以仪器为重点的仪器分析实验教学改革

熊　庆，郭彩红，宋红杰，李　兰，徐泽民，蒲雪梅

(四川大学　化学学院，成都　610064)

以仪器为重点的仪器分析实验教学改革

熊庆，郭彩红，宋红杰，李兰，徐泽民，蒲雪梅

(四川大学化学学院，成都610064)

仪器分析实验教学是培养学生实验操作能力的重要环节。以流动注射化学发光仪为例，基于溴化钾对鲁米诺—过氧化氢—Cr(Ⅲ)化学发光反应有较强的敏化作用，结合流动注射技术，以快速监测水中的Cr(Ⅲ)作为本科生实验课题；将科研中一些成熟的方法引入到化学仪器分析实验教学中，由学生自己动手，摸索仪器与实验条件，提高学生对化学仪器原理、方法、操作等的理解，探索仪器分析实验改革模式。

仪器分析实验；实验教学；流动注射，化学发光

仪器分析实验课程是四川大学化学、化工、药学等很多专业必修的基础实验课之一，具有很强的实践性与操作性。近年来，根据仪器分析实验教学的特点，我们在实验仪器的更新，实验内容的安排，学生分组的设置，课程的考核等方面都有一定的改进，但总体而言，学生在实验操作中依然处于被动地位，仪器操作时间较短，动手能力比较欠缺，仪器分析理论知识与实践有所偏差[1]。本文以流动注射化学发光仪为例，基于溴化钾对鲁米诺—过氧化氢— Cr(Ⅲ)化学发光反应有较强的敏化作用，结合流动注射技术，以快速监测水中的Cr(Ⅲ)作为本科生实验课题，将科研中一些成熟的方法引入到化学仪器分析实验教学中，由学生自己动手，摸索仪器与实验条件，提高学生对化学仪器原理、方法、操作等的理解，探索仪器分析实验改革模式。

流动注射分析(flow injection analysis,FIA)是一种溶液自动分析及处理技术，可与一些传统的检测方法结合，显著提高这些方法的分析性能[2]。FIA是把一定体积的试样液体间歇地注射到(一个运动着的无空气间隔的)由适当液体组成的连续载流中，被注入的试样初始是一个“塞”，被载流推动进入反应管道，试样塞在向前运动过程中靠对流和扩散作用被分散成一个具有浓度梯度的试样带；试样带与载流中的某些组分发生化学反应形成某种可以检测的物质，然后，被载带到一个检测器中连续地记录处于物理和化学非平衡状态的特定信号参数。

化学发光现象是化学反应的反应物或生成物吸收了反应释放的化学能后所产生的光辐射现象[3]。其发光机理是反应体系中的某些物质分子(如反应物、中间体或荧光物质)吸收了反应释放的能量而由基态跃迁至激发态，再从激发态返回基态，同时，将能量以光辐射的形式释放出来，产生化学发光。化学发光分析法是根据化学发光反应在某一时刻的发光强度或发光总量来确定反应中相应组分含量的分析方法。

铬(chromium，Cr)及其化合物是电镀工业产生的主要污染物，是工业污染治理的主要对象[4]。Cr(Ⅲ)是人体所需的微量生理活性元素，对人体健康起着较为重要的作用，但铬化合物浓度高时会带来毒性。环境中的铬主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)两种状态存在。Cr(Ⅵ)为强氧化剂，对皮肤、黏膜有刺激和腐蚀作用，已确认为致癌物，其毒性是Cr(Ⅲ)的100 倍；Cr(Ⅵ)不太稳定，在正常 pH 值的饮用水中可转化为稳定性稍强但仍有毒性的Cr(Ⅲ)。

1　实验设计

1.1实验原理

鲁米诺—过氧化氢—Cr(Ⅲ)体系在碱性条件下产生很强的化学发光，溴化钾对其发光反应有较强的敏化作用，结合流动注射技术，利用乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)作掩蔽剂，可有效地消除水体中Fe2+、Fe3 +、Cu2 +、Ca2 +、Zn2+等金属离子对测定Cr(Ⅲ)的干扰，从而建立溴化钾—鲁米诺—过氧化氢— Cr(Ⅲ)化学发光体系测定Cr(Ⅲ)的分析方法。

1.2实验主要仪器与试剂

1.2.1仪器

西安瑞迈IFFM-E流动注射化学发光分析仪。

1.2.2试剂

2　实验步骤

2.1仪器流路连接及工作参数选择

打开电脑和仪器主机，编辑设定各种参数，按图1方式连接流动注射管线。图1中，a：NaCO3-NaHCO3+EDTA； b：H2O2； c：鲁米诺+KBr；d：样品。

图1　流动注射化学发光法测定 Cr(Ⅲ)流路示意图

将NaCO3-NaHCO3缓冲溶液与EDTA混合溶液、H2O2分别通过a和b通道由主泵泵入，经三通阀混合；同时，鲁米诺溶液与溴化钾的混合液、样品溶液分别通过 c 和 d 通道由副泵泵入，经三通阀混合。上述溶液混合后，进入反应池反应产生化学发光信号，由光电倍增管检测，信号经放大器放大，进入计算机处理。据此得到最大且重复性较好的发光信号。在光电倍增管负高压为 500 V 的条件下，设定流动注射化学发光分析仪的工作参数。

2.2实验条件选择

1)鲁米诺浓度的选择

测试鲁米诺溶液浓度在1.0×10-5～1.0×10-3mol/L 内与体系化学发光强度的关系，确定最佳鲁米诺溶液的浓度。

2)H2O2浓度的选择

测试H2O2在浓度1.0 ×10-4～1.0 ×10-1mol/L内与体系化学发光强度的关系，确定最佳过氧化氢溶液的浓度。

3)KBr浓度的选择

测试KBr浓度在浓度0 ～ 3.0 mol/L 内与体系化学发光强度的关系，确定最佳KBr溶液的浓度。

2.3样品测定

1)标准曲线

移取1.0×10-5mg/L Cr(Ⅲ)标准储备液到50 mL 容量瓶中，用水定容，充分摇匀，得Cr(Ⅲ)标准溶液。按选定最佳鲁米诺浓度、KBr浓度、H2O2浓度，将0.05 mol/L NaCO3-NaHCO3缓冲溶液及2×10-4mol/LEDTA溶液1︰1混合以后，进行测量，测定各标准溶液的发光强度(每个至少10次)，取平均值，绘制标准曲线，获得标准曲线方程及相关系数。

2)样品

取自来水、河水、桶装水做样品。学生也可自带样品水样。浑浊水样必须先过滤。

2.4废液回收

将实验中产生的废液倒入废液瓶，标注实验日期及废液成分。

3　结束语

本文以流动注射化学发光仪为例，开展仪器分析实验课程的教学研究与改革。所有的实验步骤、仪器操作及实验条件均由学生自己摸索完成，教师从旁指导。此种模式打破了传统的 “教师教、学生学”的实验教学模式，以仪器为着眼点，学生可以根据自己的想法完成实验，教师可以根据学生的不同情况加以引导，促进学生对仪器理论和实践知识的理解。

[1] 谭芳. 仪器分析课程开放实验项目的设计与实施[J]. 实验科学与技术，2014, 12(3): 110-111.

[2]赵燕芳, 张诺, 魏琴, 等. 流动注射化学发光法在分析化学中的研究与应用[J]. 光谱学与光谱分析，2010, 30(9): 2512-2517.

[3] 胡玉斐, 赖瑢, 李攻科. 关于化学发光演示实验的探讨[J]. 大学化学，2011,20(6): 49-51.

[4] 周敏, 燕廷, 滕久委, 等. 流动注射溴化钾-鲁米诺-过氧化氢化学发光体系检测饮用水中铬(CrⅢ)[J]. 食品与发酵工业, 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

国家自然科学基金资助项目(j1103315)；四川大学实验技术基金资助项目。

熊庆(1983-)，女，硕士，实验师，研究方向：仪器分析实验。

郭彩红(1980-)，女，硕士，实验师，研究方向：仪器分析实验。

G642.0；O6-32

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.017