化学发光法的基本原理篇1
关键词结构化学原子光谱项教学难点教学实践
1提出问题，引起学生思考，循序渐进使学生知其所以然
在结构化学教学中，笔者发现大多数学生对原子光谱项的掌握就是按照一定的套路把它推导出来，而并不明白为什么可以这样推导以及推导出的光谱项有什么作用。为此，在教学过程中，从学生已有基础知识切入，通过设问法，引导学生思考并关注问题答案，层层递进，解决学生知其然而不知其所以然的学习困境。在讲述原子光谱项时，先向学生抛出一个基本问题：为什么要学习原子光谱？然后从现代分析技术出发，指出许多分析技术的发展依赖于光谱学的发展，没有光谱理论作为基础，也就看不到现代化学、材料等相关领域日新月异的发展。这往往引起学生浓厚的学习兴趣。接下来讲述课本知识时，先从学生已有知识切入，提问学生在无机化学和量子力学基础中学习的能量量子化和能级的概念，在已有知识的基础上进一步让学生思考怎么表示电子所处的能级并进而反映出原子结构。自然而然的，将原子光谱项的概念引入进去，并且强调原子光谱项和原子光谱之间的关系。这样，学生就对整个知识点有了宏观的认识，明确了自己的学习目的。理解了光谱与能级的一一对应关系，学生就会思考怎样推求光谱项。接着提问，核外电子的运动状态是怎样进行描述的？学生对此比较熟悉，基本上都能回答出来。那原子的运动状态怎么样进行描述呢？是各个电子运动状态的简单加和么？这时，学生往往陷入了沉思，于是可趁机引入原子的量子数L、S、J，原子的轨道角动量mL、自旋角动量mS、总角动量mJ，以及各角动量在磁场上的分量mL、mS和mJ，对这些基本概念的理解对于后续的学习至关重要。由此，一步步引出光谱项的概念以及它的重要意义，学生对所学知识也就有了一个宏观的认识。在整个学习过程中，通过各种问题将各个知识点串联起来，这种串联不仅将原有基础知识与所授知识相互融通，并且进一步扩展到其他专业课知识，学生每解决一个问题都能获得很大的成就感，并且有豁然开朗的感觉，引起学生极大学习兴趣的同时，所学知识也不断累积。通过这种层层设问的方式，学生能真正理解自己所学知识并将其在以后的学习和工作中为己所用，就不会陷入只会按照课本知识简单推求，离开课本就不知其所以然的境地。
2改变教学模式，攻克教学难点，培养创新思维
原子光谱项的推求是一个教学难点，笔者试着引入了小专题式教学方法［4－5］。为确保教学时间和系统性，教学过程仍按照教学大纲所规定的章节顺序讲授。在此基础上，根据课堂内容设计小型专题，由学生围绕专题内容自行命题并在课余时间准备，在准备过程中教师引导学生以小组的形式通过查阅文献解决问题，并由教师选出典型题目让学生在课堂上进行讨论和汇报，每个题目汇报时间一般控制约10min。小专题式教学法是在课堂讲授之后进行的巩固内容，改变了以往以教师为主导的教学模式，是对课堂教学内容的有效补充和扩展。在我校所用教材《结构化学基础》（周公度编）中，对于光谱项的推求遵循由简单到复杂的原则，从氢原子光谱项逐渐过渡到多电子原子的光谱项，重点介绍了光谱项的推求方法和步骤。在这里有2个重要知识点，非等价电子组态的光谱项和等价电子组态的光谱项的推求。其中，前者相对简单，可以直接利用L－S耦合规则求出原子的量子数L、S并求出光谱项，这部分内容通过学生预习和课堂讲解学生都能较好地掌握。但是等价电子组态由于受到保利原理的限制，其计算远比非等价电子组态复杂。针对这种情况，结合当今社会网络资源丰富和90后大学生计算机应用能力普遍较高的特点，设置了小专题“等价电子组态光谱项及基谱项的推求”。全班50名学生，5人一组，每组设组长，分组时在学生自愿的基础上，尽量发挥基础较好的学生的带动作用，保证任务圆满完成。要求学生团队合作，限时一周，给出小论文并制作ppt。由任课教师挑选出作业由学生讲解并讨论，并根据学生完成情况评分，作为学生平时成绩的一部分。虽然任课教师在课堂教学时以p2电子组态为例重点介绍了“Slater图解法”“表格法”［2］等基本方法，但刚给出题目时还是有些担忧，学生也普遍反映较难，不知从何下手，但这部分知识非亲历很难掌握扎实。为此，专门组织了课后辅导，以网络辅导形式为主。任课教师为学生提供了一些相关资料，并鼓励学生从资料出发，打开自己的思维，找寻更多的资料，在此基础上确定自己的题目，给出自己的观点。有些学生基础较差，鼓励他们可以把图解法进一步扩展，比如把p2组态扩展到p3、d2等组态；教材中主要介绍了使用L－S耦合方案对原子光谱项的推求，但是这种耦合方式仅适用于主量子数n较小（轻元素）的较低能态的情况，因为这种耦合方式相当于自旋角动量和轨道角动量分别守恒，从理论上讲只有当相对论效应略去不计时才适用［6］，对于n很大的高能激发态，相对论作用远大于静电作用，则鼓励学生探索j－j耦合方案；对于编程水平较高的学生，鼓励他们通过合作探索，与现代计算机发展相结合，找到光谱项推导的其他方法……学生的思路由此打开，积极性大大提高，有些学生给出的答卷让笔者眼前一亮。根据课堂安排，挑选出了2个典型题目，每个题目限时10分钟，由学生讲解，集体讨论，加深并扩展对课本知识的理解。一个是以姜兰同学为组长给出的“n原子光谱项的推求”，另一个是以王帅同学为组长给出的“等价电子组态j－j耦合光谱项的自旋因式化法”。姜兰同学通过计算得到n原子p3组态有20种微态（C36＝20），但她并没有全部列出，她指出由于mL和mS取值的对称性［7］，只需要列出mL≥0，mS≥0的7种微观状态便可得出所有的光谱项（表1），并由此讨论扩展到更复杂的微态，这样大大简化了笔者的工作。之所以选取此题目，是因为这是对所学知识的加深和实际应用，与课本例子紧密结合，每个学生都可以参与到讨论中，考查了学生对基本知识的掌握，注重了对知识的记忆巩固。有些学生对于该题目的讨论意犹未尽，由于时间限制，建议学生课后自行推导并进一步讨论。而王帅同学先从单一电子的j值讨论其mJ值，确定电子所在轨道，将等价电子组态因式化为2种自旋状态，并确定各自旋状态、自旋对耦合情况的mJ值和半微状态数，最终确定电子组态的耦合情况，计算出J值并确定光谱项。这个题目相对来说难度比较大，任课教师有针对性的进行了讲解，帮助学生理清思路。通过对这个题目的讨论，使学生认识到现阶段对于复杂组态光谱项的确定难度比较大，手工计算复杂，引导学生积极探索，启发学生的科研思维，揭开科研的神秘面纱。当然，也有学生表示此部分内容较难理解，笔者将相关资料发给学生，通过各种交流手段保持与学生之间的互动，引导学生课后进一步思考和讨论。尽管学生基础不同，兴趣差别大，但对于主讲学生和教师提出的问题都能积极讨论，通过“小专题”教学模式的应用加深了对光谱项的理解。通过与学生讨论交流，大部分学生认为此次讨论的内容与教学重点比较匹配，同时也表示，知识是无止境的，自己所学所知还太少，需要不断地探索。
化学发光法的基本原理篇2
一、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，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。应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，激发了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，但是自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。
二、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，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。
三、注重教学方法的现代化
化学发光法的基本原理篇3
（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。
参考文献：
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化学发光法的基本原理篇4
[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。
参考文献：
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[5]于国萍，游璞.改革光学教材适应社会需要[j].光电子技术与信息,2005,18(2):101-102.
[6]罗洋城.光学学习困难的调查与分析[j].韶关学院学报(自然科学版),2002,23(6):30-36.
化学发光法的基本原理篇5
[关键词]食品添加剂；重金属；前处理；检测技术；
中图分类号：tS202.3文献标识码：a文章编号：1009-914X（2018）05-0260-01
1样品前处理方法
1.1干法灰化
根据国家有关标准，干法灰化是重金属预处理的推荐方法之一。它可以分为两个步骤：蒸，干燥和碳化的第一次无烟。最后，根据灰化后的状态，选择是否需要进一步灰化，冷却后进行恒体积试验。
然而，传统的干法消化过程繁琐、费时，密封性差，容易造成被测元素的损失，因此，为了简化研究，介绍了一个完整的炭化和灰化样方法[1]，样品润湿，直接放入马弗炉消解，取出加入一定体积的酸溶液之后，加热干燥，冷却后定容检测。该方法具有回收率高、操作速度快、消化效率高等优点。
1.2湿法消解
在常规湿法消化过程中，样品和酸、碱等溶液应混合在三角形瓶内消化。一个晚上后，在加热板上进行一系列的酸处理，直到少量的残余冷却被用来确定体积。然而，这种方法很复杂，容易产生污染，对环境有影响。由[2]优化预处理，聚四氟乙烯材料消化池的使用，样品经酸驱动自动控温电热板消解，水稻中铅和镉含量的检测，回收率符合要求，适合重金属挥发，温度高容易处理，但费时，不适合大众的出厂检验要求。
干和湿的样品，有基底的处理效果，各元素之间的干扰测量结果，为进一步提取纯化样品，在主角曹金芳[3]的山梨酸钾的测定，样品的灰化和定容后加入合适的络合剂及萃取剂是合适的。消除共存元素的干扰，恢复良好。用王惠存[4]共沉淀法，加入一定量的干/湿样品的共沉淀剂后，测定元素富集样品中铅和镉的诱捕，效果显著，有效地提高精度的方法。
第一种方法在一定程度上简化了操作步骤，但实验操作中容易引入较多的中间环节、耗时的缺陷和其他杂质，可能造成元件损失，因此需要一种更快速高效的处理方法。
1.3微波消解
微波消解技术是近十年来的快速处理技术，越来越广泛的应用，它是在高温高压条件下，通过试样，在密闭容器中的混合酸微波加热，以达到快速、完全消化的目的。
另外，尽可能的待测元素的提取与纯化，以消除基体效应，周涛红提出了用固相萃取装置测定金属元素的富集效果显著，在pH=7.3，速度为5.0m，L/min条件是适当的。
2检测方法
食品添加剂中重金属的检测方法不断优化并付诸实施，其及时性、准确性和敏感性均较好。目前，该领域应用的方法有多种，如快速着色法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和电感耦合等离子体原子发射光谱法。
2.1快速显色法
2.1.1根据国家标准GB/t5009.742003，采用比色法测定食品添加剂中的重金属。当p为3～4时，样品溶液中的重金属离子和硫化氢生成棕黑色，并与同一处理的标准铅溶液进行了限值测量。但由于硫化氢的毒性，和实验的过程会带来污染，影响精度，因此对硫代乙酰胺溶液为显色剂的研究检测食品添加剂中重金属，操作方便、快捷，毒性低，满足精度要求。
2.1.2近红外紫外分光光度法测定食品添加剂中的铅（Ⅱ）。当p和H3.70～5.10之间，tta和铅的反应（ii）系统是由659.8nm三反应形成，和蓝绿色的复合物。该方法检出限为5.27g/kg，回收率在84.96%～100.5%之间。该方法具有灵敏度高、操作简单。它可用于在一些色素和香料中铅的测定。
2.2原子吸收光谱法（aaS）
原子吸收光谱法是在上世纪50年代中期，一个新的仪器分析方法，强度定量测定元素含量分析方法原子吸收共振辐射气体原子中的电子对紫外光和可见光对应的通过程序升温消除基体干扰的范围，该方法适用于样品中痕量和痕量分析。
2.2.1石墨炉原子吸收光谱法（ga-aas）石墨炉原子吸收光谱法是利用石墨材料使霧化器和样品分析由电流加热的方法。唐森富和张磊利用茶多酚、铅含量的测定方法，钛白粉，实验数据表明，有限的价值的方法，回收率在可接受的范围内，适用于微量元素的测定。在实验中，为了消除共存元素的干扰，加入一定体积的基体改进剂，效果显著。
2.2.2火焰-原子吸收光谱法（FaaS）据报道，在食品添加剂六偏磷酸钠火焰原子吸收光谱法测定铁含量的测定，检测限为0.039mg/kg，且回收率在91.1%～102.4%，符合测定要求。否则人们将氢化物发生原子吸收光谱法结合碳酸钙中铅含量的测定，通过生成气态氢化物、铅和金属在样品基质中分离和富集离子，显著提高检测限，94.8%～104.3%恢复，可以有效地消除基质的干扰，提高测量精度和灵敏度的测试结果。
2.3原子荧光光谱法（aFS）
原子荧光光谱法是基于原子（一般气态）辐射吸收的特定频率，是由高能态激发的，然后激发过程形成的光辐射发出的特征波长的荧光分析方法。
陈欣欢等人建立了原子荧光光谱法测定食品添加剂焦磷酸钠中痕量砷的方法。在选定的检测条件下，检测限为0.4克/千克，回收率为98%～100.5%。该方法具有较好的灵敏度和准确度高。邓泉道和其他氢化物发生装置和原子荧光光谱法结合相应的屏蔽剂，实验回收率：101.8%～102.2%砷，汞102.5%～106%，可以有效地消除金属干扰共存。
原子荧光光谱法中，大量基体元素不能进入雾化装置，不仅光谱干扰小，而且化学干扰小，灵敏度高，准确度高。然而，随着食品添加剂中重金属的需求量越来越大，检测方法越来越方便、快捷、高效。
2.4电感耦合等离子体-原子发射光谱法（iCpaeS）
电感耦合等离子体原子发射光谱法（iCp-aeS）是一种以等离子体为激发光源的原子发射光谱法。根据元素、特征、波长和强度对相应元素进行定性定量测定。
方法采用电感耦合等离子体发射光谱法测定食品添加剂DL-酒石酸中微量金属元素的含量。样品消化和射频发射功率1200w处理的0.60mL/min雾化器的流量，90%～96%的回收率，以满足测试要求。研究发现，可以得到更好的结果通过增加射频发射功率和气体流量。这表明，电感耦合等离子体原子发射光谱法可以实现快速、高效的进行测试的各种元素的检测。和微量元素的检测分析是合适的。于莉还可用于食品添加剂盐酸中汞、砷、铅的测定。
2.5电感耦合等离子体-质谱法（iCp-mS）
iCp-aeS法原理与此方法基本相同，具有操作方便、样品处理简单、分析时间短、准确度高、灵敏度高、精密度高、重复性好等优点，被广泛应用于痕量元素分析的检测。
总结
食品添加剂中重金属的检测预处理方法和分析方法基本上能满足当前的要求，微波消解法简单、适用性强；iCp法分析时间短、准确度高，已成为今后发展的方向。然而，随着食品工业的发展和社会对食品安全的日益重视，有必要拓宽分析方法的适用范围，发展更有效、更准确、更环保的分析手段。
参考文献
[1]彭敏.iCp-mS法测定食品添加剂氢氧化钠中五种重金属[J].东莞理工学院学报，2015，22（03）：67-70.
化学发光法的基本原理篇6
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7
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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8
近年来，石墨烯因独特的性能w而受到越来越多的关注，如大的比表面积、高的载流子迁移率、优异的机械灵活性、良好的热/化学稳定性以及对环境友好的特征等。与二维的石墨烯纳米片（graphenenanosheets,GnSs)和一维的石墨烯纳米带(graphenenanoribbons,GnRs)相比，零维的石墨烯量子点(graphenequantumdots,GQDs)由于其尺寸在10nm以下表现出更强的量子限域效应和边界效应，因此在许多领域如太阳能光电器件、生物医药、发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。
GQDs近年来逐渐成为各领域科学家关注的热点，尽管它的发展还处于起步阶段，合成也只是近两三年才开始研究,碳纳米晶体（包括碳纳米管、石墨烯、纳米碳、纳米碳点，统称碳点）的合成却可以追溯到更久以前，主要分为两大类方法m:自上而下和自下而上的方法。自上而下包括电弧放电法、激光切割法、电化学氧化法等，自下而上的方法包括燃烧热法、支架法、微波法等。
GQDs的合成方法很多可看作是对碳纳米晶体合成方法的延伸和补充。本文主要从材料学的角度，沿用自上而下和自下而上的思路综述了制备GQDs的两大类方法。自上而下的方法是指通过物理或化学方法将大尺寸的石墨烯薄片（GSs)切割成小尺寸的GQDs,包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法等；自下而上的方法则是指以小分子作前体通过一系列化学反应制备GQDs,主要是溶液化学法、超声波和微波法等。在这些反应中，GQDs因反应中加入增溶基团而具有良好的水溶性。另外一些较为特殊的方法，如电子束刻蚀和钌催化富勒烯C60开笼法，所需要的苛刻制备条件很大程度上限制了这些方法的推广。基于文献中GQDs最新的研究进展，本文综合评述了各种GQDs的制备方法及机理，并对各种方法制得的GQDs的性能作了简要介绍。
2自上而下的方法
2.1水热法
水热法是制备GQDs中较常用的一种方法，其工艺一般分三步：将氧化石墨烯（Go)真空热还原为GnSs;在浓硫酸和浓硝酸中氧化GnSs;氧化后的GnSs在水热环境下去氧化。水热法制得的GQDs表现出受激依赖性并只能发出一种颜色的光（蓝色或绿色）。最早报道的是pan等通过酸和水热环境化学切割GnSs制备GQDs[5-6]。他们最初获得的GQDs(图1a)直径分布5-13腿，具有水溶性，发蓝色荧光，但排列较无序。后来经过改进，以高温热处理后的Go片作前体，制得尺寸更小（1.5-5腿）、结晶度更好、发绿色荧光的GQDs。这两种方法制备的GQDs荧光性质均表现出pH依赖性（碱性环境中发光，酸性环境下猝灭）,量子产率均不高（7%左右）。Shen等[7]通过水合肼还原表面被聚乙二醇(peG)钝化的Go制备GQDs,后来经过改进以水热法还原[8],与pan等相比，不同点主要是加入了peG作钝化剂。改进后制得的GQDs呈单分散状，在中性水溶液中发明亮荧光，在酸性和碱性环境中pL峰强仅减少25%,量子产率提高至28.0%。
水热法制备GQDs的机理（图1b)与氧化切割碳纳米管解开为GnRs的机理H相类似：酸氧化在石墨烯片层边缘和孔洞位置引入羧基（CooH),在基底位置引入环氧基（C-o-C)和羰基（C=o)。沿着横向尺寸方向碳晶格上环氧基和羰基倾向于形成一条化学链，该链由较多羰基和少量环氧基组成，这条链将周围sp2团簇围住，容易引起该区C一C的断裂。随后水热去氧化的反应中这条链像一条拉链一样被打开，氧原子被移除，而相对稳定的羧基则被保留下来，最终生成水溶性的GQDs。而加入peG后量子产率提高，可能是因为表面钝化剂的作用产生了更强的量子限域效应，将发射能量限制在GQDs表面，从而使产物GQDs~peG发出更强荧光。
水热法与其他方法相比量子产率较高，但不足之处在于：它是基于原材料Go及其还原产物的基础上进行的，而这些产物是通过一系列的化学反应氧化大量的石墨粉末得到，还原过程通常需添加大量的试剂并耗费数天时间。
2.2电化学法
电化学法是制备碳纳米材料较为常用的一种方法。较早报道类似方法的有Zhou等m，他们从多壁碳纳米管（mwCnts)制碳点，Zhao等m在磷酸二氢钠水溶液中用铂丝作反电极氧化石墨柱电极（以饱和甘汞电极作参比电极）制碳点。Chi等m在pH=7的磷酸缓冲溶液（pBS)中以ag/agCl为参比电极，pt作反电极，石墨棒作工作电极制碳点。Lu等m以石墨棒和高定向热解石墨为阳极，pt作反电极，离子液体（iL)甲基-3-丁基咪唑氯化物和水以一定比例混合的溶液作电解液制备一系列不同构造的碳纳米材料，包括纳米管、纳米带、纳米片、纳米微粒。特别需要指出的是，此后电化学法制备GQDs的机理基本都与该方法机理相类似。上述方法所得产物距GQDs仍有一段距离。最近Zhang等m以石墨棒为阳极，pt作反电极,0.1m的naoH作电解液制备发射特殊黄色荧光的GQDs(图2a),该法与前几种方法的区别在于电解后形成的产物在室温下用水合肼还原改性，对纯化和筛选GQDs起到关键作用。电化学法制GQDs的工艺过程可归纳为三个阶段：第一阶段是剥落发生前的诱导期，电解液颜色从无色到黄色再到暗棕色；第二阶段石墨阳极明显膨胀；第三阶段石墨片自阳极剥落，同电解液一起形成黑色浆体。第二和第三阶段烧杯底部有明显沉淀。电化学反应涉及离子液体中阴离子的相互作用，所以可以通过改变水和离子液体的比例调节产物的形状和尺寸分布。离子浓度大的电解液比浓度小的电解液着色更快，颜色更深。电化学法制得的GQDs特点是高度稳定，室温下放置3个月仍不发生聚集和颜色变化。
电化学法的机理（图2b)主要是基于水的阳极氧化和离子液体的阴离子插层二者间的相互作用，可分为4步[14:第一步，水在阳极上发生氧化反应产生羟基和氧自由基，自由基将石墨氧化或羟基化，引起阳极上碳纳米晶体分解，这步发生在石墨晶粒的边缘和缺陷区，在石墨电极膨胀之前；第二步，边缘区域的氧化反应打开了边界层，有利于阴离子的插层，使石墨阳极去极化并膨胀；第三步，氧化反应使石墨片裂解为石墨烯纳米颗粒；第四步，产生的片状物作为石墨烯纳米片沉淀下来。不同阶段的机理均可从观察产物外观的变化来推断。通过研究改变反离子种类和供给电压大小对产物的影响，该机理可以被进一步证实。在上述机理中，阴离子比水有更强的氧化性，因此水在阳极被氧化，阴离子则在石墨层上起着嵌入剂的作用。羟基和氧自由基在整个过程中起着电化学‘‘剪刀”的作用：切割碳纳米晶体并形成含氧官能团。切割过程又涉及到一个“解开机理”含氧基团链状结构的形成能产生一个张力，这个张力有利于石墨进一步氧化和裂解[15]。电化学法制得的GQDs溶液均表现出高度的稳定性，这是因为：石墨经过氧化产生电化学氧化石墨烯纳米晶体（eoGs),由氧化石墨纳米颗粒和GSs组成。eoGs在水中带有负电，导致eoGs中石墨烯层与层之间发生静电排斥作用，从而形成分布均匀性能稳定的胶质溶液。而GQDs发射黄色荧光则与添加水合肼后生成的酰肼官能团有直接关系。
上述几种方法是以石墨棒为原料，此外还有一些以GSs为原料制GQDs的方法。Li等[16]以GSs作工作电极，ag/agCl作参比电极，pt作反电极，在0.1m磷酸缓冲溶液中制GQDs。在该法的基础上Li等又以四丁基高氯酸铵（tBap)的乙腈溶液作为电解液将n原子引入到产物中[17],这与石墨烯掺n后的改变有相似之处[18],GQDs与n的化学键连显著改变了它的电学性质并引入了更多的活性中心。
经过改进后电化学方法基本都能一步完成，但它的不足之处与水热法类似：原材料石墨的前期处理工作耗时长，后期GQDs的纯化所需透析等步骤耗时也较长，产品产率不高。
2.3化学剥离碳纤维法
化学剥离碳纤维法即通过化学处理将碳源层层剥离制得GQDs。peng等[19]以树脂基碳纤维为碳源，通过酸处理将纤维中堆垛的石墨剥离，仅一步就能制得大量不同粒径分布的GQDs(图3a)。产物大多数呈锯齿形边缘结构，具有半导体特性；尺寸分布在1一4匪，由1-3层石墨烯组成，表现出二维形貌；结晶度高，能很好地溶解在水和其他极性有机溶剂中。通过改变反应温度可调节GQDs的带隙和尺寸从而改变它的荧光颜色，在120°C、100°C和80°C的反应温度下，可分别获得发射蓝色、绿色和黄色荧光的量子点。
化学剥离碳纤维法机理（图3b)与化学刻蚀石墨烯法机理相类似：化学官能团（如环氧基或羟基）在C~C晶格上排列成链状结构，使所在的石墨域沿着锯齿方向有断裂倾向，引发纤维结构和二维石墨域的裂解，从而形成GQDs。
化学剥离碳纤维法优势在于，步骤简单，仅一步能得到大量GQDs;原料便宜，是很容易买到的碳纤维，因此具有商业可行性。
3自下而上的方法
3.1溶液化学法
自上而下的方法中最常用的是溶液化学法，通过将芳基氧化缩合的溶液相化学方法制备GQDs[2027]。主要有Li等[2527]将增溶基团2',4',6'-三烷基取代苯环共价连接到石墨烯基边缘制备GQDs。大致步骤是用小分子（如34典4溴苯胺或其他苯衍生物）逐步反应制得聚苯树突状前体，再经氧化反应得石墨烯基，最后制得GQDs。这类方法要注意的问题是：所有的中间体都要用硅凝胶色谱法纯化并用标准表征法确认；为保证最终产量，前体上苯基间的连通性要预先设计好，以避免氧化时苯基重排；为防止产物形成时发生聚集，增溶基团要在氧化之前连接上。溶液化学法最终制得的GQDs由分别含有168,132和170个共鈪碳原子的石墨基构成（图4a),形成三维笼状构型，比以往方法制得的GQDs大，尺寸分布均匀可调。
一般情况下，溶液化学法制备的GQDs水溶性和大尺寸两种性质不可兼得，随石墨烯尺寸增大层与层间相互吸引力越来越强[2830],产物水溶性急速下降。通常的增溶方法将柔性链侧面吸附到所需增溶物质上，溶剂和侧链间用来增溶的吸引力大于石墨烯层与层间的吸引力，在熵驱动下石墨烯层间距加大从而达到增溶效果。但Li等没有采用该方法， 因该法存在侧链周长最大值的限制，也就是链与溶剂间相互作用力以石墨烯的周长计（~a,a为直径），而层与层间作用力以面积（~a2)计，当石墨烯尺寸增大到一定值，层与层的作用力会很快超过增溶力，因此只能应用在小的石墨烯分子上，对合成大尺寸GQDs无效。Li等制备大尺寸GQDs采用新的增溶方法是在石墨烯核周围生成一个三维的‘‘笼”(图4b):将2'，'-三烷基取代苯环基团共价连接到石墨烯基边缘致使其拥挤，则石墨平面的苯基因此变得扭曲，致使2',6'位烷基链伸出平面，4'位的从侧面伸出，石墨烯在三维方向上层间距增加形成笼状结构。这极大地减小了因短程距离引起的层间吸引力，从而达到增溶目的。这种方法使人联想到石墨的插层效应：在石墨烯层间嵌入原子或分子可显著减小层间的键合力。
溶液化学法总的来说步骤比较复杂，但优点在于能精确控制单分散GQDs的形貌和尺寸。
3.2超声波法和微波法
在化学方法基础上外加微波或超声波辅助是一种新颖、高效的合成量子点的方法。较早报道的类似方法有Zhu等[32]以葡萄糖、去离子水、peG为原料用微波法制碳纳米颗粒；wang等[33]以糖类、去离子水、无机离子为原料用微波法制碳点；Li等[34]以葡萄糖、去离子水、酸/碱为原料用超声波法制碳纳米颗粒。但用这种方法制备GQDs却是在近期才有报道。tang等[35]以葡萄糖为碳源，将水热和微波结合(microwave-assistedhydrothermal，maH)制备GQDs。该法制得的GQDs(图5a)高度结晶，荧光性质无尺寸依赖性，最重要的是该GQDs发深紫外光，这是以前从未发现的。Zhuo等[36]以石墨烯为碳源，用超声法制备GQDs。该法制得的GQDs单分散，荧光性质无受激依赖性。声波法基本步骤是将溶液用微波加热或超声处理一段时间，一步完成，不添加钝化剂。声波法制得的GQDs特点是均表现出高度水溶性和显著的荧光特性。
微波法采用的碳源多为糖类（如葡萄糖、果糖等），糖类脱水形成C=C构成GQDs的基本骨架单元。tang等[35]推测，大多数碳、氢、氧比例约为 1:2:1的糖类都能用来作为该反应的碳源。羟基、羧基、羰基中的H和o会在水热环境中脱水除去，残余的官能团连接在GQDs表面作为“钝化层”存在，使GQDs具有良好的水溶性和荧光性质。tang等将水热和微波结合在一起，他们认为：微波能为溶液中葡萄糖和水同时提供快速、均匀的加热条件，使量子点均匀成核生长，最终形成尺寸分布良好的GQDs;水热环境产生高压，使反应中形成的C=C排列规整，最终形成结晶良好的GQDs。此方法的机理如图5b所示：首先，糖类分子脱水形成由C=C组成的核，然后糖类分子到达核的表面再脱水产生新的C=C,并以这种形式生长；随着微波加热时间的进行，溶液颜色由透明变为黄褐色，GQDs逐渐形成。这种方法中微波强度、加热时间、溶液体积、糖类浓度均会对GQDs的生长产生直接影响，因此可通过控制这些因素来制备不同荧光颜色的GQDs。
超声波法中超声在溶液中传播产生交替的低压和高压波，这会导致液体内部微小气泡核急速的形成、震荡、生长、收缩至崩溃。气泡崩溃时会使液体微粒之间发生猛烈撞击，在周围极小空间中产生瞬间的高温高压并伴随着强烈的冲击波和强液体剪切力。因此，如果原料是石墨烯，超声波能量可以把大的GnSs切割成小的GQDs,在切割过程中形成具有突出边缘的超细微粒子;如果原料是糖类，超声波能量可以使葡萄糖聚合、碳化，然后形成碳纳米颗粒，机理与Sun和Li报道的Lamer模型一致。
超声波法操作简单，干净，原料便宜，反应时间短，添加试剂少，不需要特殊设备和苛刻的条件，展现出大规模工业化生产的潜在优势。不足在于产率较低，产物边缘不光滑。
3.3可控热解多环芳烃法
Liu等[22]报道了一种通过六苯基苯（HBC)作为前体制备形貌规整、多色GQDs的方法（图6)。该法中GQDs由多环芳烃热解得到，形貌受热解温度影响。大致步骤为：第一步，由高度纯化的六苯基苯脱氢环化得到柱状堆叠的HBC粉末，粉末在高温下裂解得到人造石墨；第二步，用改进后的Hummers方法将人造石墨氧化剥离并功能化；第三步，将所得的Gos溶液和低聚物peG1500n-起加热回流并用联氨还原。这种方法制得的GQDs特点是性能稳定，即室温下空气中放置一年仍保持透明状并发出明亮的荧光，形貌和尺寸分布能通过选择合适的裂解温度和分子前体精确控制。
4其他方法
除上述方法外，还有一些方法如电子束刻蚀法和钌催化富勒烯C6。开笼法也可制得GQDs,但这些方法所需要的设备特殊，原料昂贵，步骤复杂而且得到的产品产量不高。在这里也作简要介绍。
4.1电子束刻蚀法
novoselov等[38]用电子束刻蚀法制备GQDs,在氧化的Si晶片上将石墨烯晶体微机械剥离。大致步骤是通过高分辨率的电子束光刻技术在选定区生成30nm厚的聚甲基丙烯酸甲酯（pmma)层，这层pmma在氧等离子体刻蚀过程中可以保护选定区域，从而方便地将石墨烯雕刻成所需的几何形状。
电子束在石墨上刻出沟道，所余下的被称为‘‘中央岛（Ci)”。Ci有4个侧浇口，通过两个短的量子点接触连接到宽源极和栅极区域，中央岛为侧栅电极，Si晶片作为背栅极。再用量子屏蔽将Ci从这种接触中去耦合。如有必要，后期进一步使用等离子刻蚀来缩小量子点接触，这样可以制备约30nm的GQDs。从扫描电子显微镜照片（图7)可看出黑色区域是pmma覆盖下的沟道，通过等离子体刻蚀可以从这些区域将石墨烯移走。经过优化，该法制得的GQDs直径最终可达约10nm以下。
4.2钌催化C6。转化法
Loh等[39]报道通过将富勒烯在活泼的过渡金属钌（Ru)上催化分解可以制备一系列原子级别的。该法的机理可归纳为Cm与Ru的相互作用在钌单晶表面诱导形成空缺并嵌入Cm分子，升温后嵌入的Cm分子碎裂成碳团簇，这些团簇经历扩散和聚集最终形成GQDs。产物GQDs的平衡形貌可以通过优化退火温度以及碳团簇的密度来调整，如：450K时C6()为三重旋转对称性结构，退火至725K时为三重对称的花朵状和六角蘑菇状，825K时小的花朵状的点则合并成大的点。
5应用
因良好的化学惰性、生物相容性、低毒性、pL和UCpL等特性，GQDs在生物成像、疾病检测、药物运输、光电器件、拉曼增强、催化剂、传感器等各个领域的应用研究逐渐成为热点。
首先，GQDs的pL性质强且可调、低毒、生物相容性好使其能应用在生物成像和医药方面。Zhu等m将400mg的GQDs添加到含104个人体骨肉瘤（mG-63)细胞的150ml培养液中，细胞存活率实验显示细胞活性没有显著减弱，这表明高浓度GQDs毒性很低，可用在生物成像和医学领域。Jing等[41]以GQDs为原料用同轴电喷射法一步制取多功能核壳结构的胶嚢，该胶嚢可用超声触发其药物释放，具有磁耙向性和荧光成像功能。胶嚢中tio]外壳能抑制紫杉醇爆释，而核内的Fe-4和GQDs能分别控制磁耙向和荧光成像。在超声刺激下胶嚢的tio2外壳破裂，紫杉醇释放出来，整个释药行为可以通过超声时间的长短来控制。
其次,GQDs优异的宽吸收窄发射特性、光电转换能力、电子迁移率、溶液可加工性、UCpL性质使其在光电器件（如太阳能电池，有机发光二极管）中的应用潜力很大。Li等[16]用电化学法制备出绿色荧光的GQDs，作为电子受体材料，将它整合到以聚三己基噻吩（p3Ht)为基础制备的太阳能电池上，GQDs能为电荷分离提供有效界面并为电子迁移提供通路，实验证明GQDs能显著增强电池的性能。Gupta等[42]用水热法制备GQDs并以苯胺（ani)或甲基蓝（mB)功能化，将GQDs与高分子（如规则p3Ht)共混,表征分析发现，它比GSs与高分子的共混物更能显著改善有机光电器件的性能。Yan等[27]用溶液化学法制备出高溶解度的GQDs,用它代替传统钌配合物作染料敏化太阳能电池的光吸收剂。
此外，从GQDs良好的稳定性、生物相容性、环境友好性以及价格方面考虑，它有望代替传统贵金属和过渡金属作表面增强拉曼散射（SeRS)的基底。
Cheng等在多孔氧化铝模板上通过电泳沉积制[2]得零维GQDs和一维纳米管（nt),将GQDs与nt功能化组装起来，得到GQDs~nt复合物。这种材料的表面比传统贵/过渡金属光滑得多，且高度光学透[4]明，作为基底能确保目标分子和GQDs间更有效的电子转移，从而得到更强的SeRS信号。[5]
最后，GQDs还有许多其他应用。如Li等用改性后的GQDs电极与单链Dna分子结合作电化^，学生物传感器；Qu等[18]以电化学方法制备出掺n的GQDs作燃料电池中氧化还/原反应（oRR)的电化学催化剂。
化学发光法的基本原理篇9
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
化学发光法的基本原理篇10
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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