現代分析儀器在高中化學教學中的應用

摘 要：隨著現代科學技術的不斷進步，分析儀器在化學教學中的應用日益廣泛。通過使用現代分析儀器，學生不僅能夠掌握先進的實驗技術，還能提升科學探究能力。文章以“檢測不同品牌礦泉水中鈣的含量實驗”為例，探討了現代分析儀器在高中化學教學中的應用。實驗中，教師引導學生使用這些儀器完成實驗操作，并通過數據分析與比較得出不同品牌礦泉水中鈣含量的差異。這一實驗過程不僅加強了學生的動手能力，還提升了他們對化學實驗的理解與分析能力。

關鍵詞：現代分析儀器；高中化學教學；火焰原子吸收光譜；礦泉水鈣含量；教學應用

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2025）15-0110-03

收稿日期：2025-02-25

作者簡介：孫忠元，高級教師，從事高中化學教學研究。

[HT]高中化學教學作為化學教育的基礎階段，肩負著培養學生基本化學素養的重任。隨著教育理念的不斷更新，

化學實驗教學逐漸面臨著如何提升教學質量和學生實踐能力的雙重挑戰。現代分析儀器在化學實驗中的引入，提供了一種更加精準、高效的實驗手段，極大地拓寬了化學教學的深度與廣度[1]。特別是在高中階段，利用現代分析儀器進行教學，不僅能提升學生的實驗操作能力，還能激發他們的科學探究興趣。本文以“檢測不同品牌礦泉水中鈣的含量實驗”為例，結合現代分析儀器的應用，探索如何通過實驗教學提高學生的實驗技能和科學素養。通過火焰原子吸收光譜儀（FAAS）等儀器，學生能夠精確測定礦泉水中的鈣含量，進而分析不同品牌礦泉水的質量差異，從而提升對現代分析技術的理解與應用能力。

1 現代分析儀器的特點與應用

現代分析儀器作為化學實驗中的核心工具，具有高精度、高效率和多功能的特點。不同類型的分析儀器在化學實驗中的應用，可以幫助學生更好地理解和掌握化學反應的原理與數據分析的過程[2]。

火焰原子吸收光譜儀是分析元素含量的常用工具，特別適用于金屬元素的檢測，它通過測定樣品中金屬離子對特定波長光的吸收情況，定量分析元素的含量。在高中化學教學中，火焰原子吸收光譜儀常用于測定礦泉水、食品、土壤中金屬元素的含量，是一種重要的定量分析儀器。

2 實驗設計與實施

在本次實驗中，教師以“檢測不同品牌礦泉水中鈣的含量”為實驗主題，利用現代分析儀器——火焰原子吸收光譜儀（FAAS）進行定量分析。實驗設計的核心目的是通過現代儀器對樣品進行精確測定，幫助學生理解儀器的操作流程、數據處理方式以及如何分析實驗結果。本節將詳細介紹實驗的目標、儀器與材料、實驗步驟和注意事項，確保實驗的可操作性與科學性。

2.1 實驗目標

本實驗的主要目標是利用現代分析儀器對礦泉水中的鈣含量進行定量分析，并比較不同品牌礦泉水的鈣含量差異。通過該實驗，學生不僅可以掌握現代分析技術的基本操作流程，還能加深對化學分析原理的理解。具體目標包括：

（1）學習并掌握火焰原子吸收光譜儀（FAAS）的操作原理與使用方法；

（2）通過實驗數據分析不同品牌礦泉水中鈣元素的含量；

（3）掌握如何通過標準曲線進行數據分析與濃度推算；

（4）培養學生實驗設計與數據處理能力，提升其解決實際問題的能力。

2.2 實驗儀器與材料

為了保證實驗的精確性與有效性，教師選擇了適合高中教學的現代分析儀器，并配備了相關的實驗材料。具體儀器與材料如下：

（1）火焰原子吸收光譜儀（FAAS）：用于鈣含量的定量分析，能夠測定樣品中鈣離子的濃度；

（2）電子天平：用于精確稱量樣品，確保實驗的準確性；

（3）吸光度計：用于測量標準溶液的吸光度，以校準儀器并繪制標準曲線；

（4）標準溶液（已知濃度的鈣標準溶液）：用于建立標準曲線，并作為對照用于鈣含量的定量分析；

（5）礦泉水樣品（不同品牌）：百歲山、農夫山泉等，選取市場上常見的礦泉水品牌進行分析；

（6）試劑和溶液：去離子水、酸溶液、稀釋溶液等，用于樣品的預處理。

2.3 實驗步驟

在測定礦泉水樣品中的鈣含量之前，需要對礦泉水樣品進行預處理，以去除可能影響測試結果的雜質。實驗中，需要先將礦泉水樣品用蒸餾水稀釋至適當濃度，保證樣品在儀器的檢測范圍內。然后，使用酸溶液對樣品中的有機物進行處理，避免有機雜質對鈣元素的干擾，并將處理后的樣品轉移至干凈的試管中，準備進行分析。

為了確保實驗結果的準確性，必須制備已知濃度的鈣標準溶液，并用于儀器的校準。標準溶液的濃度要覆蓋預計樣品的濃度范圍，以確保實驗數據的可靠性。在制備標準溶液時，精確稱量鈣源化合物，并用去離子水稀釋至預定體積。接下來，使用電子天平和吸光度計對標準溶液進行光譜掃描，記錄其吸光度值并繪制標準曲線。

火焰原子吸收光譜儀（FAAS）是本次實驗的核心儀器。首先，調試火焰原子吸收光譜儀，選擇鈣元素燈作為光源，設定波長為422.7 nm，這是鈣元素的特征吸收波長。儀器調試完成后，逐一將處理過的礦泉水樣品放入火焰原子吸收光譜儀中，測量樣品中鈣元素的吸光度。通過儀器測得的吸光度值與標準曲線對比，可以推算出礦泉水樣品中鈣元素的濃度。

其次，測量完礦泉水樣品的吸光度后，實驗人員將這些數據與標準溶液的吸光度進行對比，通過標準曲線計算出樣品中的鈣含量。標準曲線的制作需要將已知濃度標準溶液的吸光度與其濃度作圖，得到一條直線，利用這一直線的斜率和截距進行樣品濃度的計算。通過此過程，學生不僅掌握了儀器的使用方法，還學會了數據分析與推算。

最后，學生需要記錄所有實驗數據，包括標準溶液的吸光度、礦泉水樣品的吸光度及計算出的鈣濃度。根據實驗數據，學生可以比較不同品牌礦泉水中的鈣含量。根據實驗結果，學生可以得出結論，分析不同品牌礦泉水的質量差異，并思考水質檢測的其他可能方法。

通過以上實驗步驟，學生不僅能夠掌握現代分析儀器的使用方法，還能培養科學實驗思維，提升數據處理和分析能力。

3 實驗結果與分析

本次實驗使用火焰原子吸收光譜儀對百歲山礦泉水和農夫山泉礦泉水中鈣元素的含量進行了定量分析。實驗測得的結果顯示，百歲山礦泉水中的鈣含量為4.497 mg/L，而農夫山泉礦泉水中的鈣含量為8。770 mg/L。顯然，農夫山泉礦泉水中的鈣元素含量遠高于百歲山礦泉水。

這一實驗結果的差異可以歸因于不同品牌礦泉水的水源差異，所含礦物質的溶解度不同也可能對結果產生影響。礦泉水的成分受地下水源地的地質條件影響，不同的水源地含有不同的礦物質，包括鈣、鎂、鈉等。因此，不同品牌礦泉水的礦物質含量往往存在顯著差異。通過此次實驗，學生不僅能夠看到實驗結果的定量差異，還能理解水質成分差異的來源。這一過程使學生意識到水質的復雜性，促使他們在日常生活中對水質的選擇更加謹慎。

通過對比分析這兩種礦泉水的鈣含量，學生可以進一步思考礦泉水中的礦物質對人體健康的影響。鈣元素對人體骨骼和牙齒的健康至關重要，因此鈣含量較高的礦泉水在一定程度上有助于補充人體所需的礦物質。學生通過實驗結果能夠了解到不同品牌礦泉水的營養成分差異，從而更加科學地選擇日常飲品。

通過這一分析，學生不僅得到了數據分析的實踐經驗，還深入了解了化學成分如何影響我們的生活質量。

4 實驗中的教學啟示

在本次實驗中，學生通過實際操作火焰原子吸收光譜儀，獲得了寶貴的儀器操作經驗和數據分析能力，這對他們今后的學習與研究具有深遠影響。

4.1 儀器操作技能的培養

在進行實驗時，學生需要熟悉火焰原子吸收光譜儀的使用方法，掌握每個操作步驟的注意事項。儀器的設置、標準溶液的制備、樣品的處理、數據的采集等，每個環節都要求學生具備精細的操作技巧和細致的觀察能力[3]。通過反復練習，學生的儀器操作技能逐步得到提高，進而更好地理解儀器的工作原理與性能。比如，學生需要調整火焰的穩定性，確保樣品被均勻地引入火焰中，避免測量誤差。這些技能的培養不僅能夠幫助學生掌握現代分析技術，還能提升他們的實驗操作信心，為今后進行更復雜的科學研究打下基礎。

4.2 數據分析與結果解讀

在實驗過程中，學生通過對比標準曲線與實驗數據，學會了如何將光譜吸光度轉化為鈣元素的濃度。這一過程培養了學生的數據分析能力，幫助他們理解了如何在復雜的數據中提取有價值的信息。此外，實驗結果不僅僅是數字的堆砌，更是解讀背后科學原理和化學現象的依據。通過本次實驗，學生學會了如何從實驗結果中得出結論，并進一步分析不同品牌礦泉水的鈣含量差異。這種解讀能力對學生未來從事科學研究或實驗設計有著至關重要的作用。

4.3 科學探究精神的培養

通過這一實驗，學生不僅掌握了實驗技能，還培養了科學探究精神。在面對實驗數據時，學生需要有批判性思維，分析結果背后的可能原因，并提出假設進行驗證。例如，學生在面對農夫山泉和百歲山礦泉水的鈣含量差異時，能夠從化學、地質和水質等多個角度進行思考，嘗試尋找合理的解釋。這種科學探究精神有助于培養學生的創新能力和獨立思考能力，激發他們對自然界和科學的興趣。學生在實驗中通過探索發現問題，并試圖通過實驗數據驗證假設，這種主動求知的態度與方法將為他們未來在科學領域的發展打下堅實基礎。

5 結束語

現代分析儀器的應用，在高中化學教學中起到了重要的推動作用。通過火焰原子吸收光譜儀等儀器，學生不僅能夠體驗到先進的實驗技術，還能提高分析能力和科學素養。本文以“檢測不同品牌礦泉水中鈣的含量實驗”為例，探討了如何通過實驗教學促進學生對現代分析儀器的理解和應用。未來，隨著科技的不斷發展，更多先進的分析技術將在化學教學中得到應用，這將為學生提供更加豐富的實驗體驗，進一步提升他們的創新能力和綜合素質。

參考文獻：

［1］ 潘燕濤。現代儀器分析技術在高中化學教學中的調查研究[D]。成都：四川師范大學，2015。

[2] 陸晨剛。高中拓展課開展傳統化學分析和現代儀器分析的比較教學[J]。化學教與學，2015（5）：56-58，42.

[3] 陳云，張萍萍。現代分析儀器在高中化學教學中的應用：以“防曬霜的防曬效果實驗探究”為例[J]。化學教育（中英文），2022，43（5）：96-101.

［責任編輯：孫美齊］