仪器分析实验—气相色谱课程教学方案改革探索

王雪 唐铖

[摘 要] 仪器分析实验是药学相关专业的基础必修课程，气相色谱是仪器分析中大型精密仪器的重要组成部分，广泛应用于医药化工的各个领域。通过改革和完善气相色谱的实验教学，达到医学院校培养实验性人才的目的。从仪器分析课程——气相色谱实验的现状和存在的弊端出发，对实验教学方案，包括实验用化合物和实验设计进行了改革和实践。此项教学改革案例加深了学生的色谱理论知识，有效地提高了教学质量和学生的实践能力、分析解决问题能力和创新能力，进一步提升学生的就业竞争力。

[关键词] 实验教学改革;仪器分析;气相色谱

[基金项目] 2018年度天津市自然科学基金“基于新型细胞膜磁性微球技术的四逆汤配伍机制研究”（18JCYBJC95100）

[作者简介] 王 雪（1986—），女，山西孝义人，博士，天津医科大学药学院实验中心实验师，主要从事仪器分析教学与科研、实验室管理研究;唐 铖（1980—），男，天津人，博士，天津医科大学药学院实验中心副教授（通信作者），主要从事中药药效物质研究。

[中图分类号] O632   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）29-0061-04   [收稿日期] 2021-04-02

仪器分析是化学学科的一个重要分支[1]，是

采用比较复杂或者特殊的仪器设备，通过检测物质的某些物理或者物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成，成分含量及化学结构等信息的一类方法[2]，是药学、检验等相关专业本科实验教学的一个重要课程。气相色谱是仪器分析分类中的重要部分。气相色谱的概念在1952年由James和Martin首次提出[3]，同时发明了首台气相色谱仪，用于检测脂肪酸的分离。经过半个多世纪的发展，气相色谱广泛应用于石油化工领域[4，5]，食品分析[6，7]，环境质量检测[8，9]，医药工业[ 10，11 ]，考古发掘[ 12，13 ]等各个领域。

气相色谱的发展在色谱领域可谓独领风骚，目前在天津医科大学药学院和检验学院四个专业（药学、药物制剂、临床药学、检验）的本科实验教学中，设置了《苯和甲苯的气相色谱分离和甲苯含量测定》的实验，实验目的是让学生了解气相色谱仪的工作原理、仪器组成和使用方法;掌握气相色谱法的定性方法和内标法定量的方法。作为一项重要的仪器分析手段，在实际教学中，由于主客观条件的限制[ 14 ]，存在着实验用化合物毒性较大，课时短，以演示实验为主，实验设计单一，结果分析偏向理论等问题。因此，考虑到提高教学质量，培养学生创新意识，增强实践操作能力，引导学生在实验中发现问题解决问题，我们对气相色谱课程安排及教学进行了改革。

一、目前实验教学存在的问题及改革对策

（一）实验用化合物调整

气相色谱主要用于检测极性较小的一类化合物，在各学校教学中使用的常为苯系化合物苯和二甲苯的分离分析，这一类化合物被称为“芳香杀手”，对人类具有强致癌性[1]。同时，实验室存在通风设备老化等问题，因此，出于对学生以及实验教师自身健康的考虑，结合气相色谱在职业病检测[ 15] 和法医检测[ 16 ]方面的应用，我们将分析物进行了调整，进行醇类化合物（甲醇、乙醇）的分离分析。样品采用大鼠酒精灌胃后眼球取血，进一步通过血液样品处理获得[ 17 ]。这一改革丰富了学生对生物样品前处理的直观认识，初步在气相色谱实验中引入与药理学的学科交叉，增强学生对药学院课程的融会贯通。

（二）实验设计调整

由于只有3学时的课程安排，且受到仪器分析中仪器设备台数（只有1台）的局限，我们进行了实验调整，将仪器的利用价值最大化。

第一，让学生充分了解仪器构造。在实验演示过程中将仪器配件，包括进样系统的进样隔垫、玻璃衬管、密封圈、分离用毛细管柱、顶空进样的设备等进行展示，让学生近距离接触仪器，克服对精密仪器的恐惧心理，建立贵重仪器敢动手的信心。

第二，进样方式。在传统手动进样的基础上增加顶空进样，既保证学生有动手操作的机会和对气相色谱进样“三快”（插入速度、停留时间、拔出速度）[ 18 ]的理解，又让学生对气相色谱顶空进样这种进样方式有更深入的认识。同时，手动进样时采用内标一点法进行定量，顶空进样采用标准曲线法定量，此举可以引导学生對后续谱图由于进样方式不同引起的差异进行分析，理解由于定量方式不同造成的计算结果的差异。如图1a、图1b所示，手动进样时，学生往往由于缺乏实践经验和部分学生有紧张的情况，存在进样针没有扎到底，“三快”中出现停留，而导致峰形出现拖尾分叉等现象。自动顶空进样（如图1c）往往可以达到较好的效果。

第三，色谱条件的改变。主要是程序升温条件的微调，激发学生对温度影响保留时间的思考，体会程序升温在气相色谱分析法当中的重要性。如图2所示，100℃开始的程序升温没有达到分离效果，40℃保持5分钟后以5℃/分钟速率升温的程序使得甲醇和乙醇的分离得到明显改善。这主要是由于100℃时温度远高于待分析化合物的沸点，使得其在毛细管柱中完全没有保留。

（三）注意事项

使用气相色谱仪时，开机务必注意先打开载气至需要的压力，然后再打开仪器主机，即开机先通载气再通电，关机先断电再断气，以免造成热导检测器热敏元件等的损伤。手动进样时，强调进样速度的“三快”，以防色谱峰的变形。由于进样时样品量极微量，只有2μl，因此使用微量注射器时强调排气泡的方法与手法，一定要谨防气泡没有排干净。使用顶空进样器进样时，压密封盖的角度、力量也要着重演示，以免造成定量分析的误差。此外，对于色谱柱的切割、安装、更换、老化，均对照实物进行演示，加强学生在今后的科研及工作中使用气相色谱仪的动手能力和分析问题解决问题的能力。