化学发光法的基本原理篇1

一、与数学的联系

数学的很多分支学科，如统计学、数量遗传学、生物拓扑学、群论等都对生物学的高速发展作出了重要的贡献，并且仍在生物学中发挥着重要的作用，产生了许多分支学科和交叉学科，甚至有的科学家认为没有数学的生物学不能称为真正的科学。

1.用数学模型解释生物现象

对于生物学中许多重要的变化，虽然目前我们还不能完全用精确的数学语言来进行描述，但生物学领域中的诸多现象却可以运用数学模收集整理型来进行圆满的解释，如生态环境、人口、资源、流行病等，无一不与数学密切相关。例如英国数学家哈代和德国医生温伯格通过各自的研究，分别发表的有关基因频率和基因型频率的基因平衡定律，该定律至今仍是群体遗传学的一个基本法则，也是杂交育种的理论基础。马尔萨斯利用数学推理，发现人口呈几何增长的趋势，而食物供应只有算术增长的趋势，从而提出了著名的人口论”。

2.用数学原理来研究生物学问题

许多数学原理可以被用来解释生物学问题，如概率原理、互斥事件和独立事件可以很好地解释两对等位基因的遗传模式。生物可将每对等位基因中的任意一个基因，通过一个配子传给一个后代，即非等位基因之间是独立遗传的。通过同一个配子将两个非等位基因传给同一个后代的概率，是各自概率的乘积。

例：一只公兔和一只母兔的基因型都是bbmm。它们先后生了两只小兔，问：（1）母兔将基因bm同时传给一只小兔的概率是多少？（2）母兔和公兔同时将基因bm传给一只小兔的概率是多少？（3）基因型是bbmm的概率是多少？（4）它们先后所生的两只小兔基因型都是bbmm的概率是多少？

解析：两对非等位基因的遗传是独立的，母兔将bm同时传给一只小兔的概率是：1/2（b）×1/2（m）=1/4（bm）。两只兔通过配子的遗传是独立的，它们同时将bm传给一只小兔的概率是：1/4（bm）×1/4（bm）=1/16（bbmm）。它们先后生两只小兔是独立遗传的，每只小兔基因型为bbmm的概率是：1/2（bb）×1/4（mm）=1/8（bbmm），两只小兔基因型都是bbmm的概率是：1/8×1/8=1/64。

二、与化学的联系

化学是与生物学联系最为密切的学科，常言道生化不分家”，化学是生物学的基础，生物学是化学的延伸。两门学科在环境保护、人体健康、医学、农业生产、新材料和新能源等方面有很多交汇点。核酸的发现过程就是很好的例子。

瑞士青年米歇尔在德国时，在他工作的研究所的旁边正好有一个外科诊所，经常抛弃带脓的手术绷带。在普通人看来，这是绷带又脏又令人恶心，但米歇尔却把这些废物全部收集起来，并十分谨慎地从绷带上取下脓细胞。然后他用胃蛋白酶来分解这些脓细胞，结果发现胃蛋白酶虽能把细胞质中的蛋白质全部分解掉，可是对细胞核却无能为力。化学分析结果表明，细胞核主要是由一种含磷化合物所构成，米歇尔就把细胞核中这种含磷化合物起名为核素”。后来人们才弄清楚，核素是一种酸性物质，因此又将其改名为核酸”。德国著名化学家科赛尔小心地使核酸水解，得到了一些含氮化合物。他把这些含氮化合物叫做嘌呤和嘧啶。美国生物化学家列文又发现了核酸里由5个碳原子组成的五碳糖分子，明确地指出了核糖和脱氧核糖的差别，并把核酸分解成一些最基本的单位，即核苷酸，核苷酸按碱基、嘌呤或嘧啶、核糖或脱氧核糖、磷酸的顺序连接而成。美国科学家查哥夫经过精密测定，确定核苷酸的排列非常复杂，而且腺嘌呤的摩尔数永远等于胸腺嘧啶的摩尔数，鸟嘌呤的摩尔数永远等于胞嘧啶的摩尔数。这些研究为后来dna双螺旋模型的提出奠定了重要的基础。

一些化学规律可以帮助我们理解高中生物中的许多问题。相似相溶原理”是物质溶解的一般规律，在物质互溶的分析中占有重要的地位。在进行细胞膜的功能”教学时，我们可以引导学生用相似相溶原理”来分析脂溶性的物质如何成膜，细胞膜为什么不会被水溶解而保持相对稳定，为什么会被溶解脂类物质的溶剂溶解等知识。在此过程中，学生用化学知识解决了生物学的问题，对知识的理解更到位，对理科思想方法的一致性也有了更深的体会。这样，在进行叶绿素提取实验时，学生根据叶绿体色素是有机物这一知识点就会很快分析并选择用有机溶剂作为提取液和分离液。

三、与物理的联系

第二次世界大战之后，物理学方法成为分子生物学研究的主要方法。物理技术，特别是射线晶体学技术、同位素示踪技术、超速离心技术、密度梯度离心技术等为分子生物学的革命性发展作出了巨大贡献。dna是遗传物质、dna双螺旋结构的发现、半保留复制的证明、遗传密码的破译，以及其后的操纵子模型的发现等都归功于这些方法和技术。德尔布吕克的噬菌体研究小组中的成员赫希和察斯用同位素示踪技术和物理震荡的方法证明dna而不是蛋白质是遗传物质，x-射线衍射技术和同位素示踪技术帮助双螺旋结构的发现，麦塞尔逊和斯塔尔用氯化盐密度梯度离心技术证明了dna的半保留复制，等等。

生物学中涉及的物理知识很广泛，如显微镜原理（凸透镜、凹透镜、光的成像原理）、光的电磁说、射线的高能量、同位素示踪、放射性衰变等。

例：同学们在做叶绿素提取分离实验时发现色素提取液在对着光线看时呈绿色，在背着光线看时呈红色，原因是什么？

分析：这个问题实际上是物理学问题。对着光源观察叶绿素提取液时，我们看到的是叶绿素的吸收光谱。由于叶绿素提取液吸收的绿光部分最少，因此用肉眼观察到的为绿色透射光红光，蓝紫光已被吸收。背光源观察叶绿素提取液时，看到的是反射光——叶绿素分子受激发后所产生的发射光谱。当叶绿素分子吸收光子后，就由最稳定的、能量最低的基态提高到一个不稳定的、高能量的激发态。由于激发态不稳定，因此发射光波即为荧光，反射到人的眼睛里。由光子说”可知，光是以光子的形式不连续传播的，而波长与光子能量成反比。因此，反射出的光波波长比入射光波的波长长，故叶绿素提取液在背着光线看时呈红色。

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四、高中生物与自然学科交叉的种类

1.知识上的交叉

这是最明显的一类交叉形式，特别是高中生物知识与物理、化学知识的交叉表现得更为明显，也是目前大家最为关注的。物理和化学知识是我们理解生命现象的基础。例如在光合作用过程中就涉及了光能或太阳能（物理现象）转化为化学能（化学现象），然后贮存在生物体内又转化为生物能（生物现象）的变化过程，中间有许多物质参与进行，并经历了众多化学变化，如卡尔文循环等。一切生命现象基本都与酶的活动有关，而酶一般都是蛋白质，它具有一般化学催化剂的共同特点，如只需少量即可改变化学反应的速度但不影响化学平衡的移动，而其本身的质和量并不发生改变。但酶还具有一般化学催化剂不具备的特点，如专一性等。在教学中教师如果能把酶与化学中的催化剂联系起来对比讲授，可以使学生温故而知新，从而更快地建立新概念。高中生物教材中涉及的数学知识相对较少，主要表现在分析生物的遗传现象时要用到一些简单的概率知识，在教学过程中教师要结合学生的实际，引导学生进行正确的推算。

2.研究方法上的交叉

生物学同其他学科在一些研究方法上也有很多相似之处，特别是很多化学和物理的研究方法在生物学研究中被广泛应用。但有一些交叉往往不易被发现和引起注意，如同位素示踪法。同位素示踪法是研究生物代谢最有效和最常用的方法，比如在研究光合作用的原理时，1939年美国科学家鲁宾和卡门利用18■同位素示踪法确定了氧气来源于水，而卡尔文则利用14■同位素示踪法探明了co■中的碳在光合作用过程中转化成有机物中碳的途径，即卡尔文循环。在物理学中也有类似的方法。我们把红墨水滴入静止的热水和冷水中，观察分子扩散与温度的关系，把高锰酸钾放入正在加热的水中，观察水的对流情况，在粒子物理探测中，云室、气泡室都留下了粒子的踪迹。这些示踪方法都形象、直观、及时地显示出了物理过程。

模拟法也是一种研究生命起源过程的常用方法，这是由于很多时候研究对象不允许进行直接实验，或者我们无法还原到当时的情境中，例如原始大气的状态。在高中物理实验中，电场中等势线的描绘就是利用的模拟法，用电流场来模拟静电场。同时生命起源模拟实验的设计和把实验结果反推到生命起源过程，还要运用类比法和类比推理，化学元素氦的发现和物理学中光的波动说的提出也都巧妙地利用了类比法。

3.能力培养上的交叉

化学发光法的基本原理篇2

（①山东省第八地质矿产勘查院，日照276826；②山东省第五地质矿产勘查院，泰安271000）

摘要：通过研究氢化物发生-原子荧光光谱法测定大批量地球化学样品中微量Hg时的信号叠加干扰，分析找出了干扰产生的原因，并进一步研究改进了氢化物发生-原子荧光光谱仪的进样系统。初步改进后，对于多样品测定时所造成的Hg荧光值信号积累有较好的削弱，减少了对后续样品测量结果的干扰，提高了仪器测量的准确度，方法经验证精密度和准确度均能达到日常分析要求。

关键词：原子荧光光谱仪；汞；干扰；记忆效应；气液分离器

中图分类号：O657.3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）17-0179-02

作者简介：吕有成（1985-），男，山东莱芜人，助理工程师，山东科技大学研究生毕业，地质工程硕士，主要从事地质矿产品检测工作。

0引言

在地质勘查工作中，汞（Hg）是非常重要的指示元素，可以为寻找金、银多金属等矿物提供重要依据。因此，在地球找矿和1:20万和1:5万的区域化探普查的36种元素中，汞（Hg）分析是极重要的数据组成部分。汞在地球化学样品中的含量一般在1×10-9~1×10-7之间，实验室测定微量汞的方法主要有冷原子荧光光谱法和冷原子吸收光谱法，冷原子荧光光谱法（AFS）是介于发射光谱法（AES）和原子吸收光谱法（ASS）之间的光谱分析技术，基本原理是，基态原子（一般为蒸气状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发态原子在去激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。[1-5]

本文主要研究对象是基于北京普析通用仪器有限公司生产的PF6-3型三道原子荧光光度计，在对元素汞（Hg）的测定时发现，每天开机后测定前40个样品时，同一个样品中Hg的测定结果、载流空白均会持续增高。研究进行反复试验，进一步发现，出现上述现象的主要原因是管路中残留水蒸气，导致Hg的残留。通过在气液分离器上部加装冷凝和加热装置，极大地降低了Hg的残留现象。本方法可以很好地满足地球化学样品分析Hg的准确度要求，提高了方法的精密度。

1实验部分

1.1主要试剂

本部分所使用的试剂均为优级纯。试验用水为去离子水，所用玻璃仪器均需25%硝酸浸泡24h。

盐酸（HCl）

硝酸（HNO3）

氢氧化钾（KOH）

硼氢化钾（KBH4）

硫脲（H2NCSNH2）

抗坏血酸（C6H8O6）

标准工作溶液：配制含汞1.0ng/mL标准溶液。介质：9%盐酸，1%硝酸，7%硫脲，3%抗坏血酸。同时配制标准溶液空白。现用现配。

1.2仪器工作参数

本文针对北京普析通用仪器有限公司生产PF6-3型三道原子荧光光度计研究，表1列出了通常采用的测定Hg仪器参数。

1.3分析步骤

①试液的制备。称取经风干、研磨并过0.149mm孔径筛的地球化学样品0.2000g于25mL具塞比色管中，加少许水润湿样品，加入5mL（1+9）王水（4.3），摇匀，放置于沸水浴中加塞分解1h，其间摇散样品1次，冷却后用预先配制好的硫脲-抗坏血酸混合溶液（4.8）定容至刻度，摇匀，静置半小时以上，待澄清后上机测定。同时做空白试验。

②空白试验。采用和1.1相同的试剂和步骤，制备全程序空白溶液。每批样品制备2个以上空白溶液。

③校准曲线。利用仪器自动稀释功能，设置分别吸取0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0mL标准混合溶液（4.11），即得含汞量0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0ng/mL的标准系列溶液。此标准系列适用于一般样品的测定。

④测定。将仪器调整到最佳工作条件，在还原剂（0.05%氢氧化钾+1.1%硼氢化钾）和载液（9%盐酸+1%硝酸溶液）的带动下，测定标准系列各点的荧光强度（校准曲线是减去标准空白后荧光强度对浓度绘制的标准曲线），然后依次测定样品空白、试样的荧光强度。

选择空白条件下测定、正常情况下仪器测定试样、延长仪器稳定时间1小时后测定试样、改装后测定试样，每次测定次数为40次。得到数据表2。

2仪器改进探讨

气液分离器改装基本原理是，在每次数据采集完成后，立即开启大流量（1000mL/min）氩气吹扫和加热，将水蒸汽赶跑。吹扫5秒钟，停止吹氩气；开启冷凝装置，对气液分离器进行降温。循环执行上述步骤。改装原理见图1。

对同一个样品连续测定40次，改装前后测定结果变化对比，见图2。

3结论

本文针对北京普析通用仪器有限公司生产的PF6-3型三道原子荧光光度计测定汞元素（Hg）存在“记忆”效应，通过在气液分离器上加装冷凝和加热装置对仪器进样设备进行了小范围的改进，改进后大大降低了Hg的残留，基本消除了Hg的“记忆”效应，提高了仪器精密度，进一步完善了仪器的工艺水平。

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化学发光法的基本原理篇3

以创新和创业型人才培养为导向，创新实验教学理念，融合无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等四大化学的实验教学，发展实验手段现代化、教学方法多样化、实验内容综合化的医学和药学的基础化学实验教学新体系。十余年的运行实践表明，特色鲜明的基础化学实验教学新体系已经成功地培养了医学和药学的创新和创业型人才。

关键词

基础化学;实验教学;创新和创业型人才培养

化学是一门实践性强的学科，也是医学和药学专业的基础学科。因此，基础化学实验教学在创新型和创业型人才培养中具有重要地位［1-2］。首都医科大学化学生物学与药学院实验教学中心自2004年成立至今，一直追求以学生为导向，培养具有动手能力强、综合素质好、微调自己就可适应社会需求的具有创新和创业双创人才的实验教学理念。特别是2006年成为北京市实验教学示范中心以来，基于实验中心”的教学理念，不断探索和研究面向医学门类学生和药学生的基础化学实验教学。在不违背实验教学基本规律和时代要求的前提下，不断实施实验教学理念的创新，特别是在教学模式上，打破了传统的实验课程的设置和学科的界限，将无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等四大化学的实验教学融合，成为现行的基础化学实验一、基础化学实验二、基础化学实验三和基础化学实验四。经过十余年的实践，基础化学实验不仅形成了独特的实验教学体系，更为药学生的专业实验课程打下了坚实的基础，形成了具有首都医科大学化学生物学与药学院特色的基础化学实验教学体系，受到同行专家的关注和肯定，并于2014年获批部级实验教学示范中心，确定了融合的基础化学实验是培养创新型和创业型的双创型医学人才和药学人才的重要基石。

1实验手段现代化

2004年以来，实验中心针对国家中长期发展对学生创新和创业能力培养的需要，不断推进以实验技术组合化、实验技术现代化和实验内容信息化为代表的实验手段现代化基础进程。

1.1实验技术组合化

实验教学中心独立设置的每门基础化学实验课，均有较高比例的基础性实验，如称量技术、滴定技术、溶液配制技术、过滤技术、蒸馏技术、熔点测定技术、沸点测定技术、重结晶技术、色谱技术、燃烧热测定技术等，为本科生的基本概念、基本原理和基本操作打好基础。在后续综合性实验中，融合了相关学科或同一学科多项技术，如基础化学实验二和基础化学实验三课程小茴香中茴香油的提取和分析测定”实验［3］。在基础化学实验二中，学生学习水蒸气蒸馏法提取小茴香挥发油，掌握水蒸气蒸馏技术的基本原理和操作技巧，保存好提取物。接着在基础化学实验三中，以基础化学实验二的提取物作为样品，以正己烷萃取小茴香油，然后采用常压蒸馏技术回收正己烷溶剂，样品采用气相色谱内标法，定性和定量测定小茴香挥发油中的反式茴香脑。该综合性实验设计既有水蒸气蒸馏、简单蒸馏和溶剂萃取技术的训练环节，又有色谱技术的训练环节，实验内容通过层次递进的方式展现给学生:在掌握了简单蒸馏原理的基础上，很容易掌握分馏的概念，即分馏就是反复多次的简单蒸馏;而在掌握了分馏概念的基础上，学生又很容易理解色谱学中抽象的塔板理论概念，即将色谱柱看作一个分馏塔，待分离组分在分馏塔的塔板间移动，在每一个塔板内组分分子在固定相和流动相之间形成平衡，随着流动相的流动，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板，并不断形成新的平衡。换句话说，色谱柱的塔板数越多时，其分离效果就越好。小茴香挥发油综合实验就是水蒸气蒸馏、简单蒸馏、萃取、称量、溶液配制以及气相色谱等多种操作技术的综合组会，实验的实施全面训练了学生的实验技能，提升了学生的创新能力和实践能力，培养了医学药学实用型人才，取得了良好的教学效果［4］。

1.2实验技术信息化

传统模式下的大学基础化学实验教学存在诸多方面的问题，比如学生被动实验现象突出、实验现象不够直观，使得学生对教学内容的掌握不完全。当前，科学可视化和电子通信技术的大发展给化学研究和化学课堂教学带来了令人兴奋的应用机会。通过多媒体辅助实验教学，应用分子模拟程序，可以将一个复杂的分子结构形象化、立体化、动态化地展示给学生，增强学生的学习兴趣，提升教学效果［5］。2006年以来，学院用信息化教学手段落实先进的教学理念和实施先进的教学方法。随着北京市对实验教学中心经费投入不断加大，实验教学中心配备了一流的实验教学仪器和设备，提供了信息化实验教学手段。为了用信息化的教学手段落实先进的教学理念和实施先进的教学方法，中心17间实验室都安装了多媒体系统，全部实现了多媒体辅助教学，自行设计制作了9套多媒体教学课件，拍摄了20部实验教学录像片。将大量教学图片、视频资料、多媒体软件、教学参考光盘等应用于实验教学，用生动形象的文字、图像以及视频等媒体信息直观地表达实验的重点、难点及操作方法和要点，增加了教学的信息量，强化了学生的视觉和听觉感观，改进了教学效果，优化了教学质量，使学生的创新能力和创业能力得到有效培养。

1.3实验技术现代化

学院每年用北京市教委提供的300万元专项基金，购置新的实验教学仪器和设备，推进中心的实验设施现代化建设，提升实验技术现代化。例如，基础化学实验二中熔点的测定”除了教给学生传统的提勒管测定法外，还用购置的WRS-1B数字熔点仪、SMP3数字熔点仪以及显微数字熔点仪，使学生能够学习和掌握现代化熔点测定技术。又例如，在基础化学实验二旋光度的测定”中，除了教会学生样品用量较大的国产的WXG-4圆盘旋光仪，还教会学生使用样品用量只有50μL的美国Rudolph微量旋光仪。同时，中心还购置了7台Agilent气相色谱仪、7台Waters高效液相色谱仪和3台Thermo-Fish-erUltimate3000高效液相色谱仪、6台Shimadzu2550紫外可见分光光度仪、5台ShimadzuRF-5301荧光分光光度计、2台红外分光光度计、1台马尔文纳米粒度测定仪。教师充分利用这些新仪器设计开发新的综合性和设计性实验项目，丰富实验教材内容。所购置的现代化的仪器设备向本校本科学生开放，学生在实验课中零距离接触这些大型和精密仪器设备。这些一流的实验设备成为学生牢固掌握基础化学现代实验技术的保障，培养了学生的创新思维和创业能力，特别为药学专业的学生接下来的专业实验课程的学习打下良好的动手能力基础。

2实验教学方法多样化

学院逐步实现以学生为中心、以教师为主导的教学目标，不断完善以启发式教学、互动式教学和研究式教学为代表的实验教学多样化，培养创新和创业型人才。

2.1启发式实验教学

传统的基础化学实验教学一般采取的是配方抓药”的方式，学生按照教科书写好的步骤去做实验，在整个实验过程中很少设置有让学生去思考的环节，学生处于一种被动学习的状态中，学生的实验技能仅仅处于会操作”这样一个低水平阶段，对化学科学的本质的理解力和创新能力没有得到有效训练［6］。因此，用互动式教学方法贯穿实验教学是中心的基本原则，教学中以教师的启发指导为主，通过学生认真思考和研究来完成实验，以提高学生对基础化学知识的灵活运用能力。在每次开始上实验课时，授课教师会围绕实验原理、实验方法、实验难点、实验预期结果和可能出现的问题等启发学生主动思维，让学生谈看法。比如在基础化学实验二柱色谱分离甲基橙和亚甲基蓝”的实验中，都会让学生观察实验现象，启发学生提问题［7］。比如提问学生实验中是蓝色条带还是黄色条带先流出色谱柱?为什么?然后让学生观察实验结果与自己最初的判断是否一致，假若判断有错误，首先让学生独立思考原因，然后在实验课结束时，会组织学生即时小结。通过小结，启发学生注意联系理论知识，引导学生从被分离化合物的结构和极性以及固定相硅胶的结构、极性和化合物与硅胶的相互作用等方面去思考，对实验结果给出正确的理论解释，对实验出现的问题给出合理的分析。启发式实验教学不仅调动了学生自主学习的积极性，管理理论课与实验课知识，尤其是提升了学生分析问题和解决问题的能力，是创新和创业型人才培养的重要教学方法。

2.2互动式实验教学

自发性和即兴表演等多种方式的互动式教学对提高学生化学学习具有重要意义。在互动式教学过程中，教师和学生双方要充分利用互动式教学资源如视觉、语调、手势和体态等。教师通过与学生的交流，了解学生的想法，调动学生学习的主动性。教师在授课中要经常提出适宜的问题，征求学生的答案，同时鼓励学生积极提问，并组织学生讨论，培养学生的创造性思维［8］。因此，用互动式教学方法贯穿实验教学也是中心的基本原则，积极鼓励授课教师在课堂上采用互动式教学模式进行教学，优化教学方法，提高教学质量，激发学生的学习兴趣，充分调动全体学生的学习积极性，提高学生学习效率。例如，在基础化学实验二从茶叶中提取咖啡因”的实验中，由于升华时对温度的控制不同，实验现象和结果会有很大的差异，有的学生在升华过程中很快闻到了糊味儿，升华用的滤纸由白色变成了焦黄色，升华的咖啡因产品晶体细小且很短，夹杂着黄色;而有些学生在升华过程中没有闻到糊味儿，咖啡因晶体洁白，颗粒很大且很长，附着在滤纸上干净整洁，产率较高。对于这样的实验教学情况，教师就组织全班学生一起探讨原因，将产生不同实验现象的学生分成小组相互观摩、探讨和交流，认真比较实验现象，仔细分析实验过程的异同，最后总结出实验成功的经验:茶叶的提取物在焙炒过程中要充分去除提取溶剂，形成墨绿色的均匀细小颗粒，升华时温度上升要缓慢，不能着急，若提取溶剂去除不干净和升华温度上升过快会导致咖啡因结晶色泽较差和产率较低。学生通过这样的讨论，发现问题和解决问题的能力有了很大的提高，并且实验热情高涨，培养了学生主动参与、勇于争论、敢于表态的实验态度，提高了学生的创造性思维能力。在相互讨论的过程中教师自身也得到了很大提高，与学生之间也有了近距离的情感交流，达到了教学相长。

2.3研究式实验教学

研究式实验教学的特点是课堂上有更多的互动、学生可分组实验以及会像科研实验那样产生真实的问题等。通过研究式实验教学，学生对基础化学概念的理解和学习态度上比传统的教学方式更有效［9］。因此，在实验课中开设研究式实验是一项非常有意义的工作，是培养学生独立思考、大胆探索和勇于创新的科学精神的有效途径。为此，实验教学中心积极推行研究式教学，让设计实验内容更加靠近正规的科研实验［10］，成为中心实验教学的重要环节之一。例如，在紫外分光光度法测定未知物的含量”设计性实验中，教师在实验课开始前2周，向学生布置实验题目、内容和实验要求，指导学生查阅文献，以课题小组为单位自主设计实验方案并说明实验原理;实验实施前1周，收集学生的实验方案，由教师进行审阅;实验实施前1天，组织一个讨论会，由各课题组提出自己的实验方案，全班讨论、归纳，在教师的指导下，最终形成一个公认合理可行的实验实施方案;学生从调整仪器、配置试剂开始，完全自己动手完成实验方案的实施;学生实验完成后，独立完成实验报告。通过研究性实验教学的培养，学生查阅文献的能力、归纳总结能力和团队协作能力有了很大提高，对理论知识的理解也更加深刻和透彻。

3实验内容综合化

传统药学基础实验课程体系强调无机、有机、分析和物化实验的专业性和独立性，课程开设基本分属于各教研室，各建一套，各自为政，不重视各学科之间的相互交叉渗透，结果导致学生的创新能力、综合分析问题和解决问题能力不足，同时也制约了各教研室的资源共享。将药学基础实验课程体系各学科相互融合，注重相关学科的交叉联系，开展综合性实验训练，提高学生创新精神和实践能力，是当前药学实验教学改革的主要方向［4］。综合性实验对培养学生的创新精神和科学素养意义重大，也是中心实验教学改革的重要内容之一。2006年以来，中心利用专项资金购置了一大批用于光学、电化学和色谱学分析等技术的教学仪器设备。例如，紫外可见分光光度计、荧光分光光度计、红外分光光度计、气相色谱仪和高效液相色谱仪等。如何在现有条件下，最大限度地提高教学质量和效果，提升学生的创新能力和实践能力，综合性实验项目的开设就显得非常必要。为此，实验中心积极推行综合性实验项目教学。比如在基础化学实验二”中，乙醇浸提茶叶、升华法提纯咖啡因，中心管理好学生的样品;在基础化学实验三”中，让学生使用自己的样品采用液相色谱法分析咖啡因的纯度及含量测定，学生可以在基础化学实验三”中体会在基础化学实验二”中自己样品的好坏程度。再如在基础化学实验二”中，学生合成和纯化阿司匹林，保留样品;在基础化学实验三”中，分别采用紫外二阶导数光谱法和液相色谱法分析阿司匹林及其杂质水杨酸的含量，在基础化学实验四”中，测定阿司匹林的燃烧热。这种将相关实验技术融合在既相对独立又互相关联的具体实验中，使这些选定的实验项目串联成一个大实验，通过实验原料传递的方法，使实验内容变成一系列前后关联的有机整体，实验设计整合了有机化学、分析化学和物理化学的实验内容，注重上下游课程之间的渗透和衔接，提升了学生对科学知识和实验课程学习的兴趣，培养了学生的科学素养和创新思维能力。

4化学实验教学改革的展望

本校实验教学中心在未来将继续以培养创新和创业型人才为指导思想，不断探索、研究医学化学和药学基础化学实验教学的基本规律、特点，不断吸取实验教学改革和科学研究的新成果，不断完善基础化学实验教学内容和体系，切实提高我国医学和药学专业人才的培养质量和水平。

作者：唐静成王玉记吴建辉赵明单位：首都医科大学化学生物学与药学院

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化学发光法的基本原理篇4

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仪器分析是用精密仪器测量表征物质的某些物理或物理化学性质的参数以确定其化学组成、含量及化学结构的分析方法，是化学、物理、数学、光学、电学、机械、自动控制、计算机等多门学科相互渗透、相互促进的边缘学科。随着现代科学技术的发展，各种分析仪器应运而生，仪器分析的应用日益广泛，在化工冶金、环境保护、食品保健、卫生检验、医学检验和生物监测等各领域中都发挥着重要作用。因此，仪器分析己成为高等院校许多专业教学中一门必修基础课。

经过近20年的高速发展，如化学发光、非质子核磁共振波谱、电感耦合等离子体、原子质谱、变性高效液相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳等新技术己广泛使用，仪器分析内容日益丰富。如何在有限的课时内让学生更好地掌握仪器分析的内容，同时了解到最新前沿，是分析工作者必须关注的问题。笔者在医学检验等专业的教学实践中进行了一些探讨，现提出有关教学改革问题，尚期同行商榷与指导。

1突出重点，精心安排教学内容

仪器分析是教学内容更新较快的技术基础课，要在有限的学时内完成教学任务，就要求教师对教学内容融会贯通，在内容上有所侧重，重点系统学习某些仪器分析方法的基本概念及原理，并抽提出共性1]。例如光谱分析是仪器分析中内容最多、最复杂的一部分。这部分包括原子发射、原子吸收、原子荧光、分子荧光、紫外、可见、红外等光谱法，而这些方法可概括为两部分一原子光谱和分子光谱。因此，我们授课时以原子吸收光谱法为重点讲授原子仪器分析中有许多种分析方法，每种分析方法在不同专业中的应用是不同的。如红外分光光度法、核磁共振波谱法和质谱法主要用于对物质结构的测定，在医学检验专业中对物质结构的测定较少，所以只要求学生对红外分光光度法、核磁共振波谱法和质谱法有个了解，所需的教学时数就要适当少些。而原子吸收分光光度法、紫外分光光度法、发光分析法和电位分析法等章的内容在医院检验科应用很普及，对于这些章节的教学要适当増加课时的投入，要求学生通过学习掌握其基本原理、定量分析方法、仪器结构、具体操作程序和方法等。

现在的分析仪器，基本上带有计算机及数据处理系统，过去较复杂的数据处理，现在也许只需按一下键就完成了。因此，教材中关于手工处理数据的内容，可以不讲。如离子选择性电极的定量分析方法中介绍格氏作图纸的绘制及应用技巧。

2运用多媒体教学，提高教学效果

仪器分析课程信息量大，内容多，所涉及的仪器品种和元件多而杂，教学内容又涉及到多门学科，加之我校医学检验仪器分析课程按50学时设置，理论教学30学时，实验教学20学时，存在内容多学时少，且抽象难于理解的问题。我校从1999年起对该课程运用多媒体教学进行了尝试，2001年开始普及，取得了非常好的教学效果。

2.1解决了内容多课时少的矛盾，増大了教师授课信息量仪器分析内容丰富，涉及面广。如果将平时讲课中很难甚至根本无法在黑板上画出的实验装置、光路图、电路图、仪器外观图制作成PowerPoint省了课堂板书时间。

2.教学内容形象生动，提高了学生的学习热情仪器分析中有许多内容需要发挥空间想象力如仪器的组成、结构、图谱等，采用传统的教学模式学生感到枯燥和抽象，难以理解。但如果采用图片、动画和视频演示方式，让学生在动静结合，图文并茂的情景下学习，有利于激发学生学习兴趣，提高教学效果。2.弥补了仪器设备的不足目前许多高等院校的分析仪器设备严重不足，而仪器分析又是一门实验科学，为了培养学生的实验技能，对于实验室没有的仪器，可通过计算机多媒体进行模拟，在一定程度上掌握和増加学习内容，使理论与实际操作有机结合^。对于实验室有的仪器，学生可在完成了预习内容的模拟实验后，再进入实验室可更快更好地进入实际操作过程。

笔者在多媒体教学实践中体会到还需注意一些问题。如多媒体教学中信息量大，学生容易疲劳，情绪产生抑制。展现一张新的幻灯片时，应稍作停顿，让学生有足够时间浏览，同时也惊醒一些己经走神的学生。如每张幻灯片的文字叙述尽量少而精，注意语言的锤炼，便于学生做笔记，同时幻灯片中颜色不宜太多，否则易产生眼花缭乱的感觉，反而会分散学生的注意力。由于笔者的学识水平的限制，制作的课件还较简单、粗糙，有待在今后的教学实践中不断修改完善。

3科研促进教学，介绍最新前沿知识

随着分析仪器的快速发展，仪器分析是发展较快的基础课之一，这就要求我们在教学中要根据检验专业的特点及本学科的发展现状和发展趋势，针对教学内容作适当的调整，将一些旧的内容适当压缩或作为阅读材料，充实一些新的内容和前沿性知识，使学生在学好基础理论的同时，了解最新科技信息。如学习高效液相色谱时，介绍近年来在高效液相色谱基础上发展起来的变性高效液相色谱。随着人类基因组计划的完成，迫切需要一种敏感、高效、经济的方法来检测庞大的序列变异，变性高效液相色谱法是少数能同时满足上述条件的技术之一。变性高效液相色谱主要用于基因变异的检测、DNA微卫星鉴定、肿瘤杂合性缺失的检测等方面。将这些与检验专业有关的新知识、新领域适时地反映到课堂上，对教和学都起到了很好的促进作用。

4加强学生综合能力的培养

在实验教学中，不仅要锻炼学生的动手能力，也要培养学生的科研能力。以往的实验只是机械地按书本的实验步骤操作，照葫芦画瓢，片面追求结果，不明白实验设计原理，结果学生做完实验后很快就忘记，更不用说掌握。我们在实验教学中不仅要求学生掌握实验目的和实验原理，还要求学生了解实验过程中实验的关键和影响实验结果的各种因素，充分调动学生的兴趣和主动性。如邻菲罗啉分光光度法测定铁的实验中，既要掌握铁含量的测定，也要掌握分光光度法测定铁的条件及方案的拟定方法。这样不仅培养了学生的实验技能，同时培养了学生严谨、实事求是的科学态度和掌握正确的实验研究方法。

化学发光法的基本原理篇5

[摘要]以学生为主体的角度出发，根据问卷调查结果和多年教学经验提出了基础光学课程改革的几点见解，第一、基础光学教学内容改革的必要性及具体措施，第二、注重教学步骤的完整性，第三、注重教学方法的改革。

引言

光学是高等院校物理专业必修的一门专业基础课，是物理学中最古老的一门学科之一，同时也是一门年轻的学科，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。光学对原子物理学的学习有极其重要的作用，而且光学是近代物理的生长点，量子论、狭义相对论都起源于光学。所以，学好光学无疑对相关课程的学习起着十分积极的作用。近年来有关光学课程的教学改革呼声日益高涨，人们分别从不同的角度对光学的教学改革进行着积极而有益的探索[1-6]。本文借助于罗洋城对北师大和韶关学院学生的问卷调查[6]，结合自己多年的教学经验和他人的先进成果，广泛征集学生见解，对光学课程的改革进行积极了的探索，提出了基础光学课程教学改革的几点见解，供大家鉴借和分享。

教学内容的选取

现流行的光学教材，对几何光学和波动光学的基本理论的讲解是详细的，完善的，但也存在不少问题，主要表现在：第一，几何光学的内容占的篇幅过大，以华东师大姚启钧编的《光学教程》为例[7]，仅几何光学的基本原理这一章，公式大大小小就有45个，有些问题中学已经讲过，没有必要重复讲授。适当精简几何光学内容，使内容在满足系统化、条理化的基础上做出合理的取舍。第二，光的量子性部分的历史，如“紫外灾难”和“两朵乌云”等故事完全可以放到物理学史中去讲授。第三，现代光学部分涉及面较广，学科的内容非常丰富，学科体系十分庞大，而光学课程的学时有限，所以现代光学部分则应该单独罗列出去，建议在大三再开设现代光学基础，满足学生的求知欲和飞速发展的光学科技。基础光学部分在讲授时应该适当融入前沿科技内容，避免单纯概念的枯燥,使教学别具一格,既深化了概念,同时将光学基本原理与其在科技前沿中的应用结合起来，大大深化了基本原理教学,开阔了视野，充分调动了学生的积极性，激发求知欲和探索物理奥妙的精神，同时也增加了课程的魅力。但是，在讲授前沿科技与古老光学原理的结合时一定要注意突出光学基本原理的描述,达到用科技前沿实例讲授并深化课程基本概念和基本原理的教学目的。同时，基础光学部分在讲授时还要注重课程内容的条理化，虽然波动光学和几何光学看似联系不十分紧密，但是至始至终都离不开两个概念就是光程和相位差，所以在整个基础光学部分的教学中要始终贯穿这两个基本概念使教学内容浑然一体。

注重教学步骤的完整性

注重教学步骤的完整性有力的保证了教学质量。课堂教学是学生获得知识的重要途径，由于教学体制特点，很多学生依赖于课堂，所以确保课堂教学效果是教学中的非常重要的一个环节。除了借助于现代化教学手段提高教学效果外，从内容的选取和语言描述上需下足功夫，充分地把教师的个人魅力展现出来，并且把这种魅力融入到教学中，以提高课堂教学效率。作业批改是课堂教学的延伸，它是发现问题，解决问题的重要途径，通过对作业细致批改几乎可以了解每一个学生的学习状况和学习状态。课后答疑是课堂教学的重要辅助形式,也是教学过程中的有机组成部分。此外，光学和其它物理学学科一样是一门以观察和实验为基础的学科，许多物理知识都是通过观察实验，经过认真的思索总结出来的。实验教学不仅仅是学生动手的过程，更是动脑思维的过程。注重实验教学能更好地激发学生的学习兴趣，并且能培养学生严肃、认真、端正的实验态度，获得一些感性认识，经过进一步引导使感性认识上升为理性认识，为光学课程的学习起到积极的作用。值得一提的是验证性实验所占比重过大[8]，大学阶段的实验教学应该不只是“验证”，通过增加一些设计性实验以激发学生的创新能力。

注重教学方法的现代化

现代教学技术手段的发展和应用提高了单位学时的信息量,多媒体技术中实例分析和动画演示激发了学生的学习兴趣。然而我们在运用现代技术手段教学过程中,还是遇到了许多新问题,如过多依赖于ppt教学，以至于学生感觉象放电影一样，条理性、逻辑性和系统性体现不到位。所以,我们还要不断探索新的教学方法和技巧,从而使现代化教学内容和教学手段得以更充分地发挥作用。此外，加强与国内兄弟院校的了解和交流,使我们能够开阔眼界，增加知识，有效提高我们的教学质量。最好能够让教师走出去,同时也能把相关教学经验丰富的人事请进来,借鉴和学习兄弟院校光学教学改革和发展的成功经验。总之,在科学技术飞速发展的今天，大学阶段的学习是很多人接受系统学习的最后一站，基础光学课程的学习对今后的学习起着非常重要的作用。所以在教学中要从教学内容、教学步骤、教学方法等方面完善教学过程,强化基础教育，紧跟现代科技发展步伐,积极大胆地尝试现代科技教学手段，探索新的教学方法，使学生的学习由被动转为主动，为今后的学习奠定基础。

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化学发光法的基本原理篇6

关键词：生物医学光电检测；交叉学科；教学模式；原理概念；创新思维

一教学体系的构建和优化

生物医学光电检测是应目前学校教学改革的需求，结合现今生物学、医学及光学等多门学科交叉融合发展的现状，而面向大学本科三年级学生开设的专业课程。该门课程涉及的内容相当广泛：综合了一般医学与生物学的检测技术——光学显微技术、电子显微技术、X射线影像检测技术、超声检测技术、核磁检测技术和太赫兹检测技术等；所呈现的内容新，处于自然科学研究领域的前沿：涵盖了包括近代物理学、化学、数学、生物学、医学和生物化学领域等的多项研究成果和最新进展；相关的参考资料如专业书籍、杂志和相关文章数量众多，内容丰富；与多种检测技术相关的检测仪器种类多，发展迅速，相应的教学内容具有一定的工程化技术化的特点；相比本系开设的其他专业课程如《波动光学》、《激光原理》、《信息光学》和《光通信技术》等，该门课程的开设时间较短。因此如何根据本门课程的特点，合理有效地开展教学工作，达到开阔学生的视野，加强学生对基本原理、概念的认知能力，提高学生对相关问题的思考能力和理解能力，培养学生工程化能力、多学科综合能力和创新思维能力的目的，就成为了本门课程的教学目标和重中之重。为此，笔者根据拟定的教学大纲和教学内容，进行了教学体系的构建和优化，内容包括教材的选取、教学内容的调整、教案的准备和教学要求的制定等。笔者首先进行了教材的筛选。在众多教材和参考书中，笔者选取了2014年清华大学出版社出版的，由黄国亮等主编的《生物医学检测技术与临床检验》[1](清华大学985名优教材)一书作为教材，另考虑到近年来激光技术与生物学技术的紧密结合，将1995年由湖南科学技术出版社出版的，由向洋编写的《激光生物学》[2]和2010年由中国农业科学技术出版社出版的，由段智英等编写的《激光生物学效应研究》[3]两本书中的部分章节选入作为补充教材。之后在教材内容的选取上，以生物医学检测技术和激光生物学技术为两大板块，进行了教学内容的调整和取舍：生物医学检测技术的主要教学内容包括多种成像检测技术和光谱检测技术；激光生物学技术的主要教学内容包括了激光工作原理及特性、激光生物学作用原理和激光的安全防护等。以这些内容为教学重点，做到教学体系的完整性和合理性。在此基础上，结合教材内容和相关的参考资料[4-13]准备手写教案，并同时进行多媒体教学课件的准备，完成教学前的准备工作。值得一提的是，在准备多媒体课件的过程中，笔者在网上搜集了大量的与该课程有关的图片、视频和PPT等，并对这些资料进行了分析、整理和整合，融入到自己所制作的课件中，力争做到课件信息量大、形象直观，让学生记忆深刻。在教学过程中，举出丰富的事例对学生进行知识点的讲解，并遵循知识点随机提问，进行课堂讨论，增加与学生的互动；向学生提出合理的学习要求：上课之前预习教材内相关章节内容，课堂记笔记，课后复习；积极思考课堂提问，认真完成课堂作业、课后作业，学有余力且对相关知识感兴趣的学生可参考笔者提供的参考资料收集相关内容进行学习。另外参考国外的教学方式，为了让学生了解平时学习的重要性，相应设计出了多元化的考查方式，将平时成绩在总成绩中所占的比例提高到了50%，平时成绩为上课点名、课堂提问、课堂测验和平时作业等成绩的加权平均，而期末考试成绩只占总成绩的50%，这从另外一方面也减轻了学生的考试压力，有助于增强学生学习的兴趣，提高学生学习的能动性。除此而外，笔者在课后收集学生对每堂课的教学反馈意见，实时调整教学中的部分内容，根据学生感兴趣的内容，查阅该领域该部分内容的最新进展，增加相应的教学量，提高教学质量，优化教学体系。总之，教学体系的构建和优化涵盖了教学活动中的所有环节，对于有效开展课堂教学非常重要。

二教学内容的选择和系统化

在教学体系的构建和优化中，教学内容的选择、教学内容的系统化是一个非常重要的部分。该门课程的内容广泛，参考资料丰富，如何有侧重地选取教学内容，保证教学内容的系统化有一定的难度，因此笔者在备课和教学的过程中，对该门课程的教学内容进行了精心的选择和安排，力争做到以教材为蓝本，突出教学重点，注重基本概念和基本原理的理解，注重光、机、电、软件的结合，注重检测技术和仪器运用的结合，注重工程化与技术化的结合，注重理论和实践的结合，实现教学内容完整性和系统性的统一。以显微技术一章为例，自从1665年胡克发表了用显微镜观察软木塞组织的微观结构以后，显微镜就与生物医学观察和检测密不可分了。以光学显微技术为代表的显微技术成为了生物医学光电检测技术的基础与核心内容，之后产生和应用的检测技术如电子显微技术，虽然在技术手段和方案上有所创新，但依然在重复利用或借鉴显微技术的基本原理和基本思想，因此笔者以显微技术为基础和切入点，向学生展示相关检测技术的原理。而在阐述显微镜的成像原理时，又着重介绍了显微镜性能评价参数如视角放大率、分辨率、有效放大率、光束限制和线视场，并从光学知识出发，分别对这几个参数进行了理论推导；通过数学推导让学生理解和掌握有关显微镜的基本问题，如为何高倍物镜比低倍物镜能观察到的物面范围要小；显微镜的分辨率与波长，与数值孔径有何关系；为何数值孔径要与放大倍率合理匹配，才能充分发挥显微镜的分辨能力等。对这些问题的理解都有助于学生今后正确地选取和使用显微镜，也有助于引导学生思考实验仪器的选择和其性能的关系，提高他们的分析能力和实践应用能力。在此基础上，笔者介绍了显微镜的制片技术和使用；之后，笔者对多种显微镜如荧光显微镜、暗视野显微镜、激光扫描共焦显微镜、相衬显微镜、金相显微镜、偏光显微镜、倒置显微镜及新型显微镜的原理进行了描述，并与普通显微镜原理的异同进行了比较。对于显微技术的发展历史、国内外主要显微镜生产厂家介绍等趣味性强和难度较低的内容则不作教学要求，留给学生自学，给予他们一定的空间开拓视野。这样的内容安排使学生轻松容易地掌握相关的知识，且对仪器的使用产生浓厚的兴趣，达到较好的教学效果。而后面章节的内容也正是基于同样的思路进行选择和安排的。正是由于对教学重点和难点的选择和合理安排，让笔者做到了课程内容的完整性和统一性，为之后教学方法的实施和教学手段的运用作了铺垫。

三教学方法的实施和教学手段的运用

好的教学方法和教学手段有助于推动教学工作的开展，有助于提高教学质量。2011年笔者进行了该门课程的申请和教学工作，由于当时缺乏经验，不知如何完成此项教学任务，故在一次偶然的机会中，向1996年诺贝尔物理学奖获得者、斯坦福大学物理系教授DouglasOsheroff请教了该门课程的教学问题，他告诉笔者一句话：“Startingtheclassfromthesimplethings.”他的这番话让笔者受益匪浅：教学就是要深入浅出，从简单的事物、事例出发，让学生对这门课程的内容有所了解，充满兴趣，借此引导学生进入该课程的学习。在之后的教学工作中，笔者始终秉持这种由浅入深，由简单到复杂的方式来帮助学生吸收知识，积极思考。以该门课程的引言部分为例，笔者首先向学生介绍此课程具有学科交叉、涉及专业广等特点，再将课程内容进行了归纳，课程的核心是“检测”二字，此课程着重解决两个问题：一是检测什么？二是如何检测？对于第一个问题，答案是物体形貌和特性表征；对于第二问题，答案是成像和成分分析。提纲挈领的表达让学生清晰地认识到课程的内容；之后从检测技术和激光生物学这两个板块，对课程的构架进行了框图表述，让学生直观地看出教学内容间的逻辑联系。在此之后，从学生最熟知的观察及成像出发，将课程内容引入。向学生提出一个看似简单却甚少有人思考的问题：“我们是如何观察到物体的？”学生经过思考后给出的答案不是非常全面，笔者就学生的回答做出了一定程度上的肯定，然后向学生抛出笔者自己总结出的观察物体的三个层次：看得到、看得清楚和看得舒服。言简意赅的答案引起了学生的热烈讨论，由此引出了学生对光特性探讨的热情。学生从光的波动性和粒子性回顾了他们的光学知识。之后，笔者又引导他们思考在物体太小和物体离人眼距离太远的情况下，如何观察物体的问题。认真思考的学生做出了回答：可用显微镜和望远镜来进行观察。在此基础上，引导学生根据透镜成像的规律分析对比放大镜、显微镜和望远镜成像的异同；然后顺利引出显微技术和其他生物医学检测技术的发展概况和应用实例，较好地完成了既定的教学任务。在整个教学过程中，笔者尽量做到由浅入深、循序渐进地引导学生对所学内容产生兴趣；在随机提问和自由讨论的轻松氛围中，让学生自然地做到了与教师的“教”与“学”的互动；通过图片、视频资料丰富的多媒体课件，让学生获取信息量大、直观生动的知识；结合在黑板上用粉笔推演公式的传统方式，以适中的速度让学生理清楚基本原理和相关公式的来龙去脉；根据学生感兴趣的知识点和目前的热点研究成果，实时调整部分教学内容，收集相关知识的最新进展，为学生补充知识，如教材中没有的太赫兹检测技术等，以达到扩展学生知识面，扩大学生视野的目的。总之，通过多样化的教学方法和有效的教学手段来培养学生的思考能力和理解能力，提高教学质量。

四总结