液相色谱质谱联用设计实验教学探讨

龚晓艳，何建社 （武汉大学化学与分子科学学院，湖北 武汉430072）

液相色谱质谱联用技术作为一种重要的化学分析手段，其将色谱对复杂样品的高分离能力与质谱具有高选择性、高灵敏度及能够提供相对分子质量与结构信息的优点结合起来，在药物分析、食品分析和环境分析等领域得到了广泛应用［1－4］。为此，笔者对液相色谱质谱联用设计实验教学进行了探讨。

1 实验前期准备

1）利用与生活实际相关的选题来激发学生参与实验的热情 在《仪器分析》基础实验教学中，采取教师讲解并演示、学生提问并上机操作的教学方式，让学生基本掌握了高效液相色谱仪和质谱仪的分析原理、基本操作和应用范围。在此基础上，教师为学生提供了开放设计实验的选题，即利用液相色谱质谱联用技术检测液态奶中苯甲酸的含量 （苯甲酸作为防腐剂，在液态奶中添加过量则对人体有害）。让学生分别选取相关实验材料，由于该实验选题贴近实际生活，学生很快收集了平常饮用的各种品牌盒装或袋装牛奶，并以饱满热情投入到实验中。

2）通过自主确定实验方案，锻炼学生的实际动手能力 在传统实验教学过程中，通常由教师提供实验方案，学生只是机械地完成实验任务，很难达到锻炼学生实际动手能力的目的。为改变上述状况，笔者在液质联用设计实验教学中，让学生独立查阅相关文献资料后撰写实验方案。为此，学生需要详尽考虑实验所需要材料和药品、液相色谱和质谱的工作条件以及完整的实验步骤。经过上述过程，可以很好地培养学生独立思考的能力，从而为今后参加实际工作打下良好基础。

3）采用小组实验的形式培养学生的团队协作精神 由于选择该实验课题的学生共有11位，而实验仪器只有1台，为此，根据学生设计实验方案的相近性分成4个实验小组，每组包括2～3人 （由小组成员推选1位负责人），实验中各小组成员既有分工又有合作，在遇到疑难问题时由小组成员共同商讨解决。因此，采用小组实验的形式对培养学生的团队协作精神很有帮助。

2 实验过程

1）通过确定实验方案，培养学生的独立思考能力 在实验前期的确定实验方案阶段，学生通过查阅文献，初步制定了检测液态奶中苯甲酸含量的液相色谱分离条件，如紫外检测波长以及质谱的负离子检测模式等。以液相色谱的流动相的选择为例，文献资料提供了几种方案，如甲醇／醋酸铵、异丙醇／醋酸铵、乙腈／醋酸铵缓冲系统等，上述方案哪种更好？为此，学生通过对苯甲酸标准品进行分离鉴定，最后确认使用甲醇／醋酸铵缓冲系统的分离效果最好，因而采用该缓冲系统进行实验。在实验过程中，学生深刻体会到在科学实验中不能盲从，只有自己独立思考才能得到切实可靠的结果。

2）通过定量实验，培养学生思维的严密性 在开设该实验前，学生完成了用液相色谱方法分离芳香烃以及用电喷雾质谱检测小分子表面活性剂的实验，上述实验属于定性实验。为了更好地培养学生思维的严密性，应让学生掌握定量实验的基本方法。用液相色谱质谱联用方法检测苯甲酸的含量实验中，要求学生准确掌握操作方法，如要得到好的苯甲酸标准曲线，需要学生准确无误地进行称量、梯度稀释、色谱进样等操作步骤。为了保证实验结果的可靠性，学生设计了2种方案：①考虑到待测样品中苯甲酸含量可能低于检测限，对样品的检测采用了标准加入法，即在未知样品中加入已知含量的标准品，使得检测的加标后的苯甲酸含量在标准曲线的线性范围内。②对同样样品经过同样方法预处理后，不加标准测试出苯甲酸含量。例如某品牌袋装纯牛奶经过加标测试出苯甲酸含量为4.90ug／ml；不加标测试出苯甲酸含量为4.95ug／ml。实验结果显示，2种测试方案的结果一致。通过上述实验过程，可以很好地培养学生思维的严密性。

3）通过完成综合性实验，提高学生分析问题和解决问题的能力 利用液相色谱质谱联用方法检测液态奶中苯甲酸含量实验的每一个步骤可以独立存在，又相辅相成。例如在检测液态奶中苯甲酸的含量时，首先应依据苯甲酸标准品来确定实验方法，然后以苯甲酸标准品为基准做出合适的标准曲线，最后根据标准曲线确定未知液态奶中的苯甲酸含量。在上述过程中，只有顺利完成相关实验步骤，然后才能继续进行下一步实验。例如在确定液相色谱的分离条件实验中，学生最初直接用液态奶样品进行实验，由于液态奶成分复杂，经过液相色谱分离后出现多组峰，学生无法确认多组峰中哪个峰代表苯甲酸。针对上述问题，学生经过小组讨论分析后，选用色谱纯的苯甲酸标准品进行测试 （因为苯甲酸标准品成分单一，只有一个峰）。根据苯甲酸标准品的出峰时间，学生很快确认了液态奶样品中多组峰中哪个峰代表苯甲酸，进而确定了液相色谱的分离条件。由此可见，学生完成综合性设计实验时，需要随时分析并解决出现问题，这对提高其实践动手能力大有帮助。

3 实验后期

1）通过实验论文的撰写来提高学生的写作水平 不同于经典实验教学中实验报告的撰写，教师要求学生完全按照正式发表文章的格式撰写实验论文。乍看起来，这似乎比实验阶段轻松，事实上却并非如此。例如，摘要部分是否提纲挈领地总结了实验的关键内容？简介部分是否清楚完整地交待了科研背景？实验结果部分是否条理清楚，表述是否准确？讨论部分是否清楚解释了实验机理？上述问题需要学生进行更深层次的思考后才能撰写实验论文。这样既使学生更加透彻地理解实验内容，又能切实提高学生写作科研论文的水平。

2）实验教学效果评价 在该设计实验教学结束后，教师通过以下几方面考察并评价实验教学效果：实验前期，实验设计思路和步骤的合理性；实验过程中，学生进行实验的主动性和创新性；实验结束后，学生撰写实验论文的格式是否规范，叙述内容是否具有逻辑性。实验教学效果评价的结果是：参与实验的11位学生中，有2位学生的表现特别优秀，其余9位学生表现比较优秀，取得了较好的教学效果。与其他基础实验课程教学相比，该设计实验教学更好地激发了学生的科研热情，培养了学生的创新意识，锻炼了学生动手实践的能力，为以后的科研工作奠定了良好的基础。

4 结 语

近年来，随着素质教育的提出，各高校越来越注重培养学生的实际动手能力。在化学专业本科生的实验课程中引入液相色谱质谱联用的设计实验，采取了以学生自行设计并实施实验为主、教师指导为辅的教学方法。实践表明，与其他基础实验课程教学相比，通过该设计实验教学，能够更好地激发学生的学习热情、培养学生的创新意识并锻炼学生动手实践的能力，可以为学生今后从事科研工作奠定良好基础。

［1］赵起越 .液相色谱／质谱 （LC／MS）联用技术在环境污染物分析中的应用 ［J］.现代科学仪器，2007（2）：16－22.

［2］谢瑶，石萌萌，庞欣 .高效液相色谱及液相色谱——质谱联用技术在保健食品检测中的应用 ［J］.化学通报，2010（8）：684－688.

［3］戴冬艳，朱静毅，闻琍毓 .液相色谱——质谱联用技术在药物分析中的应用 ［J］.天津药学，2012，24（3）：50－53.

［4］姜艳艳，刘斌，石任兵 .高效液相色谱——质谱联用技术在天然产物分离鉴定中的应用 ［J］.药品评价，2005（1）：11－16.