实用《仪器分析》教学应用

摘要：随着现代科学技术的不断进步以及其他交叉边缘新兴学科不断涌现，相关的新的仪器分析法已经成为非常热门的研究课题。所以，《仪器分析》已经成为一门具有发展性和前沿性的交叉学科，学科中涉及的现代分析技术在生物分析热点问题上有很强的应用性，已经成为仪器分析新的发展趋势，因此相应的课程教学应及时改革和更新。

关键词：仪器分析；生物分析；课程更新；教学改革

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0205-03

一、《仪器分析》学科概况

《仪器分析》是一门具有前沿性和发展潜力的交叉学科，涉及到电子学、物理学、计算机科学、化学、激光技术等多门学科与技术[1-2]。现今随着科学技术的飞速发展，新的分析仪器和分析方法不断地被创造出来。这些涉及仪器的方法在生物、临床、环境、药物、材料、物理等学科中得到广泛的应用，仪器分析已成为使学科相互渗透的重要手段之一。《仪器分析》课程的教学涉及的知识面较广且综合性较强，既包括各种仪器的结构原理、测试原理、应用范围，包括现代分析方法的物理和化学的机理，还包含定性定量分析方法等。此课程在高等学校有关专业中对培养学生分析、解决问题的能力和创新精神、掌握现代研究手段与方法具有重要的作用。结合教学目标，我们大致把仪器分析课程安排如下。理论课学时安排（注：按以下格式：第*章，内容，课时）：第一章，引言，1；第二章，气相色谱分析，5；第三章，高效液相色谱分析，4；第四章，电位分析法，5；第五章，伏安分析法，4；第六章，库仑分析法，4；第七章，原子发射光谱分析，5；第八章，原子吸收光谱分析，5；第九章，紫外吸收光谱分析法，5；第十章，红外吸光光度法，4；第十一章，核磁共振谱分析，4；第十二章，质谱分析，2；共48学时。实验课学时安排（注：按以下格式：序号，内容，课时）：一，气相色谱法，4*；二，高效液相色谱法，4*；三，离子选择电极分析，4；四，库仑分析，4；五，原子吸收光谱分析，4*；六（选一），紫外/可见吸收光谱分析法，4；七，红外吸光光度法，2；八，核磁共振谱分析，2；九，粘度测定法，4；十，凝胶电泳法，4；*必选，其他任选，共16学时。由安排可见，这门课程注重实践运用，最终的教学目标还是只在让学习完这门课程的学生能够利用所学习到的仪器分析手段进行科学研究。

二、现代分析技术新进展

随着相关学科新理论的逐步发展，以及现代科技的不断进步，各类仪器分析方法已经成为十分热门的研究课题。而我们选取的各种分析方法及仪器相结合和联用，要使测定更趋灵敏、准确和趋向自动化则对科研及分析人员的实践素质和实验能力提出了更高的要求[3]。同时基于计算机技术的应用，实现分析仪器的自动化，提高仪器处理和分析数据能力；基于数字图像处理系统来实现分析仪器图像处理功能的不断发展等方向已经成为仪器分析新的发展趋势。现代仪器分析建立在现代分析化学的新理论和新技术上，把光谱学、电化学、电子学、生物学、模糊数学、计算机软件等成功地运用到现代仪器上，极大地提高了仪器分析能力。例如分子光谱、原子光谱、色谱、激光光谱法、流动注射分析法、电化学极谱法、火焰光度分析等现代分析仪器或方法。

三、结合现代分析技术研究生物分析热点问题

《仪器分析》课程最显著的特点还在于它的内容新颖，需要跟进仪器分析研究方面的最新成果[4]，因此更新很快。随着分析化学学科本身的发展和与其他相关学科的交叉与渗透，分析化学的研究对象和研究方法手段等都有了很大程度的拓展。因此，在该课程教学过程中，教师除了讲清教学参考书上的知识外，应该根据培养学生的需要来拓展学生的知识面、激发学生的创新精神，所以需要时刻跟进国内外分析化学学科相关的最新研究成果，及时补充一些与仪器分析相关的新仪器、新技术、新手段等最新研究成果，从而加深其对相关理论知识的理解并增强实践运用能力。生命科学是世纪科学发展的结构重心和主导科学，与之相关的生物分析化学在现代分析化学中的重要地位毋庸置疑，生物分析化学在生命科学的研究和应用中将扮演越来越重要的角色。值得一提的是，DNA是生命相关学科重点研究的对象，而环境污染物进入环境后使环境的正常组成和性质发生改变，直接或间接有害于人类与生物，已成为环境化学重点研究的对象。PTS（持久性有毒化学污染物）被认为是21世纪影响人类生存与健康的重要环境问题。无论是斯德哥尔摩公约中确定的12类POPs（持久性有机污染物），还是美国EPA确定的12类PBT（难降解生物积累有毒污染物），以及EEDs，（环境内分泌干扰物）的研究都与环境污染物有关。因此，研究DNA与环境污染物之间的相互作用对于阐明污染物的生物效应机理具有重要的意义，而这一课题也正是生物分析研究的热点[5]。在生物大分子和生物活性物质领域，当前较多采用以免疫分析以及生物传感器、化学发光、质谱、核磁共振、化学修饰电极和生物电分析化学等为主体分析技术来研究生命过程中的化学和生物本质。目前用于研究DNA与环境中有机污染物间相互作用的现代分析技术主要有以下几种，如下表。

这样，在教学过程中将仪器分析的原理方法与现实社会热点问题结合起来，使学生从内心深处重视这门课程并认识到这门课程会给自己将来的工作带来有利的帮助。通过本课程的学习，学生将充分认识到生产和科研的发展，特别是生命科学和环境科学的发展，要求获得更多更全的信息，即从常量到微量分析，从痕量到超痕量分析，从组成到形态分析，从表观分布到逐层分析，从宏观到微观结构分析，从静态到动态追踪分析，从离线到在线分析等。仪器分析是生产和科研的眼睛，现代分析仪器是基于多学科的高技术产物，是高科技发展的基础和伴侣，在生物分析领域，有着不可磨灭的作用，相信在之后更新的科技成果研发上，不断发展壮大的仪器分析必将大展宏图。

四、思考与展望

课程教学方法的探索是一项长期、复杂的系统工程。目前，我国高校大力发展创新性教育，要做到这点，这就需要教师在教学活动过程中构建有特色的课堂教学模式来使教学内容更具实效性，从而能进一步开辟出一条以培养学生综合素质、动手能力和创新思维能力为宗旨的新教学路子[6]。对于《仪器分析》这门交叉性课程的教学也同样如此，甚至可以说要求更高更前沿。在教学过程中，将仪器分析的原理方法与现代生物分析热点问题结合起来，不但可以诱导学生产生强烈的学习愿望，还可以促使学生从仪器分析课程中去寻求解决问题的方法。由学生发挥主观主动性地去学习，带来的效果是往往其他任何教学方法无法比拟的。现代仪器分析技术正朝着精密、灵敏、自动化和适应特殊分析的方向迅速发展，而且还将吸取各种学科中的新思想、新理念，于是，一代代新的仪器分析技术将会不断涌现，而我们的理论和实验课程也应同步性地跟上时代发展的脚步，需要教师不断提高学术和科研水平，了解学科发展动态，在教学实践中独具慧眼，广积经验，为课程高质量完成提供硬件保障，为社会进步培养高素质科技人才！

参考文献：

[1]朱明华，胡坪.仪器分析（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2008：1-3.

[2]于俊生，郑修文，张剑荣，等.关于仪器分析课程教学的思考[J].大学化学，2002，17（4）：13-15.

[3]岳文瑾，吴之传，高建纲.近代测试技术课程教学方法的探讨[J].大学化学，2011，25（6）：34-36.

[4]杜甫佑，阮贵华，李建平，陶慧林，潘宏程.以《仪器分析》教学改革为契机，培养学生创新能力[J].广东化工，2011，39（3）：177-178.

[5]James R. Whiteside， Clare L. Box， Trevor J. McMillan， Sarah L. llinson.Cadmium and copper inhibit both DNA repair activities of polynucleotide kinase[J].DNA Repair.2010，（9）：83-89.

[6]姜波，权春善，朴永哲，刘长建，郑维，杨晓琴，李慧.《现代仪器与生物化学分析》课程教学改革与实践[J].中央民族大学学报（自然科学版），2011，20（1）：94-96.

致谢：感谢国家自然科学基金（No.20902048，20875047）以及2010年南京师范大学教育教学改革研究项目和分析化学精品课程项目及校名师培养工程项目的资助

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