原子吸收光譜法引導(dǎo)—探究實(shí)驗(yàn)課的研究

蔡 晶

原子吸收光譜法引導(dǎo)—探究實(shí)驗(yàn)課的研究

蔡 晶

參考近幾年外文文獻(xiàn)，介紹了原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究學(xué)習(xí)方法，闡述其對國內(nèi)原子吸收光譜法教學(xué)的啟示。

引導(dǎo)-探究；原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是一種用于測定元素的分析技術(shù)，[1]具有以下優(yōu)勢：靈敏度高、檢出限低；測量精度好；選擇性好；分析速度快、應(yīng)用范圍廣；儀器比較簡單，操作方便，價(jià)格低廉，一般實(shí)驗(yàn)室都可配備等。

實(shí)驗(yàn)課是科學(xué)教育中重要的組成部分，實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)對科學(xué)概念的理解，提高學(xué)生對問題的解決能力。引導(dǎo)—探究實(shí)驗(yàn)是一種靈活的科學(xué)教育方法，教師根據(jù)學(xué)生的知識水平提供課題，學(xué)生通過自己實(shí)驗(yàn)、探索、分析、研究得出結(jié)論。

一、案例1：測定常見食物樣品中的Fe[2]

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：2010年入學(xué)的11個(gè)相關(guān)專業(yè)大學(xué)生，女性占55%，分兩組，要求每組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)及完成鐵元素樣品的測定。雖然學(xué)生作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，但每一個(gè)學(xué)生都要寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

試劑材料及樣品采集：硝酸（分析純，不含金屬）、濾紙、鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液、Fe空心陰極燈；A組采集植物性食物（車前草、菠菜、大豆、燕麥、谷物），B組采集動物性食物（完整的魚和雞），樣品在采集制備過程中要避免污染。

樣品制備和儀器分析：稱取一定量的樣品，用6mol硝酸在通風(fēng)櫥中消化3 h，冷卻至室溫，用滴管將試樣消化液洗入或過濾入容量瓶中，用水少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度。從Fe的標(biāo)準(zhǔn)儲備液中制備6種鐵的標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過使用空氣-乙炔混合氣體作為燃燒器的原子吸收分光光度計(jì)（Shimadzu,AA-6300）分析繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，高回歸系數(shù)證明校準(zhǔn)曲線的線性，在同等條件下測樣品的吸光度，平行測3次得到Fe的含量。

危險(xiǎn)注意：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中帶護(hù)目鏡和手套，處理濃硝酸時(shí)要小心。

結(jié)果與討論：表1是原子吸收分光光度計(jì)的設(shè)置參數(shù)，A組（表3）和B（表2）組學(xué)生根據(jù)這個(gè)參數(shù)檢測出樣品的中Fe的含量。

表1 測定Fe元素的工作參數(shù)

實(shí)驗(yàn)評價(jià)：完成實(shí)驗(yàn)以后，學(xué)生自愿參加調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)比起傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，G-I實(shí)驗(yàn)更有趣、更富有挑戰(zhàn)性；學(xué)生喜歡團(tuán)隊(duì)工作，在團(tuán)隊(duì)工作里每個(gè)人都分配任務(wù)，增強(qiáng)了個(gè)人的責(zé)任意識；學(xué)生通過討論，分享成功的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)；親手制備樣品和操作儀器，更好地理解課堂上學(xué)的理論知識。

每種金屬都有它的標(biāo)準(zhǔn)和檢測限，要讓學(xué)生檢測多種金屬元素來證明原子吸收分光光度計(jì)不是單一技術(shù)；另外通過大量分析同一種食物得出不同樣品之間的金屬元素含量存在著不同。針對同一食物樣品，測定多種元素，我們選定了蘑菇作為樣品，因?yàn)槟⒐绞呛薪饘僭乇容^豐富的食物，所含有的 Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是對人體有益，但Pd、Cd對人體是有害的。

二、案例 2：測定蘑菇樣品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni元素[3]

實(shí)驗(yàn)過程：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，從當(dāng)?shù)厣痰曩I來蘑菇，切碎，在70℃烤爐下干燥至恒重，稱取一式三份樣品0.5g，在室溫下用20ml濃硝酸處理幾個(gè)小時(shí)。然后緩慢加熱至65℃，直至完全液態(tài)化，冷卻后，用滴管將試樣消化液洗入或過濾入容量瓶中，用水少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至30.0ml。用同樣的方式制備空白試劑。

表2 B組的檢測結(jié)果

表3 A組的檢測結(jié)果

用超純水稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,用Varian240Fs火焰原子吸收分光光度計(jì)及相應(yīng)的空心陰極燈分析。

危險(xiǎn)注意：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中帶護(hù)目鏡和手套，處理濃硝酸時(shí)要小心。

討論：蘑菇樣品中各金屬的含量。

實(shí)驗(yàn)評價(jià)： 蘑菇樣品中的 Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni是食品分析中常用的檢測項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生對于Pd、Cd含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出食品安全標(biāo)準(zhǔn)表示很驚訝，這是促進(jìn)他們探究的很好方式。

三、對原子吸收光譜法教學(xué)的啟示

通過了解國外原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，得出對原子吸收光譜法教學(xué)的一些啟示：

首先，原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究的課題要充分聯(lián)系生活實(shí)際。案例中引導(dǎo)-探究實(shí)驗(yàn)檢測一些食物中的Fe含量，因?yàn)殍F是人體中最重要的微量元素之一，在人體中具有造血功能，參與血蛋白、細(xì)胞色素及各種酶的合成，促進(jìn)生長，還在血液中起運(yùn)輸氧和營養(yǎng)物質(zhì)的作用。食品安全問題也是現(xiàn)在比較熱門的話題，學(xué)生挑選蘑菇作為他們的樣品，檢測Pd、Cd有沒有超標(biāo)，很容易激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性，增加他們的好奇心，促進(jìn)他們進(jìn)一步探究。

其次，原子吸收光譜法引導(dǎo)-探究問題的難度要適度，要符合學(xué)生的思維能力。一些食物樣品中Fe的原子吸收光譜法測定和蘑菇樣品中Pd、Cd、Zn、Fe、Mn、Cu、Ni的測定還具有可操作性，學(xué)生在適時(shí)給予指導(dǎo)的情況下，能獨(dú)立選擇、準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)及最終完成實(shí)驗(yàn)，因此被引入實(shí)驗(yàn)中。因?yàn)樵游辗止夤舛扔?jì)是高端儀器，學(xué)生個(gè)人完成比較困難，所以小組合作效果更好。研究證明，在小組合作實(shí)驗(yàn)中焦慮情緒更少，學(xué)生分享實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提高了他們的批判性思維、問題解決能力、領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

表4 蘑菇樣品中各金屬的含量（mg/kg）

最后，教師要將安全知識、可能會遇到的故障和陷阱提供給學(xué)生。雖然重點(diǎn)放在學(xué)生探究上，但實(shí)驗(yàn)室里安全、材料準(zhǔn)備、儀器設(shè)備的詳細(xì)說明及故障排除是不能忽視的。

[1]曾泳淮，林樹昌.分析化學(xué)（儀器分析部分）[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，浙江金華廣播電視大學(xué)助理講師，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)教學(xué)。

[責(zé)任編輯 陳國平]