對比教學法在《儀器分析》質(zhì)譜教學中的應(yīng)用*

苗 萌，李 佳，張靜怡，馮 婧，褚曉菊，芮 闖

(上海健康醫(yī)學院醫(yī)學技術(shù)學院，上海 201318)

在2013年四川大學華西公共衛(wèi)生學院舉辦的“全國高等學校衛(wèi)生檢驗與檢疫專業(yè)規(guī)劃教材第2輪修訂論證會”上，基于經(jīng)濟發(fā)展社會進步對專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，決定新增《儀器分析》教材?！秲x器分析》不僅是衛(wèi)生檢驗與檢疫本科專業(yè)的基礎(chǔ)課，同時是預防醫(yī)學、醫(yī)學檢驗、藥學、食品科學與工程、食品質(zhì)量與安全、生物科學、生物技術(shù)、環(huán)境科學等其他相關(guān)專業(yè)的必修課。其中“質(zhì)譜分析法”和“質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)”在《儀器分析》課程中屬重要模塊。質(zhì)譜部分教學通常按概述、基本概念和原理、儀器構(gòu)成和特點、技術(shù)方法、應(yīng)用進行的順序進行講授。但由于質(zhì)譜模塊信息量大，內(nèi)容復雜，再加上儀器迭代日新月異，原理各不相同，種類繁多，學生在學習過程中常感到困惑，為了讓上海健康醫(yī)學院衛(wèi)生檢驗與檢疫專業(yè)學生更好地掌握該門課程的相關(guān)技術(shù)，作者在質(zhì)譜教學模塊中引入對比教學法。

1 對比教學法定義及作用

對比教學法是指在教學過程中，通過分析教學內(nèi)容的異同和內(nèi)在聯(lián)系來制定教學方案，將一些相關(guān)、相似或有聯(lián)系和區(qū)別的教學內(nèi)容放在一起講授，促進學生理解、掌握和鞏固學習內(nèi)容，實現(xiàn)教學目的的一種方法[1-2]。

在課堂教學過程中，教師通過設(shè)計知識對比點，引起學生的學習興趣和好廳心，激發(fā)求知欲，拓寬思維，把零散、孤立的知識點集中串聯(lián)起來，從新角度對知識進行細化、分解和重組，對比復習已經(jīng)學過的內(nèi)容，可以更清晰地掌握知識脈絡(luò)，引發(fā)思考有利于培養(yǎng)學生分析、歸納、概括的能力，達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生發(fā)散思維的能力及鞏固知識的目的。良好的教學按秩序和氣氛提高儀器分析的教學效果[3-6]。

2 質(zhì)譜法

質(zhì)譜法(Mass Spectrometry，MS)是一種與光譜并列的廣泛使用的譜學分析方法，是通過制備、分離、檢測氣相離子來鑒定化合物的一種技術(shù)。其原理是使待測樣品中各組分在離子源中電離，生成不同荷質(zhì)比(m/z)的帶電荷離子，經(jīng)過加速電場形成離子束，再進入質(zhì)量分析器，利用電場及磁場使帶電離子發(fā)生不同的速度色散，分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。分析后可得到樣品精確的定量、定性結(jié)果從而獲得分子結(jié)構(gòu)信息、碎裂方式、化學特性等進一步信息[7]。

質(zhì)譜按工作氣壓常離子源可劃分為真空內(nèi)離子化技術(shù)和常壓離子化技術(shù)[8]。與傳統(tǒng)離子化技術(shù)相比，常壓離子化技術(shù)具有無需或較少樣品前處理、簡化分析過程、耗時短、直接進入質(zhì)譜分析、無需真空條件從而實現(xiàn)易操作設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，成為近些年質(zhì)譜研究應(yīng)用的熱點。

2.1 對比教學法在常壓離子化質(zhì)譜教學中的應(yīng)用

教師在講述質(zhì)譜模塊時，為了更直觀的對比幾種常壓質(zhì)譜技術(shù)，可引導學生繪制總結(jié)表，或以作業(yè)的形式下發(fā)，總結(jié)幾種常壓質(zhì)譜儀在離子化類型、適用范圍、檢測原理、示意圖幾方面的對比。為加深學生印象，教師可選擇在講述完成后指導學生一起完成對比表格的填寫，表1為填寫好的幾種常壓質(zhì)譜儀對比總結(jié)表。

表1 常壓質(zhì)譜儀對比總結(jié)表Table 1 Comparison of atmospheric pressure ionization mass spectrometry

2.2 解吸離子化源質(zhì)譜儀(DESI-MS)

解吸離子化源(DESI)解吸離子化源具有高靈敏性、極快的分析速度及分析化學特異性的特點。DESI-MS有相對廣泛的應(yīng)用，見表1。

2.3 實時直接分析質(zhì)譜儀(DART-MS)

Cody等[9]于2005年研制的直接實時離子化技術(shù)(DART)被認為是質(zhì)譜離子化技術(shù)的一個里程碑，DART與DESI的出現(xiàn)使無需樣品預處理的常壓離子化直接快速質(zhì)譜分析成為現(xiàn)實，被視為是質(zhì)譜分析發(fā)展史中的下一個“量子躍遷”。

圖1 DESI(上)和DART(下)結(jié)構(gòu)圖，分析常壓高通量質(zhì)譜分析無前處理的樣品[10]Fig.1 The schematic of DESI (upper) and DART (lower) forambient high-throughput mass spectrometric analysis ofunprepared samples

圖2 大氣壓化學電離源示意圖[11]Fig.2 The schematic diagram of APCI

圖3 電噴霧離子源示意圖[11]Fig.3 The schematic diagram of APCI

2.4 大氣壓化學電離質(zhì)譜儀(APCI-MS)

APCI為軟電離方式，大大降低了樣品對質(zhì)譜儀的“污染”。APCI的高靈敏度和高選擇性、電離范圍廣以及可與液相色譜的高效分離相匹配，使得LC-APCI-MS 被廣泛應(yīng)用。

2.5 電噴霧電離源質(zhì)譜儀(ESI-MS)

ESI電離技術(shù)和質(zhì)譜的完美結(jié)合解決了液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用及大質(zhì)量分子的測定兩大挑戰(zhàn)。由于ESI溫和的電離特性，其成為分析不穩(wěn)定共軛藥物代謝物的首選方法。ESI-MS的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊，由于其具有產(chǎn)生多電荷離子的能力讓質(zhì)譜分析開始應(yīng)用到許多新類型化合物的分析和新興氣相離子化學學科[12]。

3 結(jié) 語

質(zhì)譜分析發(fā)展迅速、內(nèi)容豐富、涉獵前沿、應(yīng)用廣泛，對培養(yǎng)學生自主學習、綜合應(yīng)用和自主創(chuàng)新能力具有一定作用。我們在《儀器分析》質(zhì)譜模塊中進行對比教學，將復雜的原理、相似的儀器結(jié)構(gòu)、大篇幅的內(nèi)容在理解的基礎(chǔ)上進行巧妙地總結(jié)、歸納和對比，通過針對性、對比性和啟發(fā)性的語言講授、展示教學內(nèi)容，使常見的幾種常壓質(zhì)譜儀的相關(guān)知識有機地聯(lián)系起來，建立了較清晰的知識體系，幫助學生更好的理解、掌握、記憶知識點。