《儀器分析》課程案例庫(kù)建設(shè)及案例教學(xué)法的應(yīng)用探究

辛雪蓮 王志強(qiáng) 韓丹丹 閆宏遠(yuǎn)

（河北大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院 河北·保定 071002）

儀器分析課程是一門理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的綜合性課程，作為一門重要的衛(wèi)生檢驗(yàn)與檢疫專業(yè)課程，要求讓學(xué)生掌握儀器分析課程的基礎(chǔ)理論、基本的操作技能和應(yīng)用，為學(xué)生今后的課程學(xué)習(xí)、工作和升學(xué)奠定基礎(chǔ)[1-3]。儀器分析課程的理論知識(shí)比較抽象，學(xué)生難理解，知識(shí)的連貫性較差，學(xué)生難以熟悉運(yùn)用。在儀器分析課程教學(xué)中，采用案例教學(xué)法，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)教學(xué)效果。與傳統(tǒng)授課相比，儀器分析案例教學(xué)，將課堂的主動(dòng)權(quán)歸還給學(xué)生，讓學(xué)生主動(dòng)思考，主動(dòng)搜集資料解決問(wèn)題，使理論知識(shí)融入于實(shí)踐。學(xué)生以小組為單位，對(duì)案例進(jìn)行資料搜集、討論、整理，更有利于知識(shí)的輸入。儀器分析案例庫(kù)的構(gòu)建是案例教學(xué)有效實(shí)施的前提，案例庫(kù)為案例教學(xué)提供豐富的素材，探討如何構(gòu)建《儀器分析》案例庫(kù)對(duì)案例教學(xué)具有十分重要的意義。

1 案例庫(kù)的構(gòu)建

以典型性、時(shí)效性及貼近實(shí)際與生活的原則，搜索近幾年食品安全及公共衛(wèi)生事件的新聞報(bào)道及相關(guān)文獻(xiàn)，將新聞素材及儀器分析創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整理，按照儀器分析每章知識(shí)進(jìn)行整理，以每章至少一個(gè)案例為準(zhǔn)，與儀器分析課程相結(jié)合，構(gòu)建儀器分析案例庫(kù)，共構(gòu)建了15個(gè)案例。案例庫(kù)包含食品、包裝材料、化妝品及生活用品等領(lǐng)域，讓學(xué)生學(xué)以致用，為今后的課程學(xué)習(xí)及生活工作奠定基礎(chǔ)。儀器分析是高等院校衛(wèi)生檢驗(yàn)與檢疫專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程，儀器分析課程是學(xué)生今后課程及實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)，學(xué)生必須掌握理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，探索一種有效的教學(xué)方式對(duì)學(xué)生今后發(fā)展至關(guān)重要。案例教學(xué)法將實(shí)際案例、問(wèn)題的提出、案例分析及學(xué)生的共同參與連為一體，其改變了傳統(tǒng)教學(xué)中教師向?qū)W生灌輸知識(shí)的情形，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更加明確學(xué)習(xí)目的和增加學(xué)習(xí)動(dòng)力，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工作生活。儀器分析案例教學(xué)可以將理論知識(shí)簡(jiǎn)單化、形象化，讓學(xué)生更容易學(xué)習(xí)掌握。優(yōu)秀的案例有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和主動(dòng)探索和創(chuàng)新精神，因此，儀器分析案例庫(kù)的構(gòu)建為案例教學(xué)的順利開展提供基礎(chǔ)。

1.1 案例1

近幾年，由包裝材料造成的食品安全問(wèn)題引起了人們的重視。包裝材料中有害金屬元素的測(cè)定是食品安全的重要保障，本校2018級(jí)衛(wèi)生檢驗(yàn)與檢疫專業(yè)的同學(xué)利用電感耦合等離子體發(fā)射法測(cè)定食品包裝袋中的金屬元素。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

樣品前處理：按GB9683-1988、GB/T5009156-2003方法，將食品包裝樣品（薯片包裝袋、爆米花包裝袋等即食食品包裝袋）用洗滌劑清洗干凈，用自來(lái)水沖凈，再用超純水沖洗3-5遍后晾干，供酸浸用。稱取清洗好的包裝袋樣品0.5000g，放入250mL燒杯中，加入4%乙酸25mL，攪拌1 min后，檢查溶液的酸度，繼續(xù)加入乙酸溶液將食品包裝袋完全浸沒，放入烘箱，溫度設(shè)為60°C，時(shí)間120min，浸泡。

問(wèn)題的提出：電感耦合等離子體發(fā)射光譜法具備什么特點(diǎn)？電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀的主要部件包括哪些？電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的定量依據(jù)是什么？在分析過(guò)程中應(yīng)注意哪些分析條件的選擇？分析條件的選擇對(duì)分析結(jié)果有哪些影響？該實(shí)驗(yàn)選用什么溶液來(lái)調(diào)整儀器？

1.2 案例2

病從口入，大多數(shù)人很關(guān)心食物是否衛(wèi)生，往往忽視了食品包裝是否安全。隨著開學(xué)，學(xué)校周邊的小吃攤、快餐店熱鬧起來(lái)，一次性食品包裝，如紙碗、紙袋的使用頻率越來(lái)越高，約有近一半的店家用的是紙包裝。它會(huì)不會(huì)像“毒餐盒”一樣會(huì)污染食物？連日來(lái)，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員從4個(gè)城區(qū)5所大中小學(xué)校采集了10份食品包裝樣本，送檢，發(fā)現(xiàn)其中七成樣本含有可能使人致癌的熒光增白劑。根據(jù)一些制造者透露，一些經(jīng)營(yíng)者多從批發(fā)市場(chǎng)上定制這種撐裝食品的紙袋、紙杯等一次性食品包裝材料，因?yàn)檫@種一次性的食品包裝材料比符合環(huán)保的可降解塑料餐盒成本要低不少。校門外很多小吃攤都用這種紙袋，同學(xué)們叫外賣也有不少是用紙碗、紙桶裝的食物，“不覺得有什么”，并提到說(shuō)紙包裝很白，感覺更衛(wèi)生。采訪中，一些人認(rèn)為一次性食品包裝是“越白越干凈”，隨后，我們將樣本送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行專業(yè)檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)人員分別將10份樣本，通過(guò)“熒光分光光度計(jì)”進(jìn)行檢測(cè)，每份樣本選取不同紙面至少檢測(cè)2次，綜合分析得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

問(wèn)題的提出：熒光分光光度儀與紫外分光光度儀有什么異同？熒光分光光度的基本原理是什么，該方法具有什么特點(diǎn)？

1.3 案例3

網(wǎng)絡(luò)近日曝，一些國(guó)產(chǎn)汽車車內(nèi)環(huán)境質(zhì)量不合格，多環(huán)芳烴含量超標(biāo)。有關(guān)人員將幾款國(guó)產(chǎn)汽車的方向盤及頭枕材料截取后，交給第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告顯示，送檢樣品中多環(huán)芳烴的含量嚴(yán)重超標(biāo)，對(duì)人有較大致癌風(fēng)險(xiǎn)。

多環(huán)芳烴是強(qiáng)致癌物質(zhì)。衛(wèi)生檢驗(yàn)與檢疫專業(yè)同學(xué)用氣相色譜法對(duì)市場(chǎng)上的汽車內(nèi)飾進(jìn)行多環(huán)芳烴的檢測(cè)。

問(wèn)題的提出：氣相色譜法（GC）的基本原理是什么？適用范圍是什么？氣相色譜法有什么特點(diǎn)？氣相色譜儀主要組成部件包括哪些？氣相色譜法與液相色譜法的異同？

1.4 案例4

某地一家庭食用當(dāng)?shù)刭?gòu)買的紅心甘蔗，之后吃了紅心甘蔗的家庭成員，前后出現(xiàn)了不同程度的惡心嘔吐、胸痛等癥狀。家人立即把他們送到最近的醫(yī)院。出現(xiàn)上述癥狀的成員很快出現(xiàn)肺水腫，血氧飽和度急速下降呼吸衰竭、生命體征不穩(wěn)等情況[4]。

每年的2-3月份，是變質(zhì)甘蔗中毒高峰期，按照常規(guī)，甘蔗是秋季成熟采摘，每年冬春季都是儲(chǔ)存過(guò)后的甘蔗。儲(chǔ)存得當(dāng)，可以留住甘蔗中原有水分和口味，我們就可以正常食用。但如果運(yùn)輸過(guò)程、儲(chǔ)存方式以及環(huán)境條件等不好，就可能導(dǎo)致霉菌生長(zhǎng)，產(chǎn)生大量毒素。發(fā)霉的甘蔗上會(huì)有一種叫作節(jié)菱孢的霉菌，其在繁殖過(guò)程中產(chǎn)生毒力極強(qiáng)的物質(zhì)：3-硝基丙酸。3-硝基丙酸的測(cè)定常用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法。

問(wèn)題的提出：高效液相色譜法和質(zhì)譜法的基本原理是什么？它們分別具有什么特點(diǎn)？高效液相色譜儀和質(zhì)譜儀的組成系統(tǒng)包括哪些，核心部件為哪一部分？高效液相色譜分離條件選擇的原則？高效液相色譜的應(yīng)用？色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的特點(diǎn)有哪些？

1.5 案例5

近些年，膨化食品深受人們的喜愛，但膨化食品中防腐劑的含量令人擔(dān)憂，過(guò)量的食品添加劑對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，薯片和爆米花中防腐劑、糖精鈉和丙烯酰胺含量值得去探究，今年春學(xué)期，衛(wèi)生檢驗(yàn)與檢疫專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)了利用高效液相色譜法測(cè)定薯片、爆米花中防腐劑、糖精鈉和丙烯含量的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

樣品采集：從天貓超市、京東商城、沃爾瑪超市、百貨商城等網(wǎng)購(gòu)平臺(tái)或超市購(gòu)買不同品牌、口味的薯片和爆米花。

樣品前處理：將薯片、爆米花利用破碎機(jī)粉碎，稱取粉碎的樣品2.5 g置于燒杯中，加入20 mL超純水，將燒杯放于磁力攪拌器上攪拌30min，然后轉(zhuǎn)移至離心管，以10000 r/min轉(zhuǎn)速離心15min，收集上清液于分液漏斗中，加入10 mL正己烷充分震蕩，靜置分層，收集下層水樣于離心管中，10000r/min轉(zhuǎn)速離心15min，將上清液收集于50mL容量瓶中，用超純水定容至刻度，待凈化用[5]。將上述已處理的樣品用SPE C18固相萃取小柱（100mg，1 mL）進(jìn)行凈化。先用5mL甲醇和5mL超純水活化商業(yè)萃取小柱，接著加入5.0 mL上清液，用5 mL超純水淋洗，抽干后，用10 mL流動(dòng)相乙腈-水（8:92，V:V）洗脫，收集洗脫液。用0.45m濾膜過(guò)濾至樣瓶中，供高效液相色譜儀檢測(cè)。色譜條件：色譜柱：（Agilent XDB-C18，250 mm × 4.6 mm，5 m）；柱溫：20 °C；流動(dòng)相：乙腈-水（體積比 8：92）流速：0.9 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：205 nm、235 nm和254 nm；進(jìn)樣量：10L。

問(wèn)題的提出：測(cè)定薯片、爆米花中的防腐劑、糖精鈉和丙烯酰胺選擇什么樣的色譜柱？測(cè)定時(shí)有什么注意事項(xiàng)？糖精鈉、丙烯酰胺對(duì)人體的危害？糖精鈉、丙烯酰胺常出現(xiàn)在什么食品中？

1.6 案例6

“水是生命之源”，水質(zhì)安全對(duì)我們健康生活極其重要，為此，暑期，帶領(lǐng)2019級(jí)衛(wèi)生檢驗(yàn)與檢疫專業(yè)學(xué)生在保定市及周邊采集河流水、自來(lái)水及瓶裝水，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀檢測(cè)水樣中的金屬離子含量，評(píng)估水質(zhì)安全。

首先以小組為單位讓學(xué)生搜集資料，了解水樣的采集方法及注意事項(xiàng)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，團(tuán)隊(duì)合作去實(shí)地采集水樣，然后測(cè)定水樣。

樣品的采集：攜帶專業(yè)的采樣器械，采集保定市護(hù)城河、博野公園、不同品牌的純凈水、礦物質(zhì)瓶裝水等水樣。

樣品前處理：采集的水樣不用復(fù)雜的前處理，只需要過(guò)濾膜，然后將過(guò)完濾膜的水樣保存，留著待測(cè)。

樣品的測(cè)定：利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定水樣中的金屬離子。儀器參數(shù)：氬氣源的壓力：0.55-0.60 Mpa；輔助氣流量：0.5 L/min；射頻功率：1100 W；泵速：1.4 mL/min；測(cè)定次數(shù)：3 次。

問(wèn)題的提出：采集水樣時(shí)，我們需要注意什么？如何保存采集的水樣？使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀有什么注意事項(xiàng)？

2 儀器分析案例教學(xué)的實(shí)施過(guò)程

2.1 案例的展示

近日，“老爸測(cè)評(píng)”網(wǎng)絡(luò)視頻揭露一款兒童霜“益芙靈多效特護(hù)抑菌霜”的激素嚴(yán)重超標(biāo)，可導(dǎo)致兒童不健康的肥胖，毛發(fā)異常增多等癥狀引發(fā)業(yè)界對(duì)于“消字號(hào)”產(chǎn)品的重新關(guān)注。經(jīng)第三方持有資質(zhì)的檢驗(yàn)公司檢測(cè)涉事產(chǎn)品“益芙靈多效特護(hù)抑菌霜”，結(jié)果表明含有氯倍他索丙酸酯。

2.2 設(shè)問(wèn)

（1）如何測(cè)定化妝品中氯倍他索丙酸酯的含量？

（2）氯倍他索丙酸酯對(duì)人體的傷害？

（3）化妝品中添加氯倍他索丙酸酯有什么作用？

2.3 學(xué)生討論

學(xué)生以小組為單位對(duì)案例進(jìn)行討論，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)工具搜索相關(guān)資料，每組對(duì)討論結(jié)果進(jìn)行匯總，派一名代表來(lái)闡述該組討論結(jié)果，該組闡述完討論結(jié)果，提出小組的疑惑，其他同學(xué)可以向該組提問(wèn)，也可解答該組的疑惑。

2.4 教師解析與總結(jié)

學(xué)生通過(guò)討論得知化妝品中氯倍他索丙酸酯的測(cè)定方法為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。學(xué)生經(jīng)過(guò)查閱資料總結(jié)出該實(shí)驗(yàn)原理是膏霜類化妝品用飽和氯化鈉溶液進(jìn)行分散，經(jīng)商業(yè)固相萃取小柱凈化，再用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定。

氯倍他索丙酸酯是一種外用糖皮質(zhì)激素。中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會(huì)-皮膚病專業(yè)委員會(huì)在2015年就發(fā)表過(guò)一份“專家共識(shí)”，指出氯倍他索丙酸酯屬于超強(qiáng)效級(jí)別，不應(yīng)長(zhǎng)期大面積應(yīng)用；除非特別需要，也不應(yīng)在面部、乳房等部位使用；盡量不用于12歲以下兒童。兒童長(zhǎng)期大面積應(yīng)用，有可能出現(xiàn)生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、致畸性及更嚴(yán)重的矮小癥等癥狀。濫用糖皮質(zhì)激素會(huì)有很多不良反應(yīng)。因?yàn)榧に氐男Ч@著，常被不法廠家違法添加到化妝品和消字號(hào)產(chǎn)品中，一些小品牌的功效護(hù)膚品兒童霜更是“激素”添加的重災(zāi)區(qū)。

圖1：氯倍他索丙酸酯結(jié)構(gòu)示意圖

3 儀器分析案例教學(xué)效果總結(jié)

教學(xué)效果主要根據(jù)案例討論、問(wèn)題提問(wèn)及解答、課堂態(tài)度及積極性等內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查收集數(shù)據(jù)，儀器分析案例教學(xué)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性（認(rèn)可度高達(dá)95%），課堂氛圍與傳統(tǒng)授課方式相比明顯活躍，同學(xué)之間相互提問(wèn)及解答，學(xué)生各抒己見，勇于探索與追求真理。選擇優(yōu)秀貼近生活的案例，可以將抽象、不連貫的理論知識(shí)具體化、形象化和生動(dòng)化，將理論內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相連。讓學(xué)生對(duì)分光光度法、電化學(xué)法、色譜法的基礎(chǔ)有了更加深刻的理解，教學(xué)方式變得生動(dòng)靈活，學(xué)生更加易于接受，同時(shí)，案例教學(xué)法調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。學(xué)生從最初的傳統(tǒng)課堂上的沉默寡言，轉(zhuǎn)變?yōu)樵谡n堂上積極參與互動(dòng)討論，課堂生動(dòng)活潑充滿朝氣，大家踴躍積極發(fā)表自己的想法。當(dāng)學(xué)生對(duì)同一問(wèn)題持有不同的想法時(shí)，同學(xué)們就會(huì)進(jìn)行相互交鋒和互動(dòng)，從而激發(fā)了學(xué)生的追求真理的動(dòng)力和創(chuàng)新性思維，提高學(xué)生總結(jié)知識(shí)的能力及綜合性、靈活性的運(yùn)用知識(shí)的能力，提升了學(xué)生觀察問(wèn)題、思考問(wèn)題、綜合分析問(wèn)題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，更充分的提高了儀器分析課程的教學(xué)效果。儀器分析案例庫(kù)的構(gòu)建能夠?yàn)樵撜n程提供更多的生動(dòng)形象的實(shí)際案例素材，有利于學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解掌握，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及教學(xué)效果。