大學分析化學中高效液相色譜實驗教學改革與探索

楊臘祥，姚蓋雄

(邵陽學院 食品與化學工程學院，湖南 邵陽 422000)

分析化學是一門研究物質化學組成的科學，包括定性、定量和結構分析。作為化學的一個分支學科，分析化學對化學其他學科的發展起著非常重要的作用，對國民經濟建設、國防事業發展和社會的進步都有著重要的意義[1]。因此，大學本科課程中分析化學的教學對于化學及其相關專業的大學生的培養顯得尤為重要。高效液相色譜法(HPLC)是分析化學中一種對液體中物質成分進行分析與檢測的重要方法。它具有進樣壓力高、分離效率高、檢測器靈敏度高、不需要對樣品進行萃取等特點。然而，由于HPLC是一種大型分析儀器，其操作相對一般容量分析要復雜得多。這對于大學本科教學提出了挑戰，即怎么樣才能在有限的課時(如4～6 h)內，讓每一個學生能夠理解HPLC的工作原理及初步掌握操作步驟[2]。因此，本文的目的是針對目前HPLC教學中存在的實際問題及其需要認真注意的事項，提出相應的教學改革方案，期望能夠提高HPLC的教學質量。

1 實驗內容的選擇

相對于氣相色譜，HPLC更能夠適用于測定高沸點、熱穩定性差、相對分子較大的物質，因此它能夠應用于核酸、稠環芳烴、高聚物、農藥、藥物、抗生素、表面活性劑等很大一部分化學物質的分析檢測。然而，對于大學生實驗課程教學來說，并不是所有的物質都適合[3-4]。它需要滿足以下幾個原則：首先，必須絕對保障學生的人身安全，因此所選取測定的物質也必須安全可靠，即不能是易揮發、高毒性的物質。其次，所選取的物質不能是需要復雜的前處理，這樣才能保證在有限的課時內把重點實驗內容講解完，而不是把大量的時間耗費在前處理上面。再次，所選取物質的響應峰形要好、峰面積要足夠大，這樣能才給學生足夠的操作空間，即在有些操作不規范的情況下也能得到響應峰用于分析。最后，所選取的物質必須容易獲取，最好是和生產生活相關性比較大的物質，這樣更有利于激發學生的興趣。例如筆者所屬學院開設的“可樂中咖啡因的高效液相色譜分析”實驗課程很好地滿足上述要求，所取得的教學效果也比較滿意。

2 高效液相色譜儀的選擇

表1 不同HPLC性能參數和教學特點的對比

目前高校一般都配備有大型分析儀器，而HPLC由于適用性比較好，一般都屬于標配[5]。然而由于學校的經濟條件的不同，所購置的HPLC的性能和價格也大不相同。其中主要分為兩類，一類是帶有自動進樣器的進口HPLC，如安捷倫1200系列、賽默飛U3000等；另一類是手動進樣的國產HPLC，如舜宇1260A。表1列出了筆者所屬學院購置的兩臺HPLC的性能參數和教學特點。雖然進口HPLC性能要遠高于國產HPLC，但對于本科教學來說，其教學效果不一定要好于國產手動的HPLC。其原因是兩種HPLC的原理是一樣的，這對于教學講解是沒有差別的，相反，手動國產HPLC的大部分配件都裸露在外面可以進行更加詳細的講解。其次是國產HPLC大部分都需要手動操作，更有利于鍛煉學生的動手能力。另外，國產HPLC比較簡單，價格便宜，維修也比較方便，一般不會耽誤正常教學。然而進口HPLC對于教學來說也有自身優點，如節省測定的時間，能在有限的課時內把學生的樣品都測定完。另外，進口HPLC所使用的色譜柱的分離效果都要明顯優于國產HPLC，而且可以同時測定多個波長，這樣更有利于學生鍛煉參數的優化操作。因此，對于HPLC儀器的選擇，要綜合考慮他們的特點，再根據所教學的人/組數進行選擇。一般地，如果人/組數在20以內，可以使用國產HPLC進行教學，更有利于鍛煉學生的操作能力;如果人/組數超20，則需考慮使用帶有自動進樣器的進口HPLC進行教學，這樣才能保證在規定的課時內把內容講解完全。

3 測定方法的優化

對于教學實驗來說，HPLC的測定方法和一般的科學研究會有些不同的地方。科學研究一般都追求最好的精度，對于實驗條件考慮較少，而教學實驗除了要考慮檢測精度以外還需要考慮實驗條件[6-7]。首先，對于流動相一般采用無毒或者低毒的溶劑，如甲醇、去離子水等，而且有機相和無機相的配比要稍高，讓所測樣品的出峰時間保持在5 min以內，以保證在規定課時內測定完所有的樣品。其次，進樣量不要太高，這樣能保證較好的峰形，有利于學生自己分析測定結果。最后，盡量使用多波長分析，讓學生觀察不同波長對響應峰的影響，有利于學生理解優化吸收波長對HPLC測定有機物的重要性。以筆者所屬學院開設的“可樂中咖啡因的高效液相色譜分析”實驗課程為例，其測定方法如下：測定儀器為帶有自動進行器的HPLC(賽默飛U3000)，分離柱為安捷倫C18液相色譜柱。流動相為60%甲醇和40%水的混合物，流速為1 mL·min-1，進樣量為10 μL，柱溫為40℃，檢測波長為254 nm。圖1顯示了不同濃度咖啡因的HPLC響應信號。可以看出，咖啡因的響應信號較大，峰型較好，以峰面積做標準曲線，r2達到了0.999。保留時間約為3 min，很好滿足教學要求。

圖1 不同濃度咖啡因的HPLC響應信號

4 總結

HPLC在分析化學中占有重要地位，給化學及相關專業大學生傳授好相關知識十分必要。因此，在安排和講授HPLC的過程當中，老師們主要需要從實驗內容的選擇、高效液相色譜儀的選擇和測定方法的優化三個方面來考慮，從而進一步提高實驗教學的質量。