“VC含量測(cè)定”應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

趙惠新，李金玉，李艷紅，羅 琴

（1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆醫(yī)科大學(xué) 附屬腫瘤醫(yī)院，新疆 烏魯木齊 830011）

儀器分析是一門(mén)滲透于生物學(xué)、數(shù)學(xué)、電子技術(shù)、化學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科，其集知識(shí)性、實(shí)踐性、前沿性等為一體，是應(yīng)用化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、生物工程、環(huán)境工程、食品工程、動(dòng)植物檢疫等相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生培養(yǎng)的必選課程［1-5］。但由于課程對(duì)本科生而言相對(duì)抽象，涉及儀器種類(lèi)繁雜，教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。尤其儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)，雖然大多數(shù)學(xué)校的教學(xué)大綱涵蓋了儀器分析最重要的“光譜分析系統(tǒng)、色譜分類(lèi)分析系統(tǒng)、電化學(xué)分析系統(tǒng)、滴定分析系統(tǒng)”四個(gè)模塊的內(nèi)容，但各個(gè)模塊間缺乏關(guān)聯(lián)和類(lèi)比，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較零亂，不利于學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)主要儀器的分析原理及操作技術(shù)。同時(shí)對(duì)各模塊實(shí)驗(yàn)之間的互補(bǔ)性、關(guān)聯(lián)性、優(yōu)劣性等不能深入理解［6］，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

“VC含量測(cè)定”是生物化學(xué)、分析化學(xué)、藥學(xué)等課程的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。隨著測(cè)定分析手段的不斷發(fā)展完善，維生素C的含量測(cè)定法不斷豐富，目前已有三十多種，根據(jù)測(cè)定原理不同，它們主要分為“光譜法”、“色譜法”、“電化學(xué)法”、“容量法”等幾大類(lèi)測(cè)定分析方法，也有部分是兩類(lèi)或兩類(lèi)以上的分析方法的綜合［7］。這些測(cè)定分析方法幾乎涉及到儀器分析課程的各個(gè)模塊，完全符合儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求。因此，如果將“VC含量測(cè)定”的幾大類(lèi)方法中的代表性實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，用同一個(gè)實(shí)驗(yàn)材料貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程，不僅能簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，還可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器使用操作的基礎(chǔ)上，對(duì)比各方法之間的優(yōu)劣等，直觀地體會(huì)到課程各模塊方法的關(guān)聯(lián)性、了解不同方法之間的原理差異及操作差異，更好地領(lǐng)悟科學(xué)研究選擇方法的原則，實(shí)現(xiàn)儀器分析及儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)。

1 “VC含量測(cè)定”應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)“光譜法”模塊教學(xué)的探討

1.1 紫外分光光度法測(cè)定樣品中VC含量

利用“紫外分光光度法”對(duì)樣品組分進(jìn)行定性、定量分析是儀器分析實(shí)驗(yàn)的必選實(shí)驗(yàn)，其代表性實(shí)驗(yàn)是“苯的紫外光譜的測(cè)定與分析”［1-5］。

VC溶液在酸性條件中，對(duì)波長(zhǎng)為243nm的光有最大吸收峰，且在一定濃度范圍內(nèi)VC濃度與光吸收強(qiáng)度成正相關(guān)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)是用pH值為6的鹽酸溶液配制梯度濃度的VC標(biāo)準(zhǔn)溶液，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定各濃度梯度溶液的OD243值，建立VC濃度與光吸收強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線。測(cè)定未知樣品的OD243值，并按照標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算未知樣品的VC濃度［8］。此實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生掌握紫外分光光度計(jì)的原理、操作方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)等，達(dá)到儀器分析實(shí)驗(yàn)的課程目標(biāo)，因此可以用VC替代苯為材料進(jìn)行紫外光譜學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.2 紅外分光光度法測(cè)定樣品中VC含量

了解運(yùn)用紅外光譜法鑒定未知物是儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的基本要求。要求學(xué)生了解紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)和原理，學(xué)會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)鑒定化合物，并掌握紅外光譜儀的基本操作。本部分實(shí)驗(yàn)中許多專(zhuān)業(yè)經(jīng)常選用的代表性實(shí)驗(yàn)為“紅外分光光度分析純溴化鉀粉末、四氯化碳”［1-5］。

VC分子中羰基的伸縮振動(dòng)特性，使VC在1700 cm-1左右處有特異的光吸收峰，且在一定范圍內(nèi)吸收強(qiáng)度與其含量呈線性關(guān)系［9］。同紫外分光光度法分析方法相似，首先建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，基于參比標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜特征，如吸收峰的數(shù)目、吸收峰的位置以及峰的相對(duì)強(qiáng)度，對(duì)樣品中的VC進(jìn)行定性定量分析。此實(shí)驗(yàn)涉及紅外光譜儀儀器使用原理、操作方法、分析范圍等，符合儀器分析實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的要求，能替代“紅外分光光度分析純溴化鉀粉末、四氯化碳”。

1.3 可見(jiàn)分光光度法測(cè)定樣品中VC含量

可見(jiàn)分光光度法是物質(zhì)分析中的最常用方法之一，掌握該方法的原理及可見(jiàn)分光光度計(jì)的使用方法是儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的基本要求。化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)常用的代表性實(shí)驗(yàn)是“可見(jiàn)分光光度法測(cè)定鉻、錳的含量”，生物、醫(yī)藥相關(guān)專(zhuān)業(yè)常用的代表性實(shí)驗(yàn)是“考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白含量”［1-5］。

“鉬藍(lán)法測(cè)定VC含量”是VC定性定量分析的經(jīng)典方法之一。磷鉬酸鹽在酸性條件下被還原性VC還原生成亮藍(lán)色的鉬藍(lán)絡(luò)合物，鉬藍(lán)溶液在570nm處有最大光吸收峰，可通過(guò)可見(jiàn)分光光度法測(cè)定生成鉬藍(lán)對(duì)樣品中還原性VC含量進(jìn)行分析［10］。此實(shí)驗(yàn)可以很好地滿足儀器分析實(shí)驗(yàn)對(duì)可見(jiàn)分光光度法的掌握和對(duì)應(yīng)儀器的了解。

1.4 原子吸收分光光度法測(cè)定樣品中VC含量

原子吸收分光光度法是儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的重要實(shí)驗(yàn)之一，要求了解原子吸收分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和使用方法，掌握原子吸收分光光度法的基本原理，理解該方法的適用范圍。許多專(zhuān)業(yè)在本部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，常以測(cè)定給定的某金屬元素為材料［1-5］。

還原性VC可以使某些金屬離子進(jìn)行還原生成沉淀，通過(guò)原子吸收分光光度測(cè)定沉淀中或溶液上清中金屬離子量，計(jì)算對(duì)應(yīng)參加反應(yīng)的VC量?；诖嗽?，目前已有很多報(bào)道采用了“原子吸收分光光度法”測(cè)定VC含量［11］。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅能滿足儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的基本要求，而且能啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的遷移，活學(xué)活用。

1.5 熒光分光光度法測(cè)定樣品中VC含量

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程常選用“分子熒光測(cè)定羅丹明”或“分子熒光測(cè)定奎寧”等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行熒光分光光度法的學(xué)習(xí)。VC常常能與無(wú)熒光的物質(zhì)反應(yīng)生成能在一定波長(zhǎng)激發(fā)光激發(fā)作用下產(chǎn)熒光的產(chǎn)物，通過(guò)測(cè)定熒光強(qiáng)度可以間接定量測(cè)定VC。如還原性VC在水溶液中能將無(wú)熒光的Ce4+還原成Ce3+，或者在303nm激發(fā)光作用下能發(fā)射340 nm特征熒光［12］，本實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫伢w現(xiàn)熒光分光光度法的基本原理及熒光分光光度儀的使用方法，可應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中。

另外，有些院校的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程“分光光度法分析樣品”教學(xué)還會(huì)涉及到折射法、旋光法，以及一些比較新的儀器及方法，如氫核磁共振法［13］、流動(dòng)注射分光光度法［14］、流動(dòng)注射共振光散射分析法等［15］，這些方法也能在VC含量測(cè)定分析中得到非常好的應(yīng)用，并能充分突出教學(xué)要求，達(dá)到教學(xué)目的。

2 “VC含量測(cè)定”應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)“色譜分析系統(tǒng)”教學(xué)的探討

2.1 高效液相色譜法測(cè)定VC含量

高效液相色譜常常被用于樣品組分的定性、定量分析，且常與質(zhì)譜法、紅外吸收光譜法等方法聯(lián)用進(jìn)行定性分析。而被用于定量分析時(shí)，常設(shè)定內(nèi)標(biāo)法或外標(biāo)法，并采用測(cè)量峰面積的歸一化法進(jìn)行分析。儀器分析實(shí)驗(yàn)課程常采用的實(shí)驗(yàn)案例是“苯、萘等的高效液相測(cè)定”［1-5］，而用高效液相色譜法定性定量分析VC，是目前藥物分析、食品檢測(cè)常用的方法［16，17］，應(yīng)用非常成熟，完全可以替代目前儀器分析實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)。而且，VC還可以采用反相色譜法、超高效合相色譜法等高效液相色譜發(fā)展的新方法進(jìn)行分析，是學(xué)習(xí)色譜相關(guān)儀器和方法的理想實(shí)驗(yàn)。

2.2 離子交換色譜法測(cè)定VC含量

VC在pH值高于4.17的溶液中，分子的一個(gè)羥基解離使分子帶負(fù)電性，可用陰離子交換色譜柱、一定配比的磷酸二氫鉀-乙腈洗脫劑進(jìn)行分離純化，且VC在此洗脫劑中，在265 nm處有特異光吸收，通過(guò)分析特異峰的洗脫體積可以定性分析VC，并且通過(guò)峰面積定量分析［16］。因此，以“測(cè)定VC含量”實(shí)驗(yàn)作為案例實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)習(xí)離子交換色譜的基本操作和分離檢測(cè)原理是可行的。

另外，利用VC解離帶負(fù)電荷特征，還可以通過(guò)毛細(xì)管電泳進(jìn)行分離，分離的組分可以結(jié)合VC的紫外吸收特性進(jìn)行檢測(cè)［18］。所有測(cè)定VC含量的實(shí)驗(yàn)還可以同時(shí)設(shè)計(jì)多個(gè)分離、分析方法，使儀器分析方法的學(xué)習(xí)靈活化、實(shí)用化。

3 “VC含量測(cè)定”應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)“電化學(xué)分析系統(tǒng)”的探討

庫(kù)侖滴定法、循環(huán)伏安法、方波極譜法是幾種主要的電化學(xué)分析方法，尤其是前兩種方法更是各專(zhuān)業(yè)儀器分析課程必選的實(shí)驗(yàn)，常采用的實(shí)驗(yàn)案例是“庫(kù)侖分析法測(cè)定水中的Cr6+”、“循環(huán)伏安法測(cè)定鐵氰化鉀”等［1-5］。目前在藥物分析等研究中，電化學(xué)分析方法已很成熟地運(yùn)用在“VC含量測(cè)定”的領(lǐng)域，例如用“庫(kù)侖滴定法測(cè)定VC含量”［19］，其原理是基于在含有待測(cè)VC的微庫(kù)侖電池中，電極電位一定，加入電解滴定劑碘，被還原性的VC還原，使得檢測(cè)電極電位變化。工作電極接收到檢測(cè)電極電位變化信號(hào)后，啟動(dòng)2I-→I2+2e-電解反應(yīng)，測(cè)定使得碘濃度恢復(fù)到初始濃度時(shí)需要消耗的電量，換算出使碘還原而引起電極電位變化的VC含量。這種方法是典型的電化學(xué)分析法，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、精確度高，是儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例的理想選擇。

4 結(jié)束語(yǔ)

將“VC含量測(cè)定”貫穿于儀器分析實(shí)驗(yàn)課程，用不同方法測(cè)定VC含量，完全可以滿足儀器分析實(shí)驗(yàn)課程各模塊的儀器操作、實(shí)驗(yàn)原理、分析方法等教學(xué)要求。如果在所有實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生將各種方法的結(jié)果、操作復(fù)雜度、實(shí)驗(yàn)誤差等進(jìn)行綜合比較，還可以幫助學(xué)生直觀地了解不同方法間的精確度、靈敏度等差異，也有利于學(xué)生更好地理解各種方法和材料的適用范圍，以及不同方法在實(shí)際應(yīng)用中的選擇原則。這樣能避免學(xué)習(xí)課程各部分存在的零亂、不連貫、隨機(jī)等問(wèn)題，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量效果。

另外，VC幾乎是人人皆知的維生素，將其作為貫穿整個(gè)課程的實(shí)驗(yàn)材料，有利于學(xué)生從感性理解基礎(chǔ)上結(jié)合分子結(jié)構(gòu)，理化性質(zhì)學(xué)習(xí)各種分離檢測(cè)方法，使得實(shí)驗(yàn)不枯燥乏味。