色譜實驗教學改革與實踐
——以“咖啡因含量測定”為例

張艷茹，何雨函，王麗穎，劉春玲，奚 依，孫艷濤

（1.吉林師范大學化學學院，吉林 四平136000；2.遼源市老年干部大學，吉林 遼源136200）

高效液相色譜法（High Performance Liquid Chroma?tography）是于二十世紀60至70年代興起的一種新型分離分析技術[1-2]，具有較高的靈敏度和分析速率。目前該方法在化學、石油化工、生物、醫藥、食品、環境等領域的試樣分離分析中占有重要地位[3-4]。根據我國創新實踐型科技人才的培養目標，許多高校將其作為重點實驗課程開設，來提高人才培養的社會適應度，對接經濟社會的發展需求[5]。以往液相色譜實驗主要圍繞認識儀器的構造和基本模塊，熟悉儀器的開機、測試和關機等環節。由于儀器價格昂貴，數量少，學生只能走馬觀花，很難將其應用到工作和科研中去。因此，為了更好地適應社會要求，有必要對傳統液相色譜實驗中的弊端進行教學改革和實踐[6]。

1 選題依據

傳統色譜實驗選題陳舊，不能與時俱進，導致學生對儀器的認知與時代脫節[7]。許多高校選取了“液相色譜柱效測定”實驗，通過測試苯、萘、聯苯三種有機物，根據它們的保留時間和峰寬信息計算相鄰物質對間的分離度。該實驗內容重視色譜理論知識的學習，偏離學生實際生活，缺乏專業針對性，致使學生學習興趣不高。還有的教材編寫了關于液相—質譜聯用實驗，初衷是擴展學生知識面，培養創新型人才，但聯用儀器不僅價格昂貴，操作流程復雜，對教師也提出了較高的專業要求。該課程內容專業性過強，教學環節時間少，致使學生課堂參與度不高。

由于高效液相色譜實驗的學習側重于培養和發展學生的實踐操作能力，應選取符合時代發展、貼近實際生活、難度適中的實驗題材。例如“可樂中咖啡因含量的測定”，該實驗選題貼近實際生活，且具有一定的專業性，使學生在動手操作的過程中逐步掌握液體樣品中某組分含量測定的流程，既可以激發學生的學習興趣，又能夠培養學生分析問題和解決問題的能力[8]。

2 課前預習

課前預習有助于學生初步了解實驗目的、原理和方法，培養學生獨立自主學習的能力。如果學生只是機械地抄寫書本內容，實驗預習就不會達到預期效果而失去意義。另外，色譜實驗預習不僅需要學生了解理論知識，同時也需要學生掌握儀器的基本構造及操作方法。

目前許多高校都已經建立了各具特色的“虛擬實驗室”，通過計算機在網絡中模擬一些實驗現象和操作流程，使學生身臨其境地進行實驗操作，提升學生學習效果[9]。如“可樂中咖啡因含量的測定”，學生可以通過虛擬仿真實驗平臺熟練地掌握該實驗的基本操作，實驗流程如圖1所示。

圖1 實驗流程圖

3 教學過程

相對其他教學設備而言，液相色譜儀器價格昂貴，多數高校實驗配套資源有限，導致學生動手機會較少，實驗課變成了觀摩課，達不到應有的教學效果[10]。另外，有的教師在實驗課上占用大量時間介紹儀器的結構組成、工作原理、實驗步驟和注意事項，只留下較少的學時讓學生們進行測試操作，學生們常常云里霧里，很難掌握實驗的精髓。

因此，在實驗教學設計時，教師要弱化理論知識的教學，注重實踐能力的培養[11]。教師簡明扼要地講述實驗原理、步驟及注意事項后，可以帶領學生共同開機，設置儀器參數。在等待儀器穩定的過程中，在學生面前直觀介紹儀器的組成及各部件硬件的功能。此環節既有效利用了課堂時間，又幫助學生加深了理論知識的理解。學生通過觸覺、聽覺、視覺等多種感官結合，將理論與實際緊密銜接、融會貫通。待儀器穩定后，教師帶領學生完成1～2次進樣分析。在進樣數據采集的過程中，向學生介紹工作站中各模塊操作，即儀器軟件部分。完成上述所有環節大約需要1個學時左右的時間，剩余2~3個學時可以組織學生分組實驗。根據學生數量，將學生分成幾個小組，每組4~5人。如“可樂中咖啡因含量測定”實驗，完成1次進樣分析需要5分鐘，每組學生可以進樣4次，利用前3次分析標準溶液并繪制標準曲線，最后1次測試可樂樣品計算含量。此環節保證組內每位同學都有機會進樣操作，培養了學生主動學習和自主探究的能力。

另外，在色譜實驗教學中，我們還要遵循學生主體，教師主導的原則[12-13]。學生通過配制溶液、進樣操作、繪制標準曲線和含量計算等多種任務模式，進行相互協作、相互交流、共同分析問題和解決問題，體驗在“學中做，做中學”。通過完成可樂實際樣品分析，培養學生的團隊合作意識，提高學生分析問題和解決問題的能力。

4 考核制度

以往色譜實驗主要考核學生報告、出勤率和筆試成績，側重學生理論知識的學習。這種過于單一、片面的評價方式不能客觀全面地反映每個學生的學習效果，不利于學生實驗能力的培養[14]。

根據色譜實驗學習“可樂中咖啡因含量的測定”實驗，在考核中可以讓學生分組進行“綠茶和感冒藥中咖啡因含量的測定”，根據每組學生上機操作熟練程度和含量測定結果準確度進行評定。通過考核既可以加深學生對理論知識的理解，也可以使學生熟練掌握樣品測試的基本流程。考核評分標準見表1。

表1 評分標準

4.1 分組抽簽

考試題目采取現場小組抽簽制度，各小組根據所抽到的實驗題目進行組內分工，通過查閱資料進行實驗方案設計。小組成員根據組長安排進行樣品處理、藥品稱量、配制溶液、進樣、繪制曲線和含量計算等操作。實驗方案設計包括實驗目的、實驗原理、儀器試劑、數據處理等部分[15]。

4.2 實驗操作

教師根據每個實驗環節所需時間組織學生操作考核。首先安排學生進行開機及參數設置，在儀器穩定過程中，如色譜儀器的基本組成有哪些，流動相為什么要過濾，常用濾膜的孔徑大小，為什么溶劑要進行脫氣處理，脫氣的方法有哪些等問題，讓學生抽簽回答。其他環節也需要教師觀察學生操作步驟是否正確，并結合現場提問，考查學生對知識的理解程度。

4.3 數據處理

儀器操作部分結束后，每位學生通過標準溶液濃度和色譜峰面積進行標準曲線的繪制，根據Excel軟件擬合回歸方程的線性關系進行含量計算，結果見圖2~圖7。教師根據實驗結果以及數據處理過程進行附分，結果見表2。

表2 小組實驗數據結果

圖2 咖啡因標準品HPLC色譜圖

圖7 感冒藥組線性關系曲線

（1）綠茶組

圖3 綠茶樣品HPLC色譜圖

圖4 綠茶組線性關系曲線

（2）感冒藥組

圖5 咖啡因標準品HPLC色譜圖

圖6 感冒藥樣品HPLC色譜圖

5 結論

經過色譜實驗教學改革后，學生學習的主動性和積極性大大增強，能夠很好地掌握色譜的理論知識和儀器的操作流程，對其今后的工作和科研有很大幫助。色譜實驗教學的改革仍在不斷摸索中，教師應針對教學中遇到的問題不斷完善色譜實驗教學體系，使學生的綜合素質不斷提高。