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高效液相色谱技术在生物工程专业技能实习教学中的应用

2020-02-26

科教导刊·电子版 2020年35期
关键词:液相色谱仪虎杖色谱法

(桂林理工大学化学与生物工程学院 广西·桂林 541004)

我院的《生物工程技能实习》属于专业实践教学环节,是专业课教学的重要组成部分,是理论学习的深化和应用。技能实习通过设计性实验,综合各种专业基础、专业课基本理论,进行生物工程相关技能的训练提高。其根据生物工程教学计划安排在校内进行的一次专业技能实习,要求学生通过运用生物化学等课程的基础理论和基本知识,对生物技术产品的开发等进行实验,并进行一些常用仪器的基本操作。而高效液相色谱法作为一种高效快速的分离分析技术,以其灵敏度高、选择性好,可分析微量组成甚至痕量样品等特点,成为分析领域应用最广、发展最快的现代分析技术之一。因此,在技能实习中增加高效液相色谱方面的实验教学成为必然的趋势。

1 教学设计和教学效果

1.1 教学改革让学生向更高的目标前进

生物工程专业技能实习在第二次教学改革期间,也就是2009级-2014级模式:我们在技能实习教学过程中改变以往的作法,引入“项目导师制”、构建“以教师为主导,以学生为主体”的教学模式。在确定实践项目之后,由学生和相应特长的专业教师组成项目组,共同设计实验方案,指导教师则是变“教”为“导”。学生的积极性和动手能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力都有所提高,但是对精密仪器的向往也随之提升了,因此,我们对生物工程所有的仪器进行分析,加上结合社会需求,就确定了在我们的技能实习实验中引入了高效液相色谱。

1.2 引入高效液相法能让学生提高动手能力

高效液相色谱技术始于20世纪60年代末期,在气相色谱和经典液相色谱法基础上发展起来的新型分离分析技术,具有高压、高效、高灵敏度、分析精准、快速及应用范围广等特点,其仪器主要由输液泵、进样器、色谱柱、检测器和数据处理系统等组成,各实验室可根据经费及实际需求,还可配置多元泵梯度洗脱装置、在线脱气机、自动进样器、馏分收集器、柱温控制箱,甚至不同功能的检测器等。高效液相色谱法按分离原理分类,可分为离子色谱、吸附色谱、分配色谱、亲和色谱、体积排阻色谱。根据固定相与流动相极性不同,可分为正相色谱与反相色谱。目前,最常用的是反相色谱,即采用极性流动相和非极性固定相对样品进行分离分析的方法。

图1:高效液相色谱仪LC-20A

生物工程专业技能实习是六周,第一周是学生按实验内容进行查资料和设计实验方案,最后一周是整理实验数据和撰写实验报告,中间四周是四个综合实验,因此,利用高相液相色谱技术的综合实验可以安排一周共五天的时间,因此,我们设计了《虎杖有效成分提取工艺及分析》,包括虎杖有效成分的提取工艺优化、游离蒽醌类成分的分离及其采用高效液相色谱(HPLC)测定虎杖乙醇提取物中虎杖苷、白藜芦醇等等,而我们使用的高效液相色谱仪是日本岛津(SHIMADZU)的LC-20A(如上图1),二元泵,进样器是手动进样器,检测器是紫外检测器(SPD-20A,紫外可见双波长检测器)。我们的实验分为4小组,每组4位同学,每组同学都能有16个样品和7个标准品可以加样操作,学生从材料的预处理、提取、分离,其中流动相的过膜、脱气;乙醇提取物样品的溶解、稀释、过膜等步骤,进样、测试和分析实验数据,让学生熟悉整个过程,从而拓宽学生接触并学会应用高效液相色谱仪的机会,增加高效液相色谱仪对本科生的开放度,强化学生动手能力,同时提高精密仪器设备的使用效率。

1.3 提高课堂活跃度和有效性,激发学生的学习兴趣

在测样之前教师详细讲述色谱原理,然后再详细讲解LC-20A的各个部件构成及工作原理和详细操作,在学生了解了仪器设备并掌握了详细的仪器操作后,教师再做简单的演示实验。教师打开高效液相色谱仪,完成从开机启动、软件操作、分析方法的编辑、进样的准备与进样,最后这个完整的数据采集工作后,再详细讲授利用软件处理数据。然后学生在教师的指导下进行上述的操作。经过2015-1017级学生的技能实习实验情况来看,由于高效液相色谱法的引入提高课堂活跃度和有效性,激发学生的学习兴趣,提高了学生的动手能力,并且学生的实验报告质量有了明显的提高。

2 进一步引入其他精密仪器的建议

由于技能实习引入高效液相色谱法,使得学生各方面能力都得到了提升,但是因为我们只有一台LC-20A,其他是不同型号的液相色谱仪,所以学生在进行测样的时候就得排队进行,也因此延长了试验的时间。因此接下来的技能实习再一次改革的时候,希望还能再购买三台仪器,并且我们建议引入除了高效液相色谱仪之外的如傅里叶红外光谱仪等等一些精密仪器,这样学生的实验仪器操作能力就再次提升,且再一次让学生在创新的道路上更加感兴趣,更能激发学生的创新精神。

3 结束语

生物工程专业技能实习是一门重要的实践课程,它的是专业课教学的重要组成部分,高效液相色谱法的引入能更好的对生物工程学生的实习技能操作起到了一定的提升作用,更有利于培养生物工程专业的优秀人才。

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