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高效液相色谱在高校实验教学课程中的应用研究

发布时间:2021-02-03 11:29人气:
 
 
       随着国家经济实力的提升,现代科学技术得到了飞速发展,高效液相色谱技术作为一种重要的分离分析技术,在药学、食品科学、环境科学等各个领域的研究中发挥着举足轻重的作用。同时,随着国家对高等教育的投入日益增大,高校的硬件和软件设施都有了明显的改善和提高[1]。例如,实验设备经费投入的增加,使得各高校大型仪器设备的购买数量剧增,这极大地改善了各高校实验教学和科研条件,其中在药学相关专业的实验室中增加最多的是高效液相色谱仪。虽然高效液相色谱技术是药学相关专业《药物分析》、《分析化学》、《仪器分析》等课程中的必修内容,但面对众多的药学及相关专业学生,高效液相色谱仪这种大型仪器就显得尤为不足,上机实践操作时至少是4~5人一组,甚至更多,大多数学生根本没有亲自动手的机会,实验课变成了参观课。因此,多渠道拓宽学生接触并学会应用这类大型仪器尤为重要。
 
贵州大学实验室开放项目是由校实验室设备管理处设置的,全校实验系列专职人员均可申请,面向全校学生开放的教学计划外的实验教学项目。受课时少和仪器数量少等因素制约,本科学生很少有独立直接接触高效液相色谱这类大型精密仪器。本文通过开展贵州大学实验室开放项目,将高效液相色谱仪引入药学本科实验教学中,拓宽学生接触并学会应用高效液相色谱仪的机会,将实验教学与科学研究相结合,增加高效液相色谱仪对本科生的开放度,强化学生动手能力,提高仪器设备的使用效率。
1 高效液相色谱简介
 
高效液相色谱技术始于20世纪60年代末期,在气相色谱和经典液相色谱法基础上发展起来的新型分离分析技术[2],具有高压、高效、高灵敏度、分析精准、快速及应用范围广等特点,其仪器主要由输液泵、进样器、色谱柱、检测器和数据处理系统等组成,各实验室可根据经费及实际需求,还可配置多元泵梯度洗脱装置、在线脱气机、自动进样器、馏分收集器、柱温控制箱,甚至不同功能的检测器等。高效液相色谱法按分离原理分类,可分为离子色谱、吸附色谱、分配色谱、亲和色谱、体积排阻色谱[2,3]。根据固定相与流动相极性不同,可分为正相色谱与反相色谱。目前,最常用的是反相色谱,即采用极性流动相和非极性固定相对样品进行分离分析的方法。
2 高效液相色谱实验中常见问题
 
在高效液相色谱的实验教学中,受仪器数量和课时少等因素的限制,加上实验学生人数多,为节省时间,教师会在课前优化好色谱条件,学生进入实验室前老师将开机、平衡色谱柱等所有工作准备就绪,甚至连流动相都不需要学生动手配制,更有甚者,进样操作都由老师演示完成,学生只需得到色谱图,这样实验课绝大部分都是由教师理论讲述或演示,实验课变成了理论课和参观课。整个课程结束,学生无法熟悉仪器构造及整个操作流程,仍然对高效液相色谱分析方法一知半解,更难以理解抽象的基础理论知识,更加不具备独立操作的能力;这样的教学方式,很难激发学生兴趣,调动不了学生积极性,学生缺乏主动性,难以进行独立思考,不利于学生独立操作实践、创新思维和科研能力的培养。
3 高效液相色谱仪引入实验室开放项目
 
将高效液相色谱仪引入高校实验室开放项目实验教学中,结合贵州省生化中心特色,以典型高效液相色谱分析操作案例(如银杏内酯、银杏黄酮、银杏有机酸等)为示范,重点讲解操作原理及注意事项,边讲解边演示,以学生为中心,充分发挥学生自主性,提高学生的实际动手操作能力。通过完成发酵产物、银杏内酯、银杏黄酮及银杏有机酸等成分的高效液相色谱分析,将高效液相色谱仪的仪器结构、工作原理等抽象复杂的理论知识具体化,提高了学生对高效液相色谱分析的认识水平和实践操作能力,以激发学生较好的科研能力和综合素养,同时提高大型仪器设备的使用效率。
 
将高效液相色谱仪引入实验室开放项目的实验设计安排可以分为以下几个部分:
 
(1)高效液相色谱仪基本结构的认识。带领学生逐一参观贵州省生化工程中心不同型号不同配置的6台高效液相色谱仪,并对各台仪器包括输液泵、进样器、色谱柱、检测器及工作站等进行了详细的介绍,让学生熟悉各台仪器的操作规程和使用注意事项。通过参观,使学生熟悉和了解高效液相色谱仪的基本结构,基本功能,各检测器的适用范围等,使每个学生都能熟悉高效液相色谱仪的整个操作流程;将抽象的高效液相色谱的基础理论知识具体化,为提高学生的实践动手能力奠定基础。
 
(2)训练和规范基本实验技能和操作方法。在高效液相色谱的实验教学中,常见的问题有物质的称量是否合理、流动相过滤膜的选择是否合适、色谱柱方向是否相反、平衡时间是否充足等,学生只有充分掌握了这些细节要点,才能更好的开展实验,否则在后续的实验中就很难获得理想的实验结果。因此,本次开放项目基础实验部分以HD13菌株发酵产物、银杏内酯、银杏黄酮及银杏有机酸的测试为实例,共涉及6个实验内容,分别是:(1)流动相的配备及基本设备的准备与使用;(2)不同样品的预处理;(3)色谱柱的安装与拆卸;(4)分析系统的开启及注意事项;(5)色谱柱的平衡及冲洗;(6)色谱图的处理。本阶段目的主要是培养学生基本实验技能和正确操作方法,为获得正确的实验原始数据和开展设计型综合实验奠定基础。由于学生对高效液相色谱仪操作比较生疏,因此,实验前教师先让学生掌握实验的基本原理和试验方法,然后边讲解边示范,并重点讲解容易出错的环节或步骤,使学生能够对比和分析正确和错误的操作,加深学生学习印象。学生实验时,一般2~3人一组,教师全程陪同并逐一检查,及时指出并纠正错误的地方。
 
(3)结合中心科学研究,开展高效液相色谱设计型综合实验。本次开放项目设计型综合实验是本实验课教学重点部分,内容包括2个:(7)药用植物中黄酮类成分的含量测定;(8)高效液相示差法测定的实例及注意事项。在设计型综合实验中,实验“设计”是本次项目的重点,在给定的两个范围内,实验分组进行,学生自行组合,2~4人一组,各组自行协商,分工协作,查询资料,选定研究对象并设计实验方案,经小组讨论后,交教师指导批阅同意后,选定相应的高效液相色谱仪开始实验,并完成实验数据的记录以及数据分析和处理。在整个实验教学过程中,学生是“主体和中心”,教师只从旁指导,重点培养学生独立思维能力、团队意识和合作能力、创新能力,其培养目标更符合当代社会对大学生的能力培养的需求。
 
(4)高效液相色谱仪常见故障的实时处理。在高效液相色谱的实验教学中,受仪器数量和课时少等因素的限制,加上实验学生人数多,教师很难兼顾到仪器故障处理这方面的教学,而常见故障的处理是正确使用高效液相色谱和延长其使用寿命的必备技能。在本次的实验室开放项目中,把高效液相色谱仪使用过程中常见的堵和漏问题纳入学习的重要环节,将仪器容易出现堵和漏问题的原因、故障表现形式、易出现故障部位、注意事项等逐一进行详细讲解,重点讲解容易出错的环节,并进行示范,鼓励学生动手排查故障,使学生能够独立处理这些故障,保证仪器的正确正常运行,培养学生独立操作高效液相色谱仪能力。
4 结束语
 
在学校的开放项目资助下,将大型仪器高效液相色谱引入到实验室开放项目中,可打破本科高效液相色谱的实验教学中仪器数量少和实验课时少等因素的限制,可以很好地提高药学相关专业学生正确使用高效液相色谱仪的实践能力,有效延长高效液相色谱仪的使用寿命;使学生在今后的学习和工作可以独立操作高效液相色谱仪;通过本项实验教学改革,提高了大型仪器高效液相色谱仪的共享效率,有效拓宽了学生接触并学会应用高效液相色谱仪的渠道,为增强我校药学相关专业毕业学生的就业竞争综合实力提供助益。
 
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