王雪 唐鋮

[摘 要] 儀器分析實驗是藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，氣相色譜是儀器分析中大型精密儀器的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥化工的各個領(lǐng)域。通過改革和完善氣相色譜的實驗教學(xué)，達(dá)到醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)實驗性人才的目的。從儀器分析課程——氣相色譜實驗的現(xiàn)狀和存在的弊端出發(fā)，對實驗教學(xué)方案，包括實驗用化合物和實驗設(shè)計進行了改革和實踐。此項教學(xué)改革案例加深了學(xué)生的色譜理論知識，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的實踐能力、分析解決問題能力和創(chuàng)新能力，進一步提升學(xué)生的就業(yè)競爭力。

[關(guān)鍵詞] 實驗教學(xué)改革;儀器分析;氣相色譜

[基金項目] 2018年度天津市自然科學(xué)基金“基于新型細(xì)胞膜磁性微球技術(shù)的四逆湯配伍機制研究”（18JCYBJC95100）

[作者簡介] 王 雪（1986—），女，山西孝義人，博士，天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院實驗中心實驗師，主要從事儀器分析教學(xué)與科研、實驗室管理研究;唐 鋮（1980—），男，天津人，博士，天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院實驗中心副教授（通信作者），主要從事中藥藥效物質(zhì)研究。

[中圖分類號] O632 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）29-0061-04 ? [收稿日期] 2021-04-02

儀器分析是化學(xué)學(xué)科的一個重要分支[1]，是

采用比較復(fù)雜或者特殊的儀器設(shè)備，通過檢測物質(zhì)的某些物理或者物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來獲取物質(zhì)的化學(xué)組成，成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類方法[2]，是藥學(xué)、檢驗等相關(guān)專業(yè)本科實驗教學(xué)的一個重要課程。氣相色譜是儀器分析分類中的重要部分。氣相色譜的概念在1952年由James和Martin首次提出[3]，同時發(fā)明了首臺氣相色譜儀，用于檢測脂肪酸的分離。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，氣相色譜廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域[4，5]，食品分析[6，7]，環(huán)境質(zhì)量檢測[8，9]，醫(yī)藥工業(yè)[ 10，11 ]，考古發(fā)掘[ 12，13 ]等各個領(lǐng)域。

氣相色譜的發(fā)展在色譜領(lǐng)域可謂獨領(lǐng)風(fēng)騷，目前在天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院和檢驗學(xué)院四個專業(yè)（藥學(xué)、藥物制劑、臨床藥學(xué)、檢驗）的本科實驗教學(xué)中，設(shè)置了《苯和甲苯的氣相色譜分離和甲苯含量測定》的實驗，實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解氣相色譜儀的工作原理、儀器組成和使用方法;掌握氣相色譜法的定性方法和內(nèi)標(biāo)法定量的方法。作為一項重要的儀器分析手段，在實際教學(xué)中，由于主客觀條件的限制[ 14 ]，存在著實驗用化合物毒性較大，課時短，以演示實驗為主，實驗設(shè)計單一，結(jié)果分析偏向理論等問題。因此，考慮到提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，增強實踐操作能力，引導(dǎo)學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)問題解決問題，我們對氣相色譜課程安排及教學(xué)進行了改革。

一、目前實驗教學(xué)存在的問題及改革對策

（一）實驗用化合物調(diào)整

氣相色譜主要用于檢測極性較小的一類化合物，在各學(xué)校教學(xué)中使用的常為苯系化合物苯和二甲苯的分離分析，這一類化合物被稱為“芳香殺手”，對人類具有強致癌性[1]。同時，實驗室存在通風(fēng)設(shè)備老化等問題，因此，出于對學(xué)生以及實驗教師自身健康的考慮，結(jié)合氣相色譜在職業(yè)病檢測[ 15] 和法醫(yī)檢測[ 16 ]方面的應(yīng)用，我們將分析物進行了調(diào)整，進行醇類化合物（甲醇、乙醇）的分離分析。樣品采用大鼠酒精灌胃后眼球取血，進一步通過血液樣品處理獲得[ 17 ]。這一改革豐富了學(xué)生對生物樣品前處理的直觀認(rèn)識，初步在氣相色譜實驗中引入與藥理學(xué)的學(xué)科交叉，增強學(xué)生對藥學(xué)院課程的融會貫通。

（二）實驗設(shè)計調(diào)整

由于只有3學(xué)時的課程安排，且受到儀器分析中儀器設(shè)備臺數(shù)（只有1臺）的局限，我們進行了實驗調(diào)整，將儀器的利用價值最大化。

第一，讓學(xué)生充分了解儀器構(gòu)造。在實驗演示過程中將儀器配件，包括進樣系統(tǒng)的進樣隔墊、玻璃襯管、密封圈、分離用毛細(xì)管柱、頂空進樣的設(shè)備等進行展示，讓學(xué)生近距離接觸儀器，克服對精密儀器的恐懼心理，建立貴重儀器敢動手的信心。

第二，進樣方式。在傳統(tǒng)手動進樣的基礎(chǔ)上增加頂空進樣，既保證學(xué)生有動手操作的機會和對氣相色譜進樣“三快”（插入速度、停留時間、拔出速度）[ 18 ]的理解，又讓學(xué)生對氣相色譜頂空進樣這種進樣方式有更深入的認(rèn)識。同時，手動進樣時采用內(nèi)標(biāo)一點法進行定量，頂空進樣采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量，此舉可以引導(dǎo)學(xué)生對后續(xù)譜圖由于進樣方式不同引起的差異進行分析，理解由于定量方式不同造成的計算結(jié)果的差異。如圖1a、圖1b所示，手動進樣時，學(xué)生往往由于缺乏實踐經(jīng)驗和部分學(xué)生有緊張的情況，存在進樣針沒有扎到底，“三快”中出現(xiàn)停留，而導(dǎo)致峰形出現(xiàn)拖尾分叉等現(xiàn)象。自動頂空進樣（如圖1c）往往可以達(dá)到較好的效果。

第三，色譜條件的改變。主要是程序升溫條件的微調(diào)，激發(fā)學(xué)生對溫度影響保留時間的思考，體會程序升溫在氣相色譜分析法當(dāng)中的重要性。如圖2所示，100℃開始的程序升溫沒有達(dá)到分離效果，40℃保持5分鐘后以5℃/分鐘速率升溫的程序使得甲醇和乙醇的分離得到明顯改善。這主要是由于100℃時溫度遠(yuǎn)高于待分析化合物的沸點，使得其在毛細(xì)管柱中完全沒有保留。

（三）注意事項

使用氣相色譜儀時，開機務(wù)必注意先打開載氣至需要的壓力，然后再打開儀器主機，即開機先通載氣再通電，關(guān)機先斷電再斷氣，以免造成熱導(dǎo)檢測器熱敏元件等的損傷。手動進樣時，強調(diào)進樣速度的“三快”，以防色譜峰的變形。由于進樣時樣品量極微量，只有2μl，因此使用微量注射器時強調(diào)排氣泡的方法與手法，一定要謹(jǐn)防氣泡沒有排干凈。使用頂空進樣器進樣時，壓密封蓋的角度、力量也要著重演示，以免造成定量分析的誤差。此外，對于色譜柱的切割、安裝、更換、老化，均對照實物進行演示，加強學(xué)生在今后的科研及工作中使用氣相色譜儀的動手能力和分析問題解決問題的能力。