液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用設(shè)計實驗教學(xué)探討

龔曉艷，何建社 （武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430072）

液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)作為一種重要的化學(xué)分析手段，其將色譜對復(fù)雜樣品的高分離能力與質(zhì)譜具有高選擇性、高靈敏度及能夠提供相對分子質(zhì)量與結(jié)構(gòu)信息的優(yōu)點結(jié)合起來，在藥物分析、食品分析和環(huán)境分析等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［1－4］。為此，筆者對液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用設(shè)計實驗教學(xué)進(jìn)行了探討。

1 實驗前期準(zhǔn)備

1）利用與生活實際相關(guān)的選題來激發(fā)學(xué)生參與實驗的熱情 在《儀器分析》基礎(chǔ)實驗教學(xué)中，采取教師講解并演示、學(xué)生提問并上機(jī)操作的教學(xué)方式，讓學(xué)生基本掌握了高效液相色譜儀和質(zhì)譜儀的分析原理、基本操作和應(yīng)用范圍。在此基礎(chǔ)上，教師為學(xué)生提供了開放設(shè)計實驗的選題，即利用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測液態(tài)奶中苯甲酸的含量 （苯甲酸作為防腐劑，在液態(tài)奶中添加過量則對人體有害）。讓學(xué)生分別選取相關(guān)實驗材料，由于該實驗選題貼近實際生活，學(xué)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(xué)生的實際動手能力 在傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中，通常由教師提供實驗方案，學(xué)生只是機(jī)械地完成實驗任務(wù)，很難達(dá)到鍛煉學(xué)生實際動手能力的目的。為改變上述狀況，筆者在液質(zhì)聯(lián)用設(shè)計實驗教學(xué)中，讓學(xué)生獨立查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料后撰寫實驗方案。為此，學(xué)生需要詳盡考慮實驗所需要材料和藥品、液相色譜和質(zhì)譜的工作條件以及完整的實驗步驟。經(jīng)過上述過程，可以很好地培養(yǎng)學(xué)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(chǔ)。

3）采用小組實驗的形式培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神 由于選擇該實驗課題的學(xué)生共有11位，而實驗儀器只有1臺，為此，根據(jù)學(xué)生設(shè)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(fù)責(zé)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(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神很有幫助。

2 實驗過程

1）通過確定實驗方案，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力 在實驗前期的確定實驗方案階段，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，初步制定了檢測液態(tài)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(zhì)譜的負(fù)離子檢測模式等。以液相色譜的流動相的選擇為例，文獻(xiàn)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(tǒng)等，上述方案哪種更好？為此，學(xué)生通過對苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分離鑒定，最后確認(rèn)使用甲醇／醋酸銨緩沖系統(tǒng)的分離效果最好，因而采用該緩沖系統(tǒng)進(jìn)行實驗。在實驗過程中，學(xué)生深刻體會到在科學(xué)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(jié)果。

2）通過定量實驗，培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性 在開設(shè)該實驗前，學(xué)生完成了用液相色譜方法分離芳香烴以及用電噴霧質(zhì)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(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性，應(yīng)讓學(xué)生掌握定量實驗的基本方法。用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用方法檢測苯甲酸的含量實驗中，要求學(xué)生準(zhǔn)確掌握操作方法，如要得到好的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，需要學(xué)生準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行稱量、梯度稀釋、色譜進(jìn)樣等操作步驟。為了保證實驗結(jié)果的可靠性，學(xué)生設(shè)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(biāo)準(zhǔn)加入法，即在未知樣品中加入已知含量的標(biāo)準(zhǔn)品，使得檢測的加標(biāo)后的苯甲酸含量在標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍內(nèi)。②對同樣樣品經(jīng)過同樣方法預(yù)處理后，不加標(biāo)準(zhǔn)測試出苯甲酸含量。例如某品牌袋裝純牛奶經(jīng)過加標(biāo)測試出苯甲酸含量為4.90ug／ml；不加標(biāo)測試出苯甲酸含量為4.95ug／ml。實驗結(jié)果顯示，2種測試方案的結(jié)果一致。通過上述實驗過程，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性。

3）通過完成綜合性實驗，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力 利用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用方法檢測液態(tài)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(tài)奶中苯甲酸的含量時，首先應(yīng)依據(jù)苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品來確定實驗方法，然后以苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品為基準(zhǔn)做出合適的標(biāo)準(zhǔn)曲線，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定未知液態(tài)奶中的苯甲酸含量。在上述過程中，只有順利完成相關(guān)實驗步驟，然后才能繼續(xù)進(jìn)行下一步實驗。例如在確定液相色譜的分離條件實驗中，學(xué)生最初直接用液態(tài)奶樣品進(jìn)行實驗，由于液態(tài)奶成分復(fù)雜，經(jīng)過液相色譜分離后出現(xiàn)多組峰，學(xué)生無法確認(rèn)多組峰中哪個峰代表苯甲酸。針對上述問題，學(xué)生經(jīng)過小組討論分析后，選用色譜純的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行測試 （因為苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品成分單一，只有一個峰）。根據(jù)苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品的出峰時間，學(xué)生很快確認(rèn)了液態(tài)奶樣品中多組峰中哪個峰代表苯甲酸，進(jìn)而確定了液相色譜的分離條件。由此可見，學(xué)生完成綜合性設(shè)計實驗時，需要隨時分析并解決出現(xiàn)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(xué)生的寫作水平 不同于經(jīng)典實驗教學(xué)中實驗報告的撰寫，教師要求學(xué)生完全按照正式發(fā)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(lǐng)地總結(jié)了實驗的關(guān)鍵內(nèi)容？簡介部分是否清楚完整地交待了科研背景？實驗結(jié)果部分是否條理清楚，表述是否準(zhǔn)確？討論部分是否清楚解釋了實驗機(jī)理？上述問題需要學(xué)生進(jìn)行更深層次的思考后才能撰寫實驗論文。這樣既使學(xué)生更加透徹地理解實驗內(nèi)容，又能切實提高學(xué)生寫作科研論文的水平。

2）實驗教學(xué)效果評價 在該設(shè)計實驗教學(xué)結(jié)束后，教師通過以下幾方面考察并評價實驗教學(xué)效果：實驗前期，實驗設(shè)計思路和步驟的合理性；實驗過程中，學(xué)生進(jìn)行實驗的主動性和創(chuàng)新性；實驗結(jié)束后，學(xué)生撰寫實驗論文的格式是否規(guī)范，敘述內(nèi)容是否具有邏輯性。實驗教學(xué)效果評價的結(jié)果是：參與實驗的11位學(xué)生中，有2位學(xué)生的表現(xiàn)特別優(yōu)秀，其余9位學(xué)生表現(xiàn)比較優(yōu)秀，取得了較好的教學(xué)效果。與其他基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)相比，該設(shè)計實驗教學(xué)更好地激發(fā)了學(xué)生的科研熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，鍛煉了學(xué)生動手實踐的能力，為以后的科研工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

近年來，隨著素質(zhì)教育的提出，各高校越來越注重培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。在化學(xué)專業(yè)本科生的實驗課程中引入液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用的設(shè)計實驗，采取了以學(xué)生自行設(shè)計并實施實驗為主、教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)方法。實踐表明，與其他基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)相比，通過該設(shè)計實驗教學(xué)，能夠更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識并鍛煉學(xué)生動手實踐的能力，可以為學(xué)生今后從事科研工作奠定良好基礎(chǔ)。

［1］趙起越 .液相色譜／質(zhì)譜 （LC／MS）聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境污染物分析中的應(yīng)用 ［J］.現(xiàn)代科學(xué)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(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在保健食品檢測中的應(yīng)用 ［J］.化學(xué)通報，2010（8）：684－688.

［3］戴冬艷，朱靜毅，聞琍毓 .液相色譜——質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在藥物分析中的應(yīng)用 ［J］.天津藥學(xué)，2012，24（3）：50－53.

［4］姜艷艷，劉斌，石任兵 .高效液相色譜——質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在天然產(chǎn)物分離鑒定中的應(yīng)用 ［J］.藥品評價，2005（1）：11－16.