高效液相色譜儀在本科化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的信息化應(yīng)用

苗芳芳

（北京農(nóng)學(xué)院 生物與資源環(huán)境學(xué)院，北京 102206）

隨著社會(huì)和科技的進(jìn)步及教育現(xiàn)代化的快速發(fā)展，教學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，高校辦學(xué)條件得到明顯改善，現(xiàn)代化的教學(xué)儀器不斷更新。高校結(jié)合信息化平臺(tái)，紛紛購(gòu)置了紫外分光光度儀、高效液相色譜儀、質(zhì)譜儀等多種分析檢測(cè)儀器，以保障辦學(xué)質(zhì)量[1]。目前，高效液相色譜儀憑借專業(yè)的檢測(cè)方法，可快速獲得分析檢測(cè)結(jié)果，在食品、藥物、醫(yī)學(xué)、化工等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。高效液相色譜儀作為重要的分析化學(xué)儀器，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面可以極大地滿足教學(xué)需求和人才培養(yǎng)需要。但由于實(shí)驗(yàn)條件有限、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員無(wú)法與本科教學(xué)緊密對(duì)接以及學(xué)生的使用率較低等，學(xué)生對(duì)高效液相色譜儀的了解和認(rèn)知局限于課堂，不能熟練掌握高效液相色譜儀的基本操作，難以解決實(shí)際化學(xué)分析問(wèn)題，加上儀器分析化學(xué)的理論知識(shí)比較抽象，最終會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率下降。信息化發(fā)展與實(shí)體教學(xué)的快速接軌，可將高效液相色譜儀的實(shí)際操作設(shè)置為仿真教學(xué)，還可與視頻網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、動(dòng)畫操作等有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生快速掌握高效液相色譜儀的操作步驟，并及時(shí)上機(jī)演練。本科生普遍缺少接觸、操作相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的機(jī)會(huì)，高效液相色譜儀的仿真軟件可以讓學(xué)生隨時(shí)隨地練習(xí)各個(gè)操作步驟，最終熟練掌握高效液相色譜儀的基本操作技能[2-3]。通過(guò)介紹高效液相色譜儀的組成及各部件工作原理、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告、觀看各部件運(yùn)行的動(dòng)畫模擬及實(shí)地參觀各實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)過(guò)程，學(xué)生不僅掌握了高效液相色譜儀的基本原理及操作，也激發(fā)和提高了學(xué)習(xí)興趣，增進(jìn)了對(duì)先進(jìn)儀器、技術(shù)和知識(shí)的了解，提高了儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。

1 高效液相色譜儀的應(yīng)用

1.1 高效液相色譜儀簡(jiǎn)介

高效液相色譜又稱“高壓液相色譜”“高速液相色譜”“高分離度液相色譜”“近代柱色譜”等。高效液相色譜儀是色譜法的一個(gè)重要應(yīng)用，主要用于分析檢測(cè)沸點(diǎn)較高且不易揮發(fā)、穩(wěn)定性好和分子質(zhì)量較大的有機(jī)化合物，由儲(chǔ)液器、進(jìn)樣器、色譜柱、泵、檢測(cè)器、記錄面板等部分組成。高效液相色譜儀以流動(dòng)相為載體，由色譜柱實(shí)現(xiàn)成分分離，再由檢測(cè)器進(jìn)行樣品分析。在高校儀器分析教學(xué)及科研檢測(cè)方面，高效液相色譜儀是不可或缺的儀器設(shè)備。大型分析儀器設(shè)備作為高校科研能力的支柱，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，還可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備改造及本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在本科教學(xué)推行方面，各大高校的教學(xué)職能部門認(rèn)真貫徹教育部關(guān)于本科人才的培養(yǎng)計(jì)劃，切實(shí)加強(qiáng)學(xué)生科研創(chuàng)新及實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

1.2 高效液相色譜儀在課程建設(shè)中的價(jià)值

高效液相色譜儀作為一種先進(jìn)的分析儀器，不僅可以應(yīng)用在“化學(xué)工程”“物理化學(xué)”“分析化學(xué)”等基礎(chǔ)課程教學(xué)中，還可以應(yīng)用在土木工程、交通運(yùn)輸?shù)壤砉た茖I(yè)課程教學(xué)中，被廣泛應(yīng)用于測(cè)控等，可以快速準(zhǔn)確地對(duì)土壤巖石成分、環(huán)境指標(biāo)、材料成分、化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)和分析，極大地豐富了本科教學(xué)內(nèi)容，提高了專業(yè)教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，該大型儀器分析具有多學(xué)科交叉、發(fā)展性、開(kāi)拓性等特點(diǎn)，極大地提高了學(xué)生的實(shí)踐操作和創(chuàng)新能力，這與高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目標(biāo)一致。此外，高效液相色譜儀在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也起到了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。與其他傳統(tǒng)分析儀器相比，高效液相色譜儀具有精度高、分辨率高和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，可以與紫外檢測(cè)儀、紅外光譜儀、質(zhì)譜儀等結(jié)合，大大拓寬了應(yīng)用范圍，成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可缺少的重要儀器。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，教師和學(xué)生經(jīng)常使用基本儀器進(jìn)行教與學(xué)，實(shí)驗(yàn)類型多為演示型和驗(yàn)證型。學(xué)生只需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義完成實(shí)驗(yàn)，缺乏創(chuàng)新和獨(dú)立思考。高效液相色譜儀在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用將改變這種情況，可以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的綜合能力，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，通過(guò)驗(yàn)證和分析得出結(jié)果，成為創(chuàng)新應(yīng)用型人才。

1.3 高效液相色譜儀在化學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)操作為基礎(chǔ)的學(xué)科，先進(jìn)儀器的應(yīng)用和實(shí)踐內(nèi)容的增加將極大地提高學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)專業(yè)的了解，為本科人才培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ)。高效液相色譜儀的使用與教學(xué)推廣可以滿足本科生、研究生的教學(xué)和科研要求，不僅是一種教學(xué)工具、實(shí)驗(yàn)儀器，更是培養(yǎng)具備綜合知識(shí)和創(chuàng)新能力人才的載體。隨著現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，高效液相色譜技術(shù)迅速發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水檢測(cè)、地表水和地下水中重金屬和有機(jī)污染物的檢測(cè)，展現(xiàn)了較高的工作效率和精度。

2 理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)儀器實(shí)踐操作能力

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是理論聯(lián)系實(shí)際的操作科學(xué)，與大學(xué)畢業(yè)生滿足社會(huì)需求、實(shí)現(xiàn)對(duì)口就業(yè)有必然的內(nèi)在聯(lián)系。高效液相色譜儀的實(shí)踐操作可以使學(xué)生處于教學(xué)的主體地位，以最有效的方式迅速掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)踐操作技能。學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)大型儀器操作技能的興趣，使其學(xué)有所獲并產(chǎn)生深入探索的興趣。在有機(jī)化學(xué)“茶葉中咖啡因含量的提取和測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，可以讓學(xué)生根據(jù)不同的茶葉選擇實(shí)驗(yàn)，操作高效液相色譜儀，并針對(duì)各個(gè)操作模塊重點(diǎn)介紹其使用規(guī)范及色譜柱的原理等，讓學(xué)生對(duì)高效液相色譜有更多的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生未來(lái)適應(yīng)工作的能力。例如學(xué)生在進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測(cè)前，需要掌握色譜檢測(cè)儀器的預(yù)備工作，熟悉液相色譜的各個(gè)模塊，包括檢測(cè)器、功能模塊、軟硬件的開(kāi)機(jī)順序，學(xué)會(huì)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液、待測(cè)樣品溶液、流動(dòng)相等；還要求對(duì)混合流動(dòng)相中的有機(jī)溶液和水溶液的比例進(jìn)行設(shè)置，預(yù)先進(jìn)行過(guò)濾和脫氣泡等關(guān)鍵細(xì)節(jié)操作，沖刷整個(gè)流動(dòng)相系統(tǒng)，待基線穩(wěn)定后再開(kāi)始測(cè)定。在測(cè)定過(guò)程中，學(xué)生要根據(jù)峰面積選取測(cè)定波長(zhǎng)和流速，并利用色譜工作站對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生初步了解了高效液相色譜儀器的操作，培養(yǎng)了動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰统醪娇蒲心芰Α?/p>

3 本科化學(xué)實(shí)驗(yàn)中高效液相色譜儀的教學(xué)內(nèi)容

在本科教學(xué)中，學(xué)生需要了解液相色譜法的優(yōu)點(diǎn)及適用范圍；理解常用檢測(cè)儀器的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍；理解高效液相色譜法的主要類型及分離原理（液-固色譜、液-液色譜、反相色譜、離子對(duì)色譜、離子交換色譜、尺寸排阻色譜和主要固定相）；理解液相色譜儀的類型及設(shè)備特點(diǎn)、影響色譜峰擴(kuò)展及色譜分離的因素（渦流擴(kuò)散、縱向擴(kuò)散、傳質(zhì)阻力、柱外效應(yīng)）；掌握液相色譜法流動(dòng)相的要求和選擇方法；掌握高效液相色譜儀的構(gòu)造（高壓泵、梯度洗脫裝置、進(jìn)樣裝置、色譜柱、檢測(cè)器）和應(yīng)用?；趦x器分析化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力和縝密的思維。

4 依托仿真信息化教學(xué)，提升高效液相色譜儀的使用率

高效液相色譜儀的學(xué)習(xí)內(nèi)容包含該儀器的相關(guān)知識(shí)及操作原理，例如有機(jī)相的配制、操作前的排氣處理、實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、儀器操作等方面。仿真大型儀器的操作部分主要為高效液相色譜儀器的安全運(yùn)行，操作培訓(xùn)展示包括實(shí)驗(yàn)室大型儀器的安全操作和安全教育，特別是儀器出現(xiàn)緊急狀況時(shí)的預(yù)備方案和解決措施[4]。為了讓使用者更好地操作儀器，在每一位使用者初次在線操作儀器時(shí)，都有相關(guān)視頻向其講解儀器各模塊的基本作用等相關(guān)知識(shí)，包括對(duì)儀器的保護(hù)和保養(yǎng)及關(guān)機(jī)、沖洗色譜柱等細(xì)節(jié)的講解，直到使用者充分了解儀器再進(jìn)行仿真操作?；谝陨蠈W(xué)習(xí)，仿真實(shí)驗(yàn)合格者可以申請(qǐng)上機(jī)操作高效液相色譜儀，同時(shí)記錄儀器的使用情況。為了更快地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，建議實(shí)行小組教學(xué)，強(qiáng)化操作技能。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)5～6人為1個(gè)小組，要求小組組長(zhǎng)記錄小組成員的學(xué)習(xí)情況，包括儀器的操作環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng)，同時(shí)明確要求學(xué)生記錄學(xué)習(xí)時(shí)間和出錯(cuò)環(huán)節(jié)，匯總后由專業(yè)化學(xué)教師進(jìn)行著重講解。每組學(xué)生可以在申請(qǐng)上機(jī)時(shí)由專業(yè)課教師帶領(lǐng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)授課，講解出錯(cuò)較多的地方，這樣既可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，又可以實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的教學(xué)，避免學(xué)生因操作不規(guī)范而損壞儀器，極大地提高了儀器的使用效率及教學(xué)質(zhì)量。小組教學(xué)還可以增加學(xué)生的操作機(jī)會(huì)，提高實(shí)際操作能力。

5 結(jié)語(yǔ)

高效液相色譜儀是以動(dòng)手操作為基礎(chǔ)的實(shí)踐性大型儀器設(shè)備。作為農(nóng)林高校的學(xué)生，掌握該儀器的操作主要依托儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展及科研訓(xùn)練等途徑。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要為教師講解，不利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)操作與理論的結(jié)合。結(jié)合大型儀器仿真教學(xué)，在本科教學(xué)及科研方面，積極推廣高效液相色譜儀的使用和學(xué)習(xí)，必須從課程設(shè)置、大綱修訂等途徑切實(shí)加強(qiáng)配套教學(xué)改革。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)在培養(yǎng)應(yīng)用型人才時(shí)，開(kāi)展以高效液相色譜儀為代表的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革和探索，可以充分發(fā)揮其資源優(yōu)勢(shì)，提升應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)質(zhì)量；搭建高校產(chǎn)學(xué)研一體化平臺(tái)，體現(xiàn)信息化技術(shù)在大型儀器設(shè)備與本科教學(xué)結(jié)合中的應(yīng)用，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。