色谱分析实验教学革新与创新人才培养

doi:10.3724/SP.J.1123.2024.12019

摘要/Abstract

摘要：

色谱类实验是仪器分析实验的重要组成部分。为了适应新形势下培养具有科学思维创新人才的需求，自2017年起，北京大学化学与分子工程学院开设的仪器分析实验课程以色谱类实验教学为改革试点，通过加强实验内容设计，注重实际样品分析，提高学生参与度，增强学生自由探索度，强化学生分工合作并采用虚实结合的教学形式等一系列精心设计的改革举措，有效激发了学生学习的主观能动性，提升了学生对仪器分析原理和仪器结构功能的理解，培养了学生分析问题和解决问题的综合能力，强化了学生的科学思维和科学素养，有力促进了培养创新人才这一核心目标的实现。

关键词: 色谱类实验, 教学革新, 科学思维, 自由探索, 创新人才培养

Abstract:

Chromatography experiments form an important component of an Instrumental Analysis Laboratory Course. In order to meet the demands of cultivating innovative talents with scientific thinking skills for the evolving educational objectives， the Instrumental Analysis Laboratory Course in the College of Chemistry and Molecular Engineering at Peking University has been reformed since 2017， with a focus on chromatography experiment teaching as a pilot project. A series of well-designed reform measures， including strengthening the design of the experimental content， focusing on the analysis of actual samples， increasing student participation， enhancing their freedom of exploration and the division of labor and cooperation， and adopting a teaching form with both virtual and real components， have been introduced. These measures have effectively stimulated students’ subjective learning initiatives， improved their understanding of the principles of instrumental analysis and the structures and functions of instruments， cultivated their abilities to comprehend， analyze， and solve problems， and strengthened their scientific thinking and literacy. Overall， the developed program has powerfully contributed to realizing the core goal of cultivating innovative talents.

Key words: chromatography experiment, teaching reform, scientific thinking, free exploration, cultivation of innovative talents

中图分类号:

O658

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图/表 7

表1 色谱类实验项目改革前后对比表

Table 1 Comparison of the chromatography experiment programs before and after reform

Implementation time	Instrumental analysis method	Experimental content	Class hours	Satisfaction survey in 2024
Before 2016	GC	qualitative and quantitative analysis by GC	8
	LC	quantitative analysis of PAHs in water samples by SPE and HPLC using the internal standard method	8
	GC-MS	determining PAHs in the environment by GC-MS	4
2017	GC	analyzing trace components in Chinese Baijiu by GC	6	80%
2018	LC	determining food pigments in beverages by LC	6	86.7%
2024	GC-MS	determining volatile components in coffee by headspace GC-MS	6	88.9%

图1 白酒在气相色谱中的分离情况

Fig. 1 Separation of Chinese Baijiu by GCa. isothermal separation at 100 ℃； b. temperature-programmed separation at 50?120 ℃.1. acetaldehyde； 2. methanol； 3. ethanol； 4. n-propyl alcohol； 5. ethyl acetate； 6. 2-butanol； 7. isobutanol； 8. ethyl acetal； 9. acetic acid； 10. isoamyl alcohol； 11. ethyl lactate.

表2 学生测定的某款饮料中3种色素的平均含量

Table 2 Average contents of three pigments in a beverage as determined by students

Pigment	Content/（μg/kg）	Number of students	RSD/%
Tartrazine	10.3	101	5.5
Carmine	2.4	89	8.8
Sunset yellow	14.4	95	5.3

图2 液相色谱实验结束后冲洗时基线变化图

Fig. 2 Baseline profile during column flushing after finishing liquid chromatography experimenta. From 21.5 min to 27 min， mobile phase is deionized water-methanol （9∶1， v/v）. b， c. From 27 min to 39.5 min， mobile phase is methanol.

图3 静态顶空气相色谱-质谱联用测定咖啡中挥发性物质的流程示意图

Fig. 3 Schematic of the process for determining volatile substances in coffee using static headspace GC-MS

图4 不同极性色谱柱对咖啡挥发性成分的分离效果对比

Fig. 4 Comparison of separation effects of chromatography columns with different polarities on volatile components in coffeea. SH-Rxi-5Sil MS column； b. SH-PolarWax-MS column.

图5 拆解的淘汰设备的内部结构和零部件图

Fig. 5 Internal structures and components of obsolete equipmenta. Varian CP-3800 gas chromatograph； b. Elite P230 liquid chromatograph detector； c. flow cell and plunger rod； d. USA Finnigan MAT company GCQ mass spectrometer； e. ion source and quadrupole； f. Epoch EP-50 ion chromatograph.

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