儀器分析實(shí)驗(yàn)—?dú)庀嗌V課程教學(xué)方案改革探索

王雪 唐鋮

[摘 要] 儀器分析實(shí)驗(yàn)是藥學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，氣相色譜是儀器分析中大型精密儀器的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥化工的各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)改革和完善氣相色譜的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，達(dá)到醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)性人才的目的。從儀器分析課程——?dú)庀嗌V實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀和存在的弊端出發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，包括實(shí)驗(yàn)用化合物和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革和實(shí)踐。此項(xiàng)教學(xué)改革案例加深了學(xué)生的色譜理論知識(shí)，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的實(shí)踐能力、分析解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提升學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

[關(guān)鍵詞] 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革;儀器分析;氣相色譜

[基金項(xiàng)目] 2018年度天津市自然科學(xué)基金“基于新型細(xì)胞膜磁性微球技術(shù)的四逆湯配伍機(jī)制研究”（18JCYBJC95100）

[作者簡(jiǎn)介] 王 雪（1986—），女，山西孝義人，博士，天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)師，主要從事儀器分析教學(xué)與科研、實(shí)驗(yàn)室管理研究;唐 鋮（1980—），男，天津人，博士，天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心副教授（通信作者），主要從事中藥藥效物質(zhì)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] O632 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）29-0061-04 ? [收稿日期] 2021-04-02

儀器分析是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支[1]，是

采用比較復(fù)雜或者特殊的儀器設(shè)備，通過(guò)檢測(cè)物質(zhì)的某些物理或者物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來(lái)獲取物質(zhì)的化學(xué)組成，成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類(lèi)方法[2]，是藥學(xué)、檢驗(yàn)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要課程。氣相色譜是儀器分析分類(lèi)中的重要部分。氣相色譜的概念在1952年由James和Martin首次提出[3]，同時(shí)發(fā)明了首臺(tái)氣相色譜儀，用于檢測(cè)脂肪酸的分離。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，氣相色譜廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域[4，5]，食品分析[6，7]，環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)[8，9]，醫(yī)藥工業(yè)[ 10，11 ]，考古發(fā)掘[ 12，13 ]等各個(gè)領(lǐng)域。

氣相色譜的發(fā)展在色譜領(lǐng)域可謂獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，目前在天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院和檢驗(yàn)學(xué)院四個(gè)專(zhuān)業(yè)（藥學(xué)、藥物制劑、臨床藥學(xué)、檢驗(yàn)）的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，設(shè)置了《苯和甲苯的氣相色譜分離和甲苯含量測(cè)定》的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解氣相色譜儀的工作原理、儀器組成和使用方法;掌握氣相色譜法的定性方法和內(nèi)標(biāo)法定量的方法。作為一項(xiàng)重要的儀器分析手段，在實(shí)際教學(xué)中，由于主客觀條件的限制[ 14 ]，存在著實(shí)驗(yàn)用化合物毒性較大，課時(shí)短，以演示實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)單一，結(jié)果分析偏向理論等問(wèn)題。因此，考慮到提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)實(shí)踐操作能力，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，我們對(duì)氣相色譜課程安排及教學(xué)進(jìn)行了改革。

一、目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題及改革對(duì)策

（一）實(shí)驗(yàn)用化合物調(diào)整

氣相色譜主要用于檢測(cè)極性較小的一類(lèi)化合物，在各學(xué)校教學(xué)中使用的常為苯系化合物苯和二甲苯的分離分析，這一類(lèi)化合物被稱(chēng)為“芳香殺手”，對(duì)人類(lèi)具有強(qiáng)致癌性[1]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室存在通風(fēng)設(shè)備老化等問(wèn)題，因此，出于對(duì)學(xué)生以及實(shí)驗(yàn)教師自身健康的考慮，結(jié)合氣相色譜在職業(yè)病檢測(cè)[ 15] 和法醫(yī)檢測(cè)[ 16 ]方面的應(yīng)用，我們將分析物進(jìn)行了調(diào)整，進(jìn)行醇類(lèi)化合物（甲醇、乙醇）的分離分析。樣品采用大鼠酒精灌胃后眼球取血，進(jìn)一步通過(guò)血液樣品處理獲得[ 17 ]。這一改革豐富了學(xué)生對(duì)生物樣品前處理的直觀認(rèn)識(shí)，初步在氣相色譜實(shí)驗(yàn)中引入與藥理學(xué)的學(xué)科交叉，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)藥學(xué)院課程的融會(huì)貫通。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)整

由于只有3學(xué)時(shí)的課程安排，且受到儀器分析中儀器設(shè)備臺(tái)數(shù)（只有1臺(tái)）的局限，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)整，將儀器的利用價(jià)值最大化。

第一，讓學(xué)生充分了解儀器構(gòu)造。在實(shí)驗(yàn)演示過(guò)程中將儀器配件，包括進(jìn)樣系統(tǒng)的進(jìn)樣隔墊、玻璃襯管、密封圈、分離用毛細(xì)管柱、頂空進(jìn)樣的設(shè)備等進(jìn)行展示，讓學(xué)生近距離接觸儀器，克服對(duì)精密儀器的恐懼心理，建立貴重儀器敢動(dòng)手的信心。

第二，進(jìn)樣方式。在傳統(tǒng)手動(dòng)進(jìn)樣的基礎(chǔ)上增加頂空進(jìn)樣，既保證學(xué)生有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)和對(duì)氣相色譜進(jìn)樣“三快”（插入速度、停留時(shí)間、拔出速度）[ 18 ]的理解，又讓學(xué)生對(duì)氣相色譜頂空進(jìn)樣這種進(jìn)樣方式有更深入的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，手動(dòng)進(jìn)樣時(shí)采用內(nèi)標(biāo)一點(diǎn)法進(jìn)行定量，頂空進(jìn)樣采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量，此舉可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)后續(xù)譜圖由于進(jìn)樣方式不同引起的差異進(jìn)行分析，理解由于定量方式不同造成的計(jì)算結(jié)果的差異。如圖1a、圖1b所示，手動(dòng)進(jìn)樣時(shí)，學(xué)生往往由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和部分學(xué)生有緊張的情況，存在進(jìn)樣針沒(méi)有扎到底，“三快”中出現(xiàn)停留，而導(dǎo)致峰形出現(xiàn)拖尾分叉等現(xiàn)象。自動(dòng)頂空進(jìn)樣（如圖1c）往往可以達(dá)到較好的效果。

第三，色譜條件的改變。主要是程序升溫條件的微調(diào)，激發(fā)學(xué)生對(duì)溫度影響保留時(shí)間的思考，體會(huì)程序升溫在氣相色譜分析法當(dāng)中的重要性。如圖2所示，100℃開(kāi)始的程序升溫沒(méi)有達(dá)到分離效果，40℃保持5分鐘后以5℃/分鐘速率升溫的程序使得甲醇和乙醇的分離得到明顯改善。這主要是由于100℃時(shí)溫度遠(yuǎn)高于待分析化合物的沸點(diǎn)，使得其在毛細(xì)管柱中完全沒(méi)有保留。

（三）注意事項(xiàng)

使用氣相色譜儀時(shí)，開(kāi)機(jī)務(wù)必注意先打開(kāi)載氣至需要的壓力，然后再打開(kāi)儀器主機(jī)，即開(kāi)機(jī)先通載氣再通電，關(guān)機(jī)先斷電再斷氣，以免造成熱導(dǎo)檢測(cè)器熱敏元件等的損傷。手動(dòng)進(jìn)樣時(shí)，強(qiáng)調(diào)進(jìn)樣速度的“三快”，以防色譜峰的變形。由于進(jìn)樣時(shí)樣品量極微量，只有2μl，因此使用微量注射器時(shí)強(qiáng)調(diào)排氣泡的方法與手法，一定要謹(jǐn)防氣泡沒(méi)有排干凈。使用頂空進(jìn)樣器進(jìn)樣時(shí)，壓密封蓋的角度、力量也要著重演示，以免造成定量分析的誤差。此外，對(duì)于色譜柱的切割、安裝、更換、老化，均對(duì)照實(shí)物進(jìn)行演示，加強(qiáng)學(xué)生在今后的科研及工作中使用氣相色譜儀的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。