大學(xué)分析化學(xué)中高效液相色譜實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

楊臘祥，姚蓋雄

(邵陽(yáng)學(xué)院 食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 邵陽(yáng) 422000)

分析化學(xué)是一門(mén)研究物質(zhì)化學(xué)組成的科學(xué)，包括定性、定量和結(jié)構(gòu)分析。作為化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，分析化學(xué)對(duì)化學(xué)其他學(xué)科的發(fā)展起著非常重要的作用，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防事業(yè)發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步都有著重要的意義[1]。因此，大學(xué)本科課程中分析化學(xué)的教學(xué)對(duì)于化學(xué)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生的培養(yǎng)顯得尤為重要。高效液相色譜法(HPLC)是分析化學(xué)中一種對(duì)液體中物質(zhì)成分進(jìn)行分析與檢測(cè)的重要方法。它具有進(jìn)樣壓力高、分離效率高、檢測(cè)器靈敏度高、不需要對(duì)樣品進(jìn)行萃取等特點(diǎn)。然而，由于HPLC是一種大型分析儀器，其操作相對(duì)一般容量分析要復(fù)雜得多。這對(duì)于大學(xué)本科教學(xué)提出了挑戰(zhàn)，即怎么樣才能在有限的課時(shí)(如4～6 h)內(nèi)，讓每一個(gè)學(xué)生能夠理解HPLC的工作原理及初步掌握操作步驟[2]。因此，本文的目的是針對(duì)目前HPLC教學(xué)中存在的實(shí)際問(wèn)題及其需要認(rèn)真注意的事項(xiàng)，提出相應(yīng)的教學(xué)改革方案，期望能夠提高HPLC的教學(xué)質(zhì)量。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇

相對(duì)于氣相色譜，HPLC更能夠適用于測(cè)定高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、相對(duì)分子較大的物質(zhì)，因此它能夠應(yīng)用于核酸、稠環(huán)芳烴、高聚物、農(nóng)藥、藥物、抗生素、表面活性劑等很大一部分化學(xué)物質(zhì)的分析檢測(cè)。然而，對(duì)于大學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)來(lái)說(shuō)，并不是所有的物質(zhì)都適合[3-4]。它需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)原則：首先，必須絕對(duì)保障學(xué)生的人身安全，因此所選取測(cè)定的物質(zhì)也必須安全可靠，即不能是易揮發(fā)、高毒性的物質(zhì)。其次，所選取的物質(zhì)不能是需要復(fù)雜的前處理，這樣才能保證在有限的課時(shí)內(nèi)把重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解完，而不是把大量的時(shí)間耗費(fèi)在前處理上面。再次，所選取物質(zhì)的響應(yīng)峰形要好、峰面積要足夠大，這樣能才給學(xué)生足夠的操作空間，即在有些操作不規(guī)范的情況下也能得到響應(yīng)峰用于分析。最后，所選取的物質(zhì)必須容易獲取，最好是和生產(chǎn)生活相關(guān)性比較大的物質(zhì)，這樣更有利于激發(fā)學(xué)生的興趣。例如筆者所屬學(xué)院開(kāi)設(shè)的“可樂(lè)中咖啡因的高效液相色譜分析”實(shí)驗(yàn)課程很好地滿(mǎn)足上述要求，所取得的教學(xué)效果也比較滿(mǎn)意。

2 高效液相色譜儀的選擇

表1 不同HPLC性能參數(shù)和教學(xué)特點(diǎn)的對(duì)比

目前高校一般都配備有大型分析儀器，而HPLC由于適用性比較好，一般都屬于標(biāo)配[5]。然而由于學(xué)校的經(jīng)濟(jì)條件的不同，所購(gòu)置的HPLC的性能和價(jià)格也大不相同。其中主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是帶有自動(dòng)進(jìn)樣器的進(jìn)口HPLC，如安捷倫1200系列、賽默飛U3000等；另一類(lèi)是手動(dòng)進(jìn)樣的國(guó)產(chǎn)HPLC，如舜宇1260A。表1列出了筆者所屬學(xué)院購(gòu)置的兩臺(tái)HPLC的性能參數(shù)和教學(xué)特點(diǎn)。雖然進(jìn)口HPLC性能要遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)HPLC，但對(duì)于本科教學(xué)來(lái)說(shuō)，其教學(xué)效果不一定要好于國(guó)產(chǎn)手動(dòng)的HPLC。其原因是兩種HPLC的原理是一樣的，這對(duì)于教學(xué)講解是沒(méi)有差別的，相反，手動(dòng)國(guó)產(chǎn)HPLC的大部分配件都裸露在外面可以進(jìn)行更加詳細(xì)的講解。其次是國(guó)產(chǎn)HPLC大部分都需要手動(dòng)操作，更有利于鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。另外，國(guó)產(chǎn)HPLC比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，維修也比較方便，一般不會(huì)耽誤正常教學(xué)。然而進(jìn)口HPLC對(duì)于教學(xué)來(lái)說(shuō)也有自身優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)省測(cè)定的時(shí)間，能在有限的課時(shí)內(nèi)把學(xué)生的樣品都測(cè)定完。另外，進(jìn)口HPLC所使用的色譜柱的分離效果都要明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)HPLC，而且可以同時(shí)測(cè)定多個(gè)波長(zhǎng)，這樣更有利于學(xué)生鍛煉參數(shù)的優(yōu)化操作。因此，對(duì)于HPLC儀器的選擇，要綜合考慮他們的特點(diǎn)，再根據(jù)所教學(xué)的人/組數(shù)進(jìn)行選擇。一般地，如果人/組數(shù)在20以?xún)?nèi)，可以使用國(guó)產(chǎn)HPLC進(jìn)行教學(xué)，更有利于鍛煉學(xué)生的操作能力;如果人/組數(shù)超20，則需考慮使用帶有自動(dòng)進(jìn)樣器的進(jìn)口HPLC進(jìn)行教學(xué)，這樣才能保證在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)把內(nèi)容講解完全。

3 測(cè)定方法的優(yōu)化

對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，HPLC的測(cè)定方法和一般的科學(xué)研究會(huì)有些不同的地方?？茖W(xué)研究一般都追求最好的精度，對(duì)于實(shí)驗(yàn)條件考慮較少，而教學(xué)實(shí)驗(yàn)除了要考慮檢測(cè)精度以外還需要考慮實(shí)驗(yàn)條件[6-7]。首先，對(duì)于流動(dòng)相一般采用無(wú)毒或者低毒的溶劑，如甲醇、去離子水等，而且有機(jī)相和無(wú)機(jī)相的配比要稍高，讓所測(cè)樣品的出峰時(shí)間保持在5 min以?xún)?nèi)，以保證在規(guī)定課時(shí)內(nèi)測(cè)定完所有的樣品。其次，進(jìn)樣量不要太高，這樣能保證較好的峰形，有利于學(xué)生自己分析測(cè)定結(jié)果。最后，盡量使用多波長(zhǎng)分析，讓學(xué)生觀察不同波長(zhǎng)對(duì)響應(yīng)峰的影響，有利于學(xué)生理解優(yōu)化吸收波長(zhǎng)對(duì)HPLC測(cè)定有機(jī)物的重要性。以筆者所屬學(xué)院開(kāi)設(shè)的“可樂(lè)中咖啡因的高效液相色譜分析”實(shí)驗(yàn)課程為例，其測(cè)定方法如下：測(cè)定儀器為帶有自動(dòng)進(jìn)行器的HPLC(賽默飛U3000)，分離柱為安捷倫C18液相色譜柱。流動(dòng)相為60%甲醇和40%水的混合物，流速為1 mL·min-1，進(jìn)樣量為10 μL，柱溫為40℃，檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm。圖1顯示了不同濃度咖啡因的HPLC響應(yīng)信號(hào)?？梢钥闯觯Х纫虻捻憫?yīng)信號(hào)較大，峰型較好，以峰面積做標(biāo)準(zhǔn)曲線，r2達(dá)到了0.999。保留時(shí)間約為3 min，很好滿(mǎn)足教學(xué)要求。

圖1 不同濃度咖啡因的HPLC響應(yīng)信號(hào)

4 總結(jié)

HPLC在分析化學(xué)中占有重要地位，給化學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生傳授好相關(guān)知識(shí)十分必要。因此，在安排和講授HPLC的過(guò)程當(dāng)中，老師們主要需要從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇、高效液相色譜儀的選擇和測(cè)定方法的優(yōu)化三個(gè)方面來(lái)考慮，從而進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。