基于高效液相色譜技術(shù)的本科創(chuàng)新實驗設(shè)計與實踐

胡鶯 孫姣霞 劉雪蓮 潘瑾

摘?要：依托教師科研項目，以典型環(huán)境內(nèi)分泌干擾物雙酚A（Bisphenol?A，BPA）為實驗對象，基于高效液相色譜技術(shù)設(shè)計并開展創(chuàng)新實驗，引導(dǎo)學(xué)生自主思考及實驗探索，從分散液液微萃取前處理及高效液相色譜儀器分析兩大方面，摸索并優(yōu)化各項參數(shù)條件，建立高效、便捷的檢測方法用于定量分析水樣中BPA。創(chuàng)新實驗設(shè)計結(jié)合了新穎的科研內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生主動探索的興趣，不僅強化了學(xué)生的基本實驗技能，而且培養(yǎng)和提升了學(xué)生的科研思維及綜合運用知識的能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實驗;實驗教學(xué);高效液相色譜

2016?年召開的全國科技創(chuàng)新大會提出，我國要在2030?年進入創(chuàng)新型國家前列，2050?年成為創(chuàng)新強國。實驗室是高等學(xué)校實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的重要基地[1]，但常規(guī)的學(xué)生實驗教學(xué)往往不能充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在當(dāng)前國家大力推進大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的背景下，開設(shè)創(chuàng)新實驗項目是高校培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作能力、科研能力、創(chuàng)新能力以及綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[2]。同時，教學(xué)和科研相輔相成，基于科研過程和科研成果的創(chuàng)新實驗教學(xué)更有助于激發(fā)學(xué)生對知識的探索欲，加深學(xué)生對專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的認(rèn)識，強化學(xué)生的創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維[3]。促進科研與教學(xué)互動，把科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容，使實驗教學(xué)從傳統(tǒng)的“知識傳授”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸R、能力、思維、素質(zhì)”綜合素質(zhì)培養(yǎng)，對推動大學(xué)生參與科學(xué)研究、營造良好的學(xué)術(shù)氛圍、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神具有深遠(yuǎn)意義，具有廣闊的發(fā)展空間。

1?創(chuàng)新實驗的設(shè)計背景及意義

合適的實驗項目是創(chuàng)新實驗開展的重要基礎(chǔ)，創(chuàng)新實驗設(shè)計結(jié)合新穎的科研內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容尚未涉及，具有一定的前瞻性，能引起學(xué)生主動探索未知的興趣，并有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，實現(xiàn)學(xué)生?“高分高能”的培養(yǎng)目標(biāo)[4]。

BPA在工業(yè)上常被用來合成環(huán)氧樹脂和聚碳酸醋等材料，從塑料袋、塑料飯盒、礦泉水瓶等日常用品，到醫(yī)療器械、食品包裝的內(nèi)襯等，生活中到處都有BPA的身影。BPA的大量生產(chǎn)和使用使它不斷轉(zhuǎn)移至環(huán)境，且大量研究已證明即便在極低劑量（ng/L）的存在下，BPA也能干擾人體及動物正常的內(nèi)分泌系統(tǒng)，從而影響生殖功能，導(dǎo)致惡性腫瘤的產(chǎn)生等一系列嚴(yán)重?fù)p害，甚至具有遺傳效應(yīng)[5]。然而，在對環(huán)境樣品中痕量的?BPA?進行分析的過程中，往往由于BPA的濃度較低甚至是微量、基質(zhì)組成復(fù)雜而被干擾，常規(guī)檢測方法達不到檢測要求。因此，高效、靈敏、便捷的檢測方法是開展BPA環(huán)境行為研究的基礎(chǔ)和保障，同時，環(huán)境樣品中BPA有效分離和富集的前處理至關(guān)重要。

分散液液微萃取（Dispersive??liquid-liquid??microextraction，DLLME）技術(shù)作為一種新型的樣品前處理手段，自Rezaee?等人于?2006?年首次提出以來迅速成為研究熱點[6]。Leong等在此基礎(chǔ)上建立了上浮溶劑固化分散液液微萃取技術(shù)（DLLME-SFO），采取低密度有機萃取劑，并在萃取離心后結(jié)合冷凍固化使萃取相凝固以方便移取。DLLME-SFO進一步簡化了操作，具有樣品需求量小、有機溶劑用量少、操作簡便、萃取時間短、環(huán)境友好等突出[7]。本創(chuàng)新實驗結(jié)合分散液液微萃取上浮溶劑固化（DLLME-SFO）的樣品前處理方法和高效液相色譜法（HPLC）定量分析技術(shù)的聯(lián)用，指導(dǎo)學(xué)生全程參與實驗的各個環(huán)節(jié)，設(shè)計并優(yōu)化樣品前處理及HPLC儀器分析的各項參數(shù)，建立快捷高效的水樣BPA檢測方法。教師全程指導(dǎo)，學(xué)生全程參與實驗設(shè)計及開展，全方位培養(yǎng)學(xué)生的“知識、能力、思維、素質(zhì)”。同時，注重培養(yǎng)學(xué)生掌握文獻查閱和Word、Excel等文本編輯方法，以及SPSS、ORIGIN等數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件的使用，學(xué)習(xí)科研論文的基本組成和撰寫。

2?實驗原理及核心內(nèi)容

本創(chuàng)新實驗的核心內(nèi)容是從兩個方面進行參數(shù)優(yōu)化確定：其一是BPA定量分析的HPLC儀器檢測條件;另一方面是樣品的DLLME-SFO前處理條件。

基于環(huán)境介質(zhì)的復(fù)雜性以及環(huán)境樣品中BPA濃度通常較低的特點，通過樣品前處理需要達到分離和富集的目的，將BPA從樣品中分離出來并去除基體干擾，同時還要達到一定程度的富集效果以滿足后續(xù)定量檢測方法的檢出濃度。在進行樣品中BPA檢測的DLLME-SFO前處理條件優(yōu)化時，主要通過富集倍數(shù)（Extraction?Factor，EF）和萃取回收率（Extraction?Recovery，ER）兩項指標(biāo)進行萃取效果的考察和比較[8]，進而確定優(yōu)化的萃取條件。

EF為上浮萃取相中BPA的濃度與水樣中BPA濃度的比值，Cfloated為萃取所得上浮相中BPA的濃度，C0為水樣中BPA的濃度。

萃取回收率ER（%）為萃取相中BPA的量占水樣中BPA量的百分比例，Mfloated為上浮萃取相中BPA的質(zhì)量，M0為水樣中BPA的質(zhì)量。Vfloated和V0分別為萃取相的體積和水樣體積。

樣品經(jīng)過DLLME-SFO前處理，其中的BPA分離富集至萃取相，并經(jīng)由離心冷凍后取出，所得到的萃取相融化后即可進一步結(jié)合檢測儀器進行定量分析。與氣相色譜（GC）和氣相色譜/質(zhì)譜（GC/MS）等相比，高效液相色譜（HPLC）具有操作方便、測定時間短等優(yōu)勢。在確定BPA檢測的HPLC色譜條件時，需重點考察并確定流動相的種類及流量、檢測波長、柱溫、進樣量等參數(shù);并建立優(yōu)化條件下BPA測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用于BPA的定量分析。

最后，還需對實驗所建立的DLLME-SFO-HPLC檢測方法進行評價。采用逐步稀釋法結(jié)合高效液相色譜工作站，確定方法的檢出限和定量限。結(jié)合加標(biāo)回收實驗，分析加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。從方法的線性范圍、檢出限、實際樣品加標(biāo)回收率等方面進行所建檢測方法的綜合評價。