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摘要:为了使学生掌握高效液相色谱技术,文章首先对分析化学教学中高效液相色谱实验教学现状进行了分析,然后分别从模拟样品教学;科研进教学和虚拟仿真教学三方面提出了实验教学改革策略。
关键词:分析化学;高效液相色谱;模拟样品
分析化学是一门实践性较强的学科,以解决实际问题为目的,因此,实验教学在分析化学这门课中具有重要地位[1]。高效液相色谱法(highperformanceliquidchromatography,HPLC)是20世纪60年代末在经典液相柱色谱法的基础上引入了气相色谱的理论和技术,采用高压泵、高效固定相,以及高灵敏度检测器发展而成的分离分析方法[2-4]。其具有分离效率高、选择性好、分析速度快、检测灵敏度高、操作自动化和应用范围广的特点。且由于HPLC色谱仪的商品化,现在已经成了食品、药品等质量控制的重要手段之一,也是药厂、检验机构的实验室基本配置之一[5-8]。所以,在贵阳中医学院药学院(以下简称“我院”)相关专业的本科教学中,尤其注重学生对色谱技术基本原理掌握及HPLC色谱仪使用技能的培养。目前传统的高效液相色谱本科实验教学中存在耗时长、柱效损耗较快等问题,本研究通过采用模拟样品、科研成果进教学及虚拟仿真实验进行检测,能使学生快速高效地掌握高效液相色谱技术。
一、分析化学教学中高效液相色谱实验教学现状
目前中医药院校高效液相色谱实验教学要求学生掌握仪器基本结构、使用方法、定性分析法及定量分析法,了解色谱条件的选择。通常实验是选择一个真实样品(如大黄、厚朴等),照现有的含量测定方法进行实验,一般一个组做完实验需要6~8个学时。
(一)学生不能参与色谱条件优化过程
由于分析样品为中药样品,中药成分复杂,如图1所示[9],为了实现目标峰的基线分离,对色谱条件的优化需要花费大量时间。样品前处理占1/10,色谱条件优化占5/10,进样测定占4/10,学生一般都不能在规定的时间内完成实验。带教教师为了实验的顺利进行,会提前把色谱条件优化好,到实验开始时学生只需要完成进样的操作。
(二)学生不能参与对照品的配置
一般在实验中,学生至少同时测定两个目标峰,某些中药样品的对照品较为昂贵,需要耗费大量教学资源。一般情况下,学生不能参与对照品的配置过程,由带教教师将对照溶液配置好,然后各组学生公用。
(三)采样时间较长
由于是中药样品,样品中成分较多,分析时间较长,一次进样的采集时间超过了40min,一个分析组共8次进样。实际采集时间在6小时以上。
二、分析化学教学中高效液相色谱实验教学探究
(一)模拟样品
采用色谱性能测试对照品混合微晶硅胶制备模拟样品。该类对照品的色谱行为较为稳定,在色谱柱上容易分离,可缩短色谱优化时间,每一个样品的分析时间也较短。如图2所示。由于图谱简单且容易重现,可以快速地改变各种色谱参数,从而使学生对色谱理论有更好地理解,对速率理论、分离度、对称因子、保留因子等理论参数,因为峰形的完整性,学生可以通过手算各个参数结果。该类对照品价格低廉,且纯度可靠,教师可以让学生亲自完成对照品溶液的配置,使学生的实验操作技能得到更多训练。
(二)科研进教学
中药化学成分复杂,可以将研究过程中精制纯化过的大类成分用于实验教学。如黄酮类成分、皂苷类、蒽醌类等,大类成分相对于粗提物化学成分减少,并将开发近成熟的条件给学生,使其继续优化,可以使学生掌握色谱条件优化方法,同时时间也不会太久。
(三)虚拟仿真教学
虚拟仿真实验是在计算机中呈现一个接近真实环境的虚拟场景,实验者可以借助其软件系统完成预定实验项目的方法[10-11]。通过虚拟仿真实验室的建设可以减少实验成本,减少危险实验的开设,实现优质资源共享[12]。在进行高效液相实验时,学生可以在虚拟仿真平台上进行图形化的理论学习,也可以进行称量、提取、进样、分离等“逼真”的操作体验,通过与慕课的结合,学生可以在移动客户端上提前预习,便于课上更好地理解实验原理和操作关键工艺点。
三、结语
在很多实验课程设计中,教师使用真实样品的初衷是希望让学生模拟真实的实验场景,但往往事与愿违。毕竟真实样品过于复杂,需要实验者具备极其专业的背景和经验才能完成。对于刚刚接触这门学科不久的本科生来说,实验课程的目的是使其充分掌握和理解理论本身,一味强调还原真实场景,导致学生在实验教学中学生没有时间思考实验背后的原理,那就得不偿失了。通过以上三种方法,学生可以把更多的精力集中到对色谱理论的理解当中,还可以进行样品处理、进样分离、数据处理全过程的训练,进样分离时可以进行多个梯度的调试,更便于学生理解摄谱理论。同时还可以降低实验成本,实现资源的合理配置。
作者:何席呈 潘炉台 吴珊珊 杜江 单位:贵阳中医学院药学院