聯用技術”在《儀器分析》課程中屬重要模塊。質譜部分教學通常按概述、基本概念和原理、儀器構成和特點、技術方法、應用進行的順序進行講授。但由于質譜模塊信息量大，內容復雜，再加上儀器迭代日新月異，原理各不相同，種類繁多，學生在學習過程中常感到困惑，為了讓上海健康醫學院衛生檢驗與檢疫專業學生更好地掌握該門課程的相關技術，作者在質譜教學模塊中引入對比教學法。

1 對比教學法定義及作用

對比教學法是指在教學過程中，通過分析教學內容的異同和內在聯系來制定教學方案，將一些相關、相似或有聯系和區別的教學內容放在一起講授，促進學生理解、掌握和鞏固學習內容，實現教學目的的一種方法[1-2]。

在課堂教學過程中，教師通過設計知識對比點，引起學生的學習興趣和好廳心，激發求知欲，拓寬思維，把零散、孤立的知識點集中串聯起來，從新角度對知識進行細化、分解和重組，對比復習已經學過的內容，可以更清晰地掌握知識脈絡，引發思考有利于培養學生分析、歸納、概括的能力，達到培養學生創新能力，培養學生發散思維的能力及鞏固知識的目的。良好的教學按秩序和氣氛提高儀器分析的教學效果[3-6]。

2 質譜法

質譜法(Mass Spectrometry，MS)是一種與光譜并列的廣泛使用的譜學分析方法，是通過制備、分離、檢測氣相離子來鑒定化合物的一種技術。其原理是使待測樣品中各組分在離子源中電離，生成不同荷質比(m/z)的帶電荷離子，經過加速電場形成離子束，再進入質量分析器，利用電場及磁場使帶電離子發生不同的速度色散，分別聚焦而得到質譜圖，從而確定其質量。分析后可得到樣品精確的定量、定性結果從而獲得分子結構信息、碎裂方式、化學特性等進一步信息[7]。

質譜按工作氣壓常離子源可劃分為真空內離子化技術和常壓離子化技術[8]。與傳統離子化技術相比，常壓離子化技術具有無需或較少樣品前處理、簡化分析過程、耗時短、直接進入質譜分析、無需真空條件從而實現易操作設備結構簡單等優點，成為近些年質譜研究應用的熱點。

2.1 對比教學法在常壓離子化質譜教學中的應用

教師在講述質譜模塊時，為了更直觀的對比幾種常壓質譜技術，可引導學生繪制總結表，或以作業的形式下發，總結幾種常壓質譜儀在離子化類型、適用范圍、檢測原理、示意圖幾方面的對比。為加深學生印象，教師可選擇在講述完成后指導學生一起完成對比表格的填寫，表1為填寫好的幾種常壓質譜儀對比總結表。

表1 常壓質譜儀對比總結表Table 1 Comparison of atmospheric pressure ionization mass spectrometry

2.2 解吸離子化源質譜儀(DESI-MS)

解吸離子化源(DESI)解吸離子化源具有高靈敏性、極快的分析速度及分析化學特異性的特點。DESI-MS有相對廣泛的應用，見表1。

2.3 實時直接分析質譜儀(DART-MS)

Cody等[9]于2005年研制的直接實時離子化技術(DART)被認為是質譜離子化技術的一個里程碑，DART與DESI的出現使無需樣品預處理的常壓離子化直接快速質譜分析成為現實，被視為是質譜分析發展史中的下一個“量子躍遷”。

圖1 DESI(上)和DART(下)結構圖，分析常壓高通量質譜分析無前處理的樣品[10]Fig.1 The schematic of DESI (upper) and DART (lower) forambient high-throughput mass spectrometric analysis ofunprepared samples

圖2 大氣壓化學電離源示意圖[11]Fig.2 The schematic diagram of APCI

圖3 電噴霧離子源示意圖[11]Fig.3 The schematic diagram of APCI

2.4 大氣壓化學電離質譜儀(APCI-MS)

APCI為軟電離方式，大大降低了樣品對質譜儀的“污染”。APCI的高靈敏度和高選擇性、電離范圍廣以及可與液相色譜的高效分離相匹配，使得LC-APCI-MS 被廣泛應用。

2.5 電噴霧電離源質譜儀(ESI-MS)

ESI電離技術和質譜的完美結合解決了液相色譜與質譜聯用及大質量分子的測定兩大挑戰。由于ESI溫和的電離特性，其成為分析不穩定共軛藥物代謝物的首選方法。ESI-MS的應用領域極其廣闊，由于其具有產生多電荷離子的能力讓質譜分析開始應用到許多新類型化合物的分析和新興氣相離子化學學科[12]。

3 結 語

質譜分析發展迅速、內容豐富、涉獵前沿、應用廣泛，對培養學生自主學習、綜合應用和自主創新能力具有一定作用。我們在《儀器分析》質譜模塊中進行對比教學，將復雜的原理、相似的儀器結構、大篇幅的內容在理解的基礎上進行巧妙地總結、歸納和對比，通過針對性、對比性和啟發性的語言講授、展示教學內容，使常見的幾種常壓質譜儀的相關知識有機地聯系起來，建立了較清晰的知識體系，幫助學生更好的理解、掌握、記憶知識點。