原子吸收光谱法引导—探究实验课的研究

蔡 晶

原子吸收光谱法引导—探究实验课的研究

蔡 晶

参考近几年外文文献，介绍了原子吸收光谱法引导-探究学习方法，阐述其对国内原子吸收光谱法教学的启示。

引导-探究；原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是一种用于测定元素的分析技术，[1]具有以下优势：灵敏度高、检出限低；测量精度好；选择性好；分析速度快、应用范围广；仪器比较简单，操作方便，价格低廉，一般实验室都可配备等。

实验课是科学教育中重要的组成部分，实验可以培养学生的学习兴趣，加强对科学概念的理解，提高学生对问题的解决能力。引导—探究实验是一种灵活的科学教育方法，教师根据学生的知识水平提供课题，学生通过自己实验、探索、分析、研究得出结论。

一、案例1：测定常见食物样品中的Fe[2]

实验设计：2010年入学的11个相关专业大学生，女性占55%，分两组，要求每组设计实验步骤、准备实验及完成铁元素样品的测定。虽然学生作为一个团队，但每一个学生都要写一份实验报告。

试剂材料及样品采集：硝酸（分析纯，不含金属）、滤纸、铁标准溶液、Fe空心阴极灯；A组采集植物性食物（车前草、菠菜、大豆、燕麦、谷物），B组采集动物性食物（完整的鱼和鸡），样品在采集制备过程中要避免污染。

样品制备和仪器分析：称取一定量的样品，用6mol硝酸在通风橱中消化3 h，冷却至室温，用滴管将试样消化液洗入或过滤入容量瓶中，用水少量多次洗涤锥形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度。从Fe的标准储备液中制备6种铁的标准溶液，通过使用空气-乙炔混合气体作为燃烧器的原子吸收分光光度计（Shimadzu,AA-6300）分析绘制标准曲线，高回归系数证明校准曲线的线性，在同等条件下测样品的吸光度，平行测3次得到Fe的含量。

危险注意：学生在实验过程中带护目镜和手套，处理浓硝酸时要小心。

结果与讨论：表1是原子吸收分光光度计的设置参数，A组（表3）和B（表2）组学生根据这个参数检测出样品的中Fe的含量。

表1 测定Fe元素的工作参数

实验评价：完成实验以后，学生自愿参加调查，调查发现比起传统的验证性实验，G-I实验更有趣、更富有挑战性；学生喜欢团队工作，在团队工作里每个人都分配任务，增强了个人的责任意识；学生通过讨论，分享成功的实验经验；亲手制备样品和操作仪器，更好地理解课堂上学的理论知识。

每种金属都有它的标准和检测限，要让学生检测多种金属元素来证明原子吸收分光光度计不是单一技术；另外通过大量分析同一种食物得出不同样品之间的金属元素含量存在着不同。针对同一食物样品，测定多种元素，我们选定了蘑菇作为样品，因为蘑菇是含有金属元素比较丰富的食物，所含有的 Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是对人体有益，但Pd、Cd对人体是有害的。

二、案例 2：测定蘑菇样品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni元素[3]

实验过程：学生分组实验，从当地商店买来蘑菇，切碎，在70℃烤炉下干燥至恒重，称取一式三份样品0.5g，在室温下用20ml浓硝酸处理几个小时。然后缓慢加热至65℃，直至完全液态化，冷却后，用滴管将试样消化液洗入或过滤入容量瓶中，用水少量多次洗涤锥形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至30.0ml。用同样的方式制备空白试剂。

表2 B组的检测结果

表3 A组的检测结果

用超纯水稀释标准溶液，制作标准曲线,用Varian240Fs火焰原子吸收分光光度计及相应的空心阴极灯分析。

危险注意：学生在实验过程中带护目镜和手套，处理浓硝酸时要小心。

讨论：蘑菇样品中各金属的含量。

实验评价： 蘑菇样品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是食品分析中常用的检测项目，实验发现一些学生对于Pd、Cd含量远远超出食品安全标准表示很惊讶，这是促进他们探究的很好方式。

三、对原子吸收光谱法教学的启示

通过了解国外原子吸收光谱法引导-探究实验教学，得出对原子吸收光谱法教学的一些启示：

首先，原子吸收光谱法引导-探究的课题要充分联系生活实际。案例中引导-探究实验检测一些食物中的Fe含量，因为铁是人体中最重要的微量元素之一，在人体中具有造血功能，参与血蛋白、细胞色素及各种酶的合成，促进生长，还在血液中起运输氧和营养物质的作用。食品安全问题也是现在比较热门的话题，学生挑选蘑菇作为他们的样品，检测Pd、Cd有没有超标，很容易激发他们学习的积极性，增加他们的好奇心，促进他们进一步探究。

其次，原子吸收光谱法引导-探究问题的难度要适度，要符合学生的思维能力。一些食物样品中Fe的原子吸收光谱法测定和蘑菇样品中Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni的测定还具有可操作性，学生在适时给予指导的情况下，能独立选择、准备、设计及最终完成实验，因此被引入实验中。因为原子吸收分光光度计是高端仪器，学生个人完成比较困难，所以小组合作效果更好。研究证明，在小组合作实验中焦虑情绪更少，学生分享实验经验，提高了他们的批判性思维、问题解决能力、领导能力、沟通能力和团队合作能力。

表4 蘑菇样品中各金属的含量（mg/kg）

最后，教师要将安全知识、可能会遇到的故障和陷阱提供给学生。虽然重点放在学生探究上，但实验室里安全、材料准备、仪器设备的详细说明及故障排除是不能忽视的。

[1]曾泳淮，林树昌.分析化学（仪器分析部分）[M].北京：高等教育出版社，2004：55-57.

[2]Sayo O.Fakayode,Angela G.King,Mamudu Yakubu,Abdul K.Mohammed,and David A.Pollard.Determination of Fe Content of Some Food Items by Flame Atomic Absorption Spectroscopy(FAAS)：AGuided-Inquiry Learning Experience in Instrumental Analysis Laboratory[J].Chemical Education，2012（89）：109-113.

[3]Joseph MacNeil,Samantha Gess,Miranda Gray,Maureen McGuirk,and Sara McMullen.Mushroom Magic：Analysis ofMetals in a Familiar Food[J].Chemical Education，2012（89）：114-116.

[4]Donald L.Volz and Ray Smola.Investigating Chemistry through Inquiry：Experiments Using Open and Guided Inquiry Approaches[J].Chemical Education Today，2010（87） ：785.

G712

A

1674-7747（2013）09-0045-02

蔡晶，女，浙江金华广播电视大学助理讲师，主要研究方向为化学教学。

[责任编辑 陈国平]