液相色譜質譜聯用設計實驗教學探討

龔曉艷，何建社 （武漢大學化學與分子科學學院，湖北 武漢430072）

液相色譜質譜聯用技術作為一種重要的化學分析手段，其將色譜對復雜樣品的高分離能力與質譜具有高選擇性、高靈敏度及能夠提供相對分子質量與結構信息的優點結合起來，在藥物分析、食品分析和環境分析等領域得到了廣泛應用［1－4］。為此，筆者對液相色譜質譜聯用設計實驗教學進行了探討。

1 實驗前期準備

1）利用與生活實際相關的選題來激發學生參與實驗的熱情 在《儀器分析》基礎實驗教學中，采取教師講解并演示、學生提問并上機操作的教學方式，讓學生基本掌握了高效液相色譜儀和質譜儀的分析原理、基本操作和應用范圍。在此基礎上，教師為學生提供了開放設計實驗的選題，即利用液相色譜質譜聯用技術檢測液態奶中苯甲酸的含量 （苯甲酸作為防腐劑，在液態奶中添加過量則對人體有害）。讓學生分別選取相關實驗材料，由于該實驗選題貼近實際生活，學生很快收集了平常飲用的各種品牌盒裝或袋裝牛奶，并以飽滿熱情投入到實驗中。

2）通過自主確定實驗方案，鍛煉學生的實際動手能力 在傳統實驗教學過程中，通常由教師提供實驗方案，學生只是機械地完成實驗任務，很難達到鍛煉學生實際動手能力的目的。為改變上述狀況，筆者在液質聯用設計實驗教學中，讓學生獨立查閱相關文獻資料后撰寫實驗方案。為此，學生需要詳盡考慮實驗所需要材料和藥品、液相色譜和質譜的工作條件以及完整的實驗步驟。經過上述過程，可以很好地培養學生獨立思考的能力，從而為今后參加實際工作打下良好基礎。

3）采用小組實驗的形式培養學生的團隊協作精神 由于選擇該實驗課題的學生共有11位，而實驗儀器只有1臺，為此，根據學生設計實驗方案的相近性分成4個實驗小組，每組包括2～3人 （由小組成員推選1位負責人），實驗中各小組成員既有分工又有合作，在遇到疑難問題時由小組成員共同商討解決。因此，采用小組實驗的形式對培養學生的團隊協作精神很有幫助。

2 實驗過程

1）通過確定實驗方案，培養學生的獨立思考能力 在實驗前期的確定實驗方案階段，學生通過查閱文獻，初步制定了檢測液態奶中苯甲酸含量的液相色譜分離條件，如紫外檢測波長以及質譜的負離子檢測模式等。以液相色譜的流動相的選擇為例，文獻資料提供了幾種方案，如甲醇／醋酸銨、異丙醇／醋酸銨、乙腈／醋酸銨緩沖系統等，上述方案哪種更好？為此，學生通過對苯甲酸標準品進行分離鑒定，最后確認使用甲醇／醋酸銨緩沖系統的分離效果最好，因而采用該緩沖系統進行實驗。在實驗過程中，學生深刻體會到在科學實驗中不能盲從，只有自己獨立思考才能得到切實可靠的結果。

2）通過定量實驗，培養學生思維的嚴密性 在開設該實驗前，學生完成了用液相色譜方法分離芳香烴以及用電噴霧質譜檢測小分子表面活性劑的實驗，上述實驗屬于定性實驗。為了更好地培養學生思維的嚴密性，應讓學生掌握定量實驗的基本方法。用液相色譜質譜聯用方法檢測苯甲酸的含量實驗中，要求學生準確掌握操作方法，如要得到好的苯甲酸標準曲線，需要學生準確無誤地進行稱量、梯度稀釋、色譜進樣等操作步驟。為了保證實驗結果的可靠性，學生設計了2種方案：①考慮到待測樣品中苯甲酸含量可能低于檢測限，對樣品的檢測采用了標準加入法，即在未知樣品中加入已知含量的標準品，使得檢測的加標后的苯甲酸含量在標準曲線的線性范圍內。②對同樣樣品經過同樣方法預處理后，不加標準測試出苯甲酸含量。例如某品牌袋裝純牛奶經過加標測試出苯甲酸含量為4.90ug／ml；不加標測試出苯甲酸含量為4.95ug／ml。實驗結果顯示，2種測試方案的結果一致。通過上述實驗過程，可以很好地培養學生思維的嚴密性。

3）通過完成綜合性實驗，提高學生分析問題和解決問題的能力 利用液相色譜質譜聯用方法檢測液態奶中苯甲酸含量實驗的每一個步驟可以獨立存在，又相輔相成。例如在檢測液態奶中苯甲酸的含量時，首先應依據苯甲酸標準品來確定實驗方法，然后以苯甲酸標準品為基準做出合適的標準曲線，最后根據標準曲線確定未知液態奶中的苯甲酸含量。在上述過程中，只有順利完成相關實驗步驟，然后才能繼續進行下一步實驗。例如在確定液相色譜的分離條件實驗中，學生最初直接用液態奶樣品進行實驗，由于液態奶成分復雜，經過液相色譜分離后出現多組峰，學生無法確認多組峰中哪個峰代表苯甲酸。針對上述問題，學生經過小組討論分析后，選用色譜純的苯甲酸標準品進行測試 （因為苯甲酸標準品成分單一，只有一個峰）。根據苯甲酸標準品的出峰時間，學生很快確認了液態奶樣品中多組峰中哪個峰代表苯甲酸，進而確定了液相色譜的分離條件。由此可見，學生完成綜合性設計實驗時，需要隨時分析并解決出現問題，這對提高其實踐動手能力大有幫助。

3 實驗后期

1）通過實驗論文的撰寫來提高學生的寫作水平 不同于經典實驗教學中實驗報告的撰寫，教師要求學生完全按照正式發表文章的格式撰寫實驗論文。乍看起來，這似乎比實驗階段輕松，事實上卻并非如此。例如，摘要部分是否提綱挈領地總結了實驗的關鍵內容？簡介部分是否清楚完整地交待了科研背景？實驗結果部分是否條理清楚，表述是否準確？討論部分是否清楚解釋了實驗機理？上述問題需要學生進行更深層次的思考后才能撰寫實驗論文。這樣既使學生更加透徹地理解實驗內容，又能切實提高學生寫作科研論文的水平。

2）實驗教學效果評價 在該設計實驗教學結束后，教師通過以下幾方面考察并評價實驗教學效果：實驗前期，實驗設計思路和步驟的合理性；實驗過程中，學生進行實驗的主動性和創新性；實驗結束后，學生撰寫實驗論文的格式是否規范，敘述內容是否具有邏輯性。實驗教學效果評價的結果是：參與實驗的11位學生中，有2位學生的表現特別優秀，其余9位學生表現比較優秀，取得了較好的教學效果。與其他基礎實驗課程教學相比，該設計實驗教學更好地激發了學生的科研熱情，培養了學生的創新意識，鍛煉了學生動手實踐的能力，為以后的科研工作奠定了良好的基礎。

4 結 語

近年來，隨著素質教育的提出，各高校越來越注重培養學生的實際動手能力。在化學專業本科生的實驗課程中引入液相色譜質譜聯用的設計實驗，采取了以學生自行設計并實施實驗為主、教師指導為輔的教學方法。實踐表明，與其他基礎實驗課程教學相比，通過該設計實驗教學，能夠更好地激發學生的學習熱情、培養學生的創新意識并鍛煉學生動手實踐的能力，可以為學生今后從事科研工作奠定良好基礎。

［1］趙起越 .液相色譜／質譜 （LC／MS）聯用技術在環境污染物分析中的應用 ［J］.現代科學儀器，2007（2）：16－22.

［2］謝瑤，石萌萌，龐欣 .高效液相色譜及液相色譜——質譜聯用技術在保健食品檢測中的應用 ［J］.化學通報，2010（8）：684－688.

［3］戴冬艷，朱靜毅，聞琍毓 .液相色譜——質譜聯用技術在藥物分析中的應用 ［J］.天津藥學，2012，24（3）：50－53.

［4］姜艷艷，劉斌，石任兵 .高效液相色譜——質譜聯用技術在天然產物分離鑒定中的應用 ［J］.藥品評價，2005（1）：11－16.