将研究热点融入到分析化学实验教学中的应用.pdf
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1、2023年08月|210 引言近年来,随着社会对人才培养质量的提高,对高校的教学也提出更高的要求,实验教学是整个人才培养体系中一个重要的方面,在培养学生的动手能力、分析问题、解决问题的能力等方面发挥着重要的作用1。在互联网、信息技术已经与教学深度融合的背景下,部分地方高校的实验教学多仍停留在以验证性实验为主,教师较单一的讲授为主、学生按方抓药的授课模式,实验教学与社会的发展有一定的脱节,从而造成培养的学生与社会需求有一定的差距2-3。课堂是培养人才的主阵地,如何提高课堂质量是摆在教师面前的一道急需解决的题目。分光光度法是利用物质对光的选择性吸收建立起来的一种方法4-5。但开设实验的分析对象多为
2、标准物质,实验过程中的未知样品也是实验教师准备的标准品。这样的授课方式对伴随着信息时代长大的大学生来说,缺乏综合能力的提高,学生只掌握较低级的仪器操作技能。提高课堂的容量和提升课程的深度是目前教学改革的普遍共识。如何将操作简便、仪器要求不高的科研成果融入到实验教学,从而在不追加教育投入的前提下,优化资源,进而提高实验教学成效,提高双创能力是一个不错的抓手。创新实验教学,将科研成果融入到实验教学中,将理论知识融入到实际应用中,是教学改革的一个有益尝试6-9。自 2007 年,阎院士发现 Fe3O4具有纳米酶活性以来,越来越多的无机纳米粒子被发现具有纳米酶活 性10。无机纳米粒子的合成对已经系统学
3、习无机化学课程的学生而言,是掌握的知识储备。酶联免疫分析技术中常使用辣根过氧化物酶(HRP)标记抗原或抗体,而 HRP 在 H2O2和 TMB 共存时,能够氧化 TMB(3,3,5,5-四甲基联苯胺)为 TMBox 使溶液呈现蓝色,从而利用可见分光光度计对其进行定量测定。将纳米酶替代 HRP,一方面可以降低分析成本,一方面也不需要昂贵的仪器设备,将纳米酶应用于目标物(具有氧化还原性质)的定量分析中,开展基于纳米酶的可见分将研究热点融入到 分析化学实验教学中的应用刘俊桃,任聪,刘志景,徐军(河南牧业经济学院 理学部,河南 郑州 450000)摘要:分光光度法是分析化学实验的重要组成部分,纳米酶是
4、中国科研作者提出的具有原创性的研究领域之一。将近年来的研究热点纳米酶引入到分析化学实验教学中,使样品前处理、条件优化、数据处理、形成报告等全过程融入至一个综合实验中,对提高课程的深度,打造有高阶性、创新性的教学具有重要意义。将研究前沿融入教学中,使学生利用身边案例开展创新工作。在实验中,学生分工合作,数据共享,对培养合作和共享意识也有启蒙。实验教学的结果表明,将科研成果融入到教学中,不仅能提高学生的双创意识,而且对学生分析问题和解决问题等综合能力有所提升,对提高人才质量具有借鉴和推广意义。关键词:分光光度法;分析化学实验教学;科研热点中图分类号:G64 文献标志码:A 文章编号:1008-48
5、00(2023)24-0021-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.24.007Application of Research Hotspot into Analytical Chemistry ExperimentLIU Jun-tao,REN Cong,LIU Zhi-jing,XU Jun(Henan University of Animal Husbandry and Economy,Zhengzhou 450000,China)Abstract:Spectrophotometry is an important part of analytica
6、l chemical experiments,and nanozyme is one of the original research fields proposed by Chinese scientific researchers.The nanozyme was introduced into the analytical chemistry experimental,which was of great significance to improve the depth of the course and created a high-level and innovative teac
7、hing.In the experiment,the students cooperated in division of labor and shared data,which was enlightened to cultivate the consciousness of cooperation and sharing.Experimental teaching results showed that integrating research hotspots into teaching could not only improve students awareness of mass
8、innovation and innovation,but also improved the students comprehensive ability to analyze and solve problems.Keywords:spectrophotometry;experiment teaching of analytical chemistry;research hotspot二校-2023-8-下期.indd 212023/8/17 14:51:14人才培养22|2023年08月光光度计的实验教学具有较强的可操作性。有机磷农药残留在食品安全事件中频发,农药的不合理利用导致其在食品
9、或环境中的残留,从而对人体和环境带来不利影响,因此对其定量检测对人体健康和环境保护都具有重要意义。研究结果显示,毒死蜱等有机磷农药自身具有氧化还原性质,可以抑制纳米酶的活性,因此借助颜色的变化可以对毒死蜱含量进行裸眼或半定量分析。基于此,在分析化学的实验教学中,将科研成果引入到分析化学综合实验中,使学生通过具体实验的开设,将学到的知识可以用于解决身边的实际问题,从而有意识的提高自己的创新能力和学以致用的能力,也使课堂容量更有深度,从而提高人才培养质量。1 教学设计开设此实验的目的旨在让学生体验科研的全流程,提高学生科学素养和综合素质,因此教学设计主要通过以下流程开展:发放任务清单;引导学生查阅
10、文献;开展方案的撰写;确定实验方案;小组合作,分工优化实验条件;共享优化结果;开展方法学的验证,将其应用于蔬菜样品中毒死蜱残留的测定;整理数据形成实验报告。在该教学设计中,通过形成学生参与,学生主导的实验授课方式,实现把课堂还给学生,让学生成为实验设计的主导者的教学目的。具体教学方案展开展如下:(1)发放任务清单,并对小组分组情况一并发放。告知学生实验内容为银铂双金属纳米酶应用于西红柿中毒死蜱残留的测定,并提醒学生分组思考实验中所需的试剂和仪器,列成清单,在清单中注明试剂的用途和用量,所需仪器及仪器使用目的,小组中每个人承担的具体工作,将清单整理成 Word 文档,结果发送至班级化学微信群,相
11、互交流。在此阶段,老师适时引导。(2)传授学生使用电子资源的方法,引导学生在知网中查阅文献,建议将关键字设置为纳米酶,重点关注无机纳米酶的合成方法。利用百度等搜索引擎的网络资源检索 TMB 显色原理,以及影响显色过程中吸光度的因素。将整理结果电子化,分组上传至微信群。(3)教师点评。依据学生前期整理资料和查阅文献的成果对学生了解实验的程度做综合评价,对学生的疑难问题鼓励小组相互探究,明晰实验目的和实验关键点。此时教师利用学习通网络教学平台向学生推送武汉大学的分析化学实验课程中的分光光度计的使用教程,使学生主动深化学习仪器的使用及注意事项。(4)撰写并确定实验方案。通过前面的分组自主探究学习以及
12、教师的点评,学生对实验方案已有较为清晰的理解。在方案中,学生确定采用文献中的生物模板法合成银铂双金属纳米簇;确定探究温度、pH、TMB、H2O2、孵育时间对分析效果的影响;拟选用的工作曲线浓度范围;干扰物质的选取;处理实际样品的步骤;对构建方法的应用价值评价。(5)开展分组实验,每一小组探究一个影响因素,全班共享优化条件结果,以便在较短的时间既掌握仪器的使用,又避免重复劳动,从而快速得到实验结果。(6)进行常规的方法学验证,在此鼓励学生利用 Origin 软件,绘制工作曲线,接触科研常用数据处理软件,掌握基本使用方法。(7)进行西红柿样品的前处理,将构建的方法应用于实际样品西红柿。(8)撰写实
13、验报告,鼓励感兴趣的同学以该实验为例进行科研论文的写作。2 实验过程2.1 仪器和试剂电子分析天平、移液枪、高速冷冻离心机、恒温培养振荡器、可见分光光度计、超声波清洗器、pH 计、恒温水浴锅;硝酸银、氯铂酸、单链 DNA(其序列为CCCCCTAACTCCCCCTTTTTTT)、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、柠檬酸、柠檬酸钠、过氧化氢、TMB、无水乙醇、毒死蜱溶液标准样品。2.2 银铂双金属纳米(Ag/Pt NCs)模拟酶的制备合 成 Ag/Pt NCs 溶 液:将 100 L 150 mol/L AgNO3与 200 L 125 mol/L H2PtCl6混 合 均 匀,将300 L ssDNA 滴
14、加至上述溶液,振荡混匀,4 避光反应 30 min 后,加入 50 L 5 mmol/L 的柠檬酸钠,快速混匀后置于恒温培养振荡器上,设置温度为 37,转速为 180 r/min 孵育 6 h,得到 Ag/Pt NCs。将合成的Ag/Pt NCs 置于 4 避光保存以备用。2.3 Ag/Pt NCs 检测毒死蜱的可行性取两支离心管,分别加入 50 L Ag/Pt NCs,然后依次加入 150 L 0.1 mol/L 柠檬酸盐缓冲液,200 L 3.0 mmol/L TMB、100 L 1.0 mol/L H2O2。其中一支试管中加入毒死蜱溶液,一支加入同体积的缓冲溶液,将两支离心管分别混匀,加
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