国内外仪器分析教材的对比研究*

翁立洋，冯 启

(浙江外国语学院科学技术学院，浙江 杭州 310023)

仪器分析作为分析化学的一大分支，是一门技术和理论知识含量很高的应用型化学课程，具有多学科交叉性、前沿性和发展性的特点，是培养一流化学化工复合型高技术人才的必修课程。近年来，仪器分析的发展趋势呈现如下特点：从常量分析逐步转向微量分析和痕量分析；由元素成分分析转为综合形态分析发展；测量方式由离体检测向活体实时、在线分析转变；分析仪器逐步智能化、芯片化、微型化，分析对象转向生命科学。目前仪器分析课程教学中存在教学内容繁杂、课程内容陈旧和实验教学效果差等问题[1]，难以服务于培养具有扎实理论知识、适应现代科技发展的创新型人才的目标。

国内的教育工作者对于仪器分析课程的教学改革进行了不断地尝试与探索，包括翻转课堂[2]、虚拟实验技术[3]、多媒体技术[4-5]、BOPPPS教学模式[6]、科研型教学[7-8]和混合式教学[9]等，为课程教学提供了新思路和新材料。随着各分析化学领域一系列的发展，国内外涌现出不少优秀的仪器分析教材。同时，由于国内外长久以来学科发展情况和教学模式的差距，中外仪器分析教材的编写有很大不同。本文的主旨在于对比国内外经典教材的内容编排方面的特点，为仪器分析课程教材的选用提供参考。

表1 国内高校常用仪器分析教材

续表1

6仪器分析郭旭明化学工业出版社第一版2014.37仪器分析张纪梅中国纺织出版社第一版2013.68仪器分析李继萍北京理工大学出版社第一版2013.410仪器分析董慧茹化学工业出版社第三版2016.811仪器分析陈浩科学出版社第三版2019.612仪器分析白玲化学工业出版社第一版2013.913现代仪器分析干宁化学工业出版社第一版2016.114仪器分析孙延一华中科技大学出版社第二版2019.315仪器分析王元兰化学工业出版社第一版2014.316基础仪器分析黄承志科学出版社第一版2018.317仪器分析原理何金兰科学出版社第一版2016.1218新编仪器分析高向阳科学出版社第四班2017.1219仪器分析教程刘坤平华中科技大学出版社第一版2019.420仪器分析严拯宇东南大学出版社第二版2016.821仪器分析教程朱鹏飞化学工业出版社第二版2016.922仪器分析姚开安南京大学出版社第一版2014.723仪器分析曾元尔科学出版社第一版2017.324仪器分析贾春晓河南科技出版社第二版2015.3

1 对比教材的选取

根据笔者的统计，近五年来国内面向本科院校的仪器分析教材多达24种，如表1所示。其中武汉大学联合厦门大学、中山大学、南开大学和浙江大学等高校主编的《分析化学(下册)》是国内最畅销、受众最广的仪器分析教材，已于2018年出第六版，因此将其作为国内教材的代表。国外教材方面，结合张立新等[10]对于多本国外教材的综合评论，选用《Principles of Instrumental Analysis》(第六版)，主要原因是《Principle of Instrumental Analysis》的作者写过多本分析化学教材，对分析化学以及仪器分析课程教学和教材编写均富有经验，在美国、中国香港、新加坡、澳大利亚等国家和地区高校均获得较高的评价。国内外的这两本教材自从面世后就不断根据新的研究成果进行教材的改版升级，能够反映当前仪器分析课程的整体面貌，是较为合理的对比研究对象。

表2 国外高校常用仪器分析教材

2 两本教材的基本情况

2.1 《分析化学(下册)》的编排体系

《分析化学(下册)》是“十二五”普通高校教育本科国家级规划教材。在编写时参考了国内外最新版本的仪器分析教材，习题解答等配套教辅材料比较丰富。该教材主要作为仪器分析基础课程来使用，全书分为23章，主要内容包括：光谱分析法、电化学分析法、核磁共振波谱法、质谱法、色谱法、毛细管电泳法等，还适当地介绍了如表面分析、热分析、流动注射分析及微流控技术、各种联用技术等内容。限于篇幅，未涉及很多应用较少的仪器分析技术的介绍，总体的结构安排是相当合理的。全书重心放在仪器分析方法和技术的基本原理、仪器结构及应用，并附有思考题、练习题和参考资料。

本书作为最受欢迎的国内基础仪器分析教材，主要有以下优点：内容知识面广、涉及学科多，本书在编写中精选基础知识，理论联系实际，突出仪器分析内容在化学学科教学中的基础作用；内容既精益求精，又注重拓宽知识范畴，反映了学科发展与交叉渗透的新成果。文字方面具有通俗易懂，深入浅出，便于自学的特点。

2.2 《Principle of Instrumental Analysis》的编排体系

《Principle of Instrumental Analysis》(中文译为《仪器分析原理》)由斯坦福大学的D M Skoog教授主编，是美国影响力最高的仪器分析教材之一，目前的第六版继承了前几版的主要优点，根据学科技术发展的特点，详细、系统地介绍了仪器分析的基本原理和基本概念，知识结构安排合理，用处于科技前沿的最新理论和模型来解释基本原理，同时也介绍了各分析方法的具体应用。作者在更新的版本中不断介绍引入新技术和新特色，可以使读者体会到仪器分析的发展与进步。

从第五版开始，本书开始把原先相对独立的章节编排、内容堆叠方式，改为相互联系的方法，把内容分为六个部分。相较于先前的版本，阅读与使用更为方便，且教学内容有机结合，有利于教学展开。本书内容较为突出的方面包括：

(1)充分考虑质谱法的发展进程和应用情况，本书中质谱法相关内容分为两个部分：就原子质谱法的部分，主要叙述质谱仪和质谱法的基础知识，详细地介绍了质谱法的特殊离子化方法如何应用于原子分析实验，相应地叙述电感耦合等离子体，辉光放电及火花源等的基本结构及应用。同时介绍用质谱法进行表面原子分析的新技术，较为完整的体现了质谱法应用于元素分析领域的发展过程；在分子质谱法部分，作者主要介绍有机化学和生物化学中质谱法的应用，特别是应用于有机化学中的各种离子化方式及应用的介绍更为详细。同时在生化质谱法部分，作者还介绍了科技前沿的基质辅助激光解析电离技术，并给出该技术在蛋白质和多肽质谱分析的典型应用。

(2)在最新的版本中，对于已有的各种知识予以保留，重点在于加入了前沿技术的基本原理和应用的介绍。例如分光光度法章节中增加了电感耦合器件(CCD)、光电二极管阵列(PDA)和探针式光度计检测等技术方法；在色谱与分离技术一章，把前几版中仅以一小节叙述带过的毛细管电泳和电色谱、超临界流体萃取和超临界流体色谱两种方法，在新版本中独立成章，以展示两项技术的最新发展；同理，在核磁共振内容部分，加入了广泛应用于医学领域的核磁共振成像技术的基本仪器和原理介绍，以及表面光谱和显微分析章节。教材同样介绍了在纳米材料研究中应用的原子力显微镜和扫描隧道显微镜，说明该书没有局限于介绍纯化学的先进技术，有利于读者拓宽视野。

(3)在每章节的前面先简要介绍了本章将要学习的内容，这类仪器分析技术的起源与发展，对于学术界的影响以及各阶段取得的成就，给读者建立起一个仪器分析技术发展史的印象，有助于对知识的把握。

3 两本教材的对比

3.1 两本教材的内容对比

现代的仪器分析的综合性较强，除了以化学基本原理和实验技术为基础，也同物理、生物、化学计量学、计算机科学和自动化等学科相结合，这一点在国内外两本教材中都易观察到。

当然，鉴于国内外作者的学识背景、生活文化和个人思路的差异，不同的教材自有极多的不同之处。《Principles of Instrumental Analysis》具有典型的美国教材模式，在原理部分没有很深的学科界限。整体来看，该教材内容由浅入深，介绍详细，比如电位滴定法一章，介绍每一种电极时常会介绍很全面的知识，在玻璃电极章节甚至大篇幅地介绍了一种“维克玻璃”，使教材更生动；此外，武汉大学版的《分析化学(下册)》虽然全书较厚，但是相比于国外教材，内容相对精简，点到为止。《Principles of Instrumental Analysis》注重知识的完整性，铺垫和连接部分做的较好。若是一个入门人士，抛开英语语言障碍，选用《Principles of Instrumental Analysis》可能会更为轻松，更有益于对知识更深层次的把握，也更适合研究性学习。

相反，《分析化学(下册)》考虑到国内高校实际教学情况，以PPT等课堂教学技术作为辅助教学工具，整个教材的编排较为简洁，实际教学效果显著。从知识系统化的角度讲，一本教材也并不是要朝着把书写厚，包罗万象为目标，而是应该层次分明，详略得当，突出重点。有时适当的删减简略，也不失为一种好的做法。在目前化学化工类仪器分析课程课时在64～72学时的安排下，《Principles of Instrumental Analysis》由于篇幅较长，是不可能做到面面俱到的，而选择《分析化学(下册)》较为合适。

表3 国内外教材中的电位分析法章节

3.2 具体教材章节的对比

无论是国内教材还是国外教材，仪器分析所包含的学科知识之广，使得全书的内容对比难以在一篇文章中罗列。因此，此处仅选取电位分析法的内容作为比较素材，以下表格给出了国内外教材的章节标题的对比。

从表3中各章节的标题可以发现，在教材内容的宽度和深度方面，国外教材都更胜一筹。比如离子选择电极这一内容，在《仪器分析(下册)》中仅用一小节(14.4)进行简单介绍，而在《Principles of Instrumental Analysis》中，离子选择电极用了三节的内容进行介绍(23D、23E和23F)；国外教材还加入了很多科技前沿的新知识，这些内容在国内的仪器分析教材中往往不做介绍，比如离子选择电极部分的离子敏感场效应晶体管，又如整个分子选择电极部分。

在pH的实用定义中，两本教材给出了不同的定义式。《仪器分析(下册)》给出是式(1)，而《Principles of Instrumental Analysis》中给出的是式(2)，两者的区别在于在电池图解式中，玻璃pH电极位于左侧(《仪器分析(下册)》)还是右侧，从而推导出不同的定义式。

(1)

(2)

此外，两本教材的前半部分的整体内容编排还算一致，各自的后半部分内容有各具特色，侧重不同，例如中文版的最后部分介绍了如何应用软件进行数据处理以及自动电位滴定仪的介绍，这一点国外教材未提及；同理，国外教材电位测定小节的校准法也没有出现在国内的教材中。

尽管部分章节内容不同，这两本教材也存在很多相同之处：(1)不同的编者由于自身学习的课程体系不尽相同，往往会根据自己的习惯使用符号，这往往给读者对比是造成困难。本文选用的两本教材，从电位分析法部分来看，公式和符号一致性较高，解释概念时大意接近，降低了初学者的阅读困难。(2)作为一门实用性强的学科，国内外的仪器分析教材都加入了丰富的图示元素，除去部分的实物图外，大多为效果更形象更直观的模型图，同时描述性图形被广泛运用于需要图例注释的地方，有助于对知识的理解。

4 结 语

如果以一个比喻来概括两本教材的风格，那么《Principles of Instrumental Analysis》像是一幅医学中的人体解剖图，大到人体器官，组织，小到肌肉，筋脉都详细描绘；《分析化学(下册)》则是一幅人体骨骼框架图，梳理了脉络，搭建了基础。两书互有值得借鉴的地方，如果在双语教学中使用得当，课时安排合理，以国内教材作为主授课，在为学生搭建知识体系后，以国外教材作为进一步阅读的辅导书，或是选用其内容作为课堂讲授，可以达到“1+1>2”的教学效果。