熊　慶，郭彩紅，宋紅杰，李　蘭，徐澤民，蒲雪梅

(四川大學　化學學院，成都　610064)

以儀器為重點的儀器分析實驗教學改革

熊慶，郭彩紅，宋紅杰，李蘭，徐澤民，蒲雪梅

(四川大學化學學院，成都610064)

儀器分析實驗教學是培養(yǎng)學生實驗操作能力的重要環(huán)節(jié)。以流動注射化學發(fā)光儀為例，基于溴化鉀對魯米諾—過氧化氫—Cr(Ⅲ)化學發(fā)光反應有較強的敏化作用，結(jié)合流動注射技術(shù)，以快速監(jiān)測水中的Cr(Ⅲ)作為本科生實驗課題；將科研中一些成熟的方法引入到化學儀器分析實驗教學中，由學生自己動手，摸索儀器與實驗條件，提高學生對化學儀器原理、方法、操作等的理解，探索儀器分析實驗改革模式。

儀器分析實驗；實驗教學；流動注射，化學發(fā)光

儀器分析實驗課程是四川大學化學、化工、藥學等很多專業(yè)必修的基礎實驗課之一，具有很強的實踐性與操作性。近年來，根據(jù)儀器分析實驗教學的特點，我們在實驗儀器的更新，實驗內(nèi)容的安排，學生分組的設置，課程的考核等方面都有一定的改進，但總體而言，學生在實驗操作中依然處于被動地位，儀器操作時間較短，動手能力比較欠缺，儀器分析理論知識與實踐有所偏差[1]。本文以流動注射化學發(fā)光儀為例，基于溴化鉀對魯米諾—過氧化氫— Cr(Ⅲ)化學發(fā)光反應有較強的敏化作用，結(jié)合流動注射技術(shù)，以快速監(jiān)測水中的Cr(Ⅲ)作為本科生實驗課題，將科研中一些成熟的方法引入到化學儀器分析實驗教學中，由學生自己動手，摸索儀器與實驗條件，提高學生對化學儀器原理、方法、操作等的理解，探索儀器分析實驗改革模式。

流動注射分析(flow injection analysis,FIA)是一種溶液自動分析及處理技術(shù)，可與一些傳統(tǒng)的檢測方法結(jié)合，顯著提高這些方法的分析性能[2]。FIA是把一定體積的試樣液體間歇地注射到(一個運動著的無空氣間隔的)由適當液體組成的連續(xù)載流中，被注入的試樣初始是一個“塞”，被載流推動進入反應管道，試樣塞在向前運動過程中靠對流和擴散作用被分散成一個具有濃度梯度的試樣帶；試樣帶與載流中的某些組分發(fā)生化學反應形成某種可以檢測的物質(zhì)，然后，被載帶到一個檢測器中連續(xù)地記錄處于物理和化學非平衡狀態(tài)的特定信號參數(shù)。

化學發(fā)光現(xiàn)象是化學反應的反應物或生成物吸收了反應釋放的化學能后所產(chǎn)生的光輻射現(xiàn)象[3]。其發(fā)光機理是反應體系中的某些物質(zhì)分子(如反應物、中間體或熒光物質(zhì))吸收了反應釋放的能量而由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，再從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)，同時，將能量以光輻射的形式釋放出來，產(chǎn)生化學發(fā)光。化學發(fā)光分析法是根據(jù)化學發(fā)光反應在某一時刻的發(fā)光強度或發(fā)光總量來確定反應中相應組分含量的分析方法。

鉻(chromium，Cr)及其化合物是電鍍工業(yè)產(chǎn)生的主要污染物，是工業(yè)污染治理的主要對象[4]。Cr(Ⅲ)是人體所需的微量生理活性元素，對人體健康起著較為重要的作用，但鉻化合物濃度高時會帶來毒性。環(huán)境中的鉻主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)兩種狀態(tài)存在。Cr(Ⅵ)為強氧化劑，對皮膚、黏膜有刺激和腐蝕作用，已確認為致癌物，其毒性是Cr(Ⅲ)的100 倍；Cr(Ⅵ)不太穩(wěn)定，在正常 pH 值的飲用水中可轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性稍強但仍有毒性的Cr(Ⅲ)。

1　實驗設計

1.1實驗原理

魯米諾—過氧化氫—Cr(Ⅲ)體系在堿性條件下產(chǎn)生很強的化學發(fā)光，溴化鉀對其發(fā)光反應有較強的敏化作用，結(jié)合流動注射技術(shù)，利用乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)作掩蔽劑，可有效地消除水體中Fe2+、Fe3 +、Cu2 +、Ca2 +、Zn2+等金屬離子對測定Cr(Ⅲ)的干擾，從而建立溴化鉀—魯米諾—過氧化氫— Cr(Ⅲ)化學發(fā)光體系測定Cr(Ⅲ)的分析方法。

1.2實驗主要儀器與試劑

1.2.1儀器

西安瑞邁IFFM-E流動注射化學發(fā)光分析儀。

1.2.2試劑

2　實驗步驟

2.1儀器流路連接及工作參數(shù)選擇

打開電腦和儀器主機，編輯設定各種參數(shù)，按圖1方式連接流動注射管線。圖1中，a：NaCO3-NaHCO3+EDTA； b：H2O2； c：魯米諾+KBr；d：樣品。

圖1　流動注射化學發(fā)光法測定 Cr(Ⅲ)流路示意圖

將NaCO3-NaHCO3緩沖溶液與EDTA混合溶液、H2O2分別通過a和b通道由主泵泵入，經(jīng)三通閥混合；同時，魯米諾溶液與溴化鉀的混合液、樣品溶液分別通過 c 和 d 通道由副泵泵入，經(jīng)三通閥混合。上述溶液混合后，進入反應池反應產(chǎn)生化學發(fā)光信號，由光電倍增管檢測，信號經(jīng)放大器放大，進入計算機處理。據(jù)此得到最大且重復性較好的發(fā)光信號。在光電倍增管負高壓為 500 V 的條件下，設定流動注射化學發(fā)光分析儀的工作參數(shù)。

2.2實驗條件選擇

1)魯米諾濃度的選擇

測試魯米諾溶液濃度在1.0×10-5～1.0×10-3mol/L 內(nèi)與體系化學發(fā)光強度的關(guān)系，確定最佳魯米諾溶液的濃度。

2)H2O2濃度的選擇

測試H2O2在濃度1.0 ×10-4～1.0 ×10-1mol/L內(nèi)與體系化學發(fā)光強度的關(guān)系，確定最佳過氧化氫溶液的濃度。

3)KBr濃度的選擇

測試KBr濃度在濃度0 ～ 3.0 mol/L 內(nèi)與體系化學發(fā)光強度的關(guān)系，確定最佳KBr溶液的濃度。

2.3樣品測定

1)標準曲線

移取1.0×10-5mg/L Cr(Ⅲ)標準儲備液到50 mL 容量瓶中，用水定容，充分搖勻，得Cr(Ⅲ)標準溶液。按選定最佳魯米諾濃度、KBr濃度、H2O2濃度，將0.05 mol/L NaCO3-NaHCO3緩沖溶液及2×10-4mol/LEDTA溶液1︰1混合以后，進行測量，測定各標準溶液的發(fā)光強度(每個至少10次)，取平均值，繪制標準曲線，獲得標準曲線方程及相關(guān)系數(shù)。

2)樣品

取自來水、河水、桶裝水做樣品。學生也可自帶樣品水樣。渾濁水樣必須先過濾。

2.4廢液回收

將實驗中產(chǎn)生的廢液倒入廢液瓶，標注實驗日期及廢液成分。

3　結(jié)束語

本文以流動注射化學發(fā)光儀為例，開展儀器分析實驗課程的教學研究與改革。所有的實驗步驟、儀器操作及實驗條件均由學生自己摸索完成，教師從旁指導。此種模式打破了傳統(tǒng)的 “教師教、學生學”的實驗教學模式，以儀器為著眼點，學生可以根據(jù)自己的想法完成實驗，教師可以根據(jù)學生的不同情況加以引導，促進學生對儀器理論和實踐知識的理解。

[1] 譚芳. 儀器分析課程開放實驗項目的設計與實施[J]. 實驗科學與技術(shù)，2014, 12(3): 110-111.

[2]趙燕芳, 張諾, 魏琴, 等. 流動注射化學發(fā)光法在分析化學中的研究與應用[J]. 光譜學與光譜分析，2010, 30(9): 2512-2517.

[3] 胡玉斐, 賴瑢, 李攻科. 關(guān)于化學發(fā)光演示實驗的探討[J]. 大學化學，2011,20(6): 49-51.

[4] 周敏, 燕廷, 滕久委, 等. 流動注射溴化鉀-魯米諾-過氧化氫化學發(fā)光體系檢測飲用水中鉻(CrⅢ)[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2011, 37(2): 172-175.

Exploration on Experimental Teaching Reformation for Instrumental Analysis Focused on Instruments

XIONG Qing, GUO Caihong, SONG Hongjie, LI Lan, XU Zemin, PU Xuemei

(College of Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, China)

The course of instrumental analysis experiment is the main means to cultivate students’ performance ability. We took the instrument of Flow Injection Chemiluminescence as an example to explore the reform of instrumental analysis experiment course. Based on the obvious sensitization of potassium bromide on the chemiluminescent reaction in the system of luminol-H2O2-chromium (CrⅢ)，a sensitive chemiluminescent method for fast determination of (CrⅢ) in water with flow injection technique is developed as the undergraduate students’ chemical experimental subject. Well-developed methods in scientific research are also imported into instrumental analysis experiment teaching, and students have to explore the instrument and experimental conditions by themselves.

instrumental analysis experiment; experimental teaching; flow-injection; chemiluminescence

2014-10-15

國家自然科學基金資助項目(j1103315)；四川大學實驗技術(shù)基金資助項目。

熊慶(1983-)，女，碩士，實驗師，研究方向：儀器分析實驗。

郭彩紅(1980-)，女，碩士，實驗師，研究方向：儀器分析實驗。

G642.0；O6-32

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.017