山东农业大学：《现代仪器分析》课程教学大纲.pdf

《现代仪器分析》教学大纲课程代码：BB035318 学时：45 学分：2.5 理论学时：27 实验或讨论学时：18 适用专业：生物技术课程性质：必修执笔人：聂永心审定人：朱常香一、说明 1．课程的性质、地位和任务现代仪器分析是根据物质的物理和化学等性质来获得物质的组成、含量、结构以及相关的信息的分析方法。本课程的主要包括仪器分析方法的分类、生物电镜技术、离心和电泳技术、紫外可见吸收光谱法、色谱分析法导论、气相色谱分析法、液相色谱分析法和质谱法等内容，重点阐述各种仪器分析方法的基本原理、分析仪器的基本构造、应用对象及分析过程。由于仪器分析是一门人们赖以获得物质的化学组成和结构及有关信息的科学，而这些信息对于生命科学、材料科学、环境科学和能源科学等都是必不可少的，因此仪器分析常被称为科学技术的“眼睛”，是进行科学研究的基础。 2．课程教学的基本要求通过本课程的学习，要求学生掌握相关基本理论、基础知识和基本操作技能，掌握基本的仪器分析方法及分析数据的处理手段，经过系统地必要理论和操作技能的训练，培养学生严谨、细致、实事求是的科学作风，养成分析工作整洁、有序、珍惜仪器设备的良好实验习惯，培养学生具有分析问题、解决问题的初步能力。实验课教学作为一门课程，单独开设。 3．课程教学改革从讲课内容上，结合重点实验室的仪器情况，删掉了与生物技术专业关系不太密切的原子发射光谱法的内容，增加了生物电镜技术、质谱法等内容，授课是提纲结领式的，以少而精为原则，突出重点兼顾一般，防止偏多、偏深，并努力培养学生的自学能力，引导学生读懂教科书，鼓励学生去看参考书和增强利用学到的知识去解决实际问题的兴趣。二、教学大纲内容（一）课程理论教学第一讲现代仪器分析的发展、分类和分析仪器的组成教学内容：仪器分析和化学分析的关系，分析化学的发展过程。仪器分析的分类，一般按最后分析过程所观测的性质分类。通常包括：电化学分析法、光学分析法、色谱分析法、其他仪器分析法。仪器分析的特点。分析仪器的组成。教学重点和难点：仪器分析的分类，分析仪器的组成。建议教学方法：多媒体课堂讲授为主思考题： 1、分析化学发展的过程。 2、仪器分析的分类、特点。 3、分析仪器主要有哪几部分组成？需开设的实验项目名称：无第二讲生物电镜技术教学内容：电镜的基础知识：光镜的分辨极限，电镜的理论基础，电子与固体样品的相互作用。透射电镜的结构、原理和使用：透射电镜的结构，透射电镜的成像原理，透射电镜的使用与调整。扫描电镜的结构、原理和使用：扫描电镜的结构，扫描电镜的工作原理，扫描电镜的使用，扫描透射电镜。超薄切片技术：载网和支持膜，超薄切片的制作。负染色技术：负染的原理，负染样品的制备，负染色液，负染的操作方法，负染色中应注意的问题。扫描电镜的生物样品制备技术：扫描电镜样品制备的基本方法，样品的制备与观察。教学重点和难点：电镜的理论基础，透射电镜的基本结构，透射电镜的成像原理；扫描电镜的结构，扫描电镜的工作原理；超薄切片技术，负染色技术，临界点干燥技术。建议教学方法：课堂讲授与演示教学思考题： 1、透射电镜的基本原理及结构。 2、简述透射电镜超薄切片制备的主要过程。 3、扫描电镜与透射电镜的主要异同点。 4、扫描电子显微镜生物样品制备的过程

需开设的实验项目：电镜的结构、制样技术及操作第三讲离心与电泳技术教学内容：g值和s值的物理意义，g值是某转头所产生的最大离心力场是重力场的多少倍；s值单位离心力场下的沉降速度。制备离心法可分为差速离心法和密度梯度离心法两类操作方法。差速离心的原理。差速离心的局限性。梯度离心的概念。梯度离心的优点。梯度离心包括两种方法速度梯度离心和等密度梯度离心，梯度液的选择的选择条件，常用梯度材料及其性质。电泳的基本原理。迁移率的定义，影响荷电分子迁移率的因素。常用电泳支持介质。各类凝胶电泳方法的原理。教学重点和难点：g值和s值的物理意义，差速离心和梯度离心的原理、异同，迁移率的定义，影响迁移率的因素，各类凝胶电泳方法的原理。建议教学方法：多媒体教学思考题： 1、相对离心力场（g）和沉降系数（S）的物理意义。 2、梯度离心的原理、优点和梯度材料选择的条件。 3、常见凝胶电泳方法的原理。需开设的实验项目：离心机的结构及使用第四讲光学分析法教学内容：光与物质的作用方式；光学分析法的分类；光谱法仪器的组成。紫外－可见吸收光谱的产生，分子吸收光谱的形成；有机化合物的紫外-可见吸收光谱：电子跃迁类型，共轭作用，溶液对吸收光谱的影响，生色团、助色团、红移或蓝移的概念；朗伯－比尔（Lambert-Beer）定律的内容，引起偏离比尔定律的因素。紫外－可见分光光度计的组成，单色器的组成及工作过程；紫外－可见分光光度计的分类及特点；分光光度计的校正，测量条件地选择；常用的定量分析方法。原子吸收光谱法的发展，原子吸收分光光度法与紫外-可见分光光度法的比较，原子吸收光谱分析的基本过程。原子吸收分光光度法的基本原理：原子吸收线（原子吸收线的产生、吸收线的轮廓与变宽），基态原子数与原子化温度的关系（与发射光谱法比较），峰值吸收测量法。原子吸收光谱仪器：锐线光源、原子化器（火焰原子化器、石墨炉原子化器），分光系统、检测系统，原子吸收分光光度计的类型。原子吸收光谱法的干扰和抑制：物理干扰及其抑制，化学干扰及其抑制，电离干扰及其抑制，光谱干扰及其抑制。原子吸收光谱定量分析：标准曲线法，标准加入法；原子吸收光谱法的应用。教学重点和难点：化合物电子光谱的产生，紫外分光光度计的基本部件，分光光度计主要类型和构造原理，紫外-可见分子吸收光谱法的应用。原子吸收分光光度法的基本原理；原子吸收分光光度计的基本组成及各部分的作用；原子吸收的定量分析方法。建议教学方法：多媒体教学与课堂讨论思考题： 1、紫外－可见吸收光谱的产生过程。 2、紫外－可见分光光度计的结构组成及分类。 3、单色器的结构组成及其分光过程。 4、紫外-可见分子吸收光谱法的应用。 5、原子吸收分光光度法的基本原理 6、原子吸收分光光度计的基本组成及各部分的作用需开设的实验项目：紫外分光光度法绘制Vc标准曲线；原子吸收光谱法测自来水中的钙含量第五讲色谱分析法教学内容：色谱法简介，色谱法分类，气相色谱分离过程，气相色谱常用术语（色谱峰、基线、色谱峰高、半高峰宽，色谱峰底宽，保留时间（保留体积）、死时间（死体积）、调整保留时间（调整保留体积）、相对保留值。气相色谱理论基础：塔板理论，分配系数和分配比，速率理论，分离度。气相色谱法：气相色谱法特点，气相色谱仪（气路系统、进样系统、分离系统、稳定空中系统、监测记录系统），热导池检测器，氢火焰离子检测器，电子捕获检测器，火焰光度检测器，气相色谱流动相，固体固定相，载体，固定液，气相色谱定性分析（保留值与已知物对照定性、保留值经验规律定性、根据文献保留数据定性），气相色谱定量分析（定量校正因子、归一化法、内标法、标准曲线法）。气相色谱条件的选择：固定相的选择，柱长和柱径的选择，载气及其流速的选择，柱温的选择，进样条件的选择，检测器的选择。高效液相色谱的特点，仪器结构（高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、数据处理与记录系统），高效液相色谱的固定相和流动相及其选择，检测器的类型（紫外检测器、荧光检测器、示差折光检测器），常见的色谱类型（分配色谱、液固色谱、离子交换色谱、尺寸排斥色谱和亲和色谱），色谱分离方式的选择。教学重点和难点：色谱流出曲线及有关术语，分离度的概念和意义，定性和定量分析方法。气相色谱仪的结构，气相色谱固定相及其选择，气相色谱分离条件的选择，气相色谱分析方法的应用。高效液相色谱仪的结构，流动相选择的条件，分配色谱、液固色谱、离子交换色谱、尺寸排斥色谱和亲和色谱的原理。建议教学方法：多媒体教学与课堂分组讨论思考题： 1、色谱流出曲线的定义、有关参数及获得的信息。 2、色谱定性、定量分析的方法

3、气相色谱仪的基本设备包括那几部分,各有什么作用? 4、对载体和固定液的要求及如何选择固定液？ 5、色谱分离操作条件的选择？ 6、高效液相色谱仪的组成？对流动相的具体要求？ 7、高效液相色谱中的梯度洗脱与气相色谱中的程序升温有何异同？ 8、高效液相色谱法常见的主要类型及其选择？需开设的实验项目：抗坏血酸的高效液相色谱分析；气相色谱分离效能指标测量第六讲质谱法教学内容：质谱仪的工作原理、质谱仪的主要部件（高真空系统、进样系统、离子源、质量分离器、离子检测器）。离子的主要类型：分子离子峰、同位素离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰、重排离子峰。有机化合物的质谱：电子转移符号、有机化合物的断裂方式、有机化合物的质谱、有机化合物质谱的图谱解析。教学重点和难点：离子源的基本原理、特点及适应性，质量分析器的基本结构、分析原理、特点及适用性；有机化合物质谱图谱的解析。建议教学方法：多媒体教学与演示思考题： 1、质谱仪由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 2、离子源的作用是什么？试述几种常见离子源的原理及优缺点。 3、在质谱分析中，较常遇到的离子断裂方式有哪几种？需开设的实验项目：离子阱液质联用仪的结构及使用（二）课程实验教学现代仪器分析实验（18学时）序号实验名称学时必开选开实验类型内容提要验证基本操作综合设计 1 离心机的结构及使用 2 √ √ 本实验主要介绍离心机的结构；离心机使用中温度、转速、时间的设定，转子的更换及维护；离心机使用时的注意事项。 2 紫外分光光度法绘制 Vc标准曲线 3 √ √ 本实验利用S3100全扫描紫外分光光度计对维生素C溶液进行扫描，获得Vc标准光谱图；然后配制5个浓度的Vc标准溶液，逐一测定，从而获得Vc的标准曲线。 3 电镜的结构、制样技术及操作（录像片） 3 √ √ 本教学片主要介绍透射电镜和扫描电镜的结构；超薄切片技术、负染色技术、临界点干燥技术等电镜制样技术；透射电镜和扫描电镜的操作步骤。 4 抗坏血酸的高效液相色谱分析 3 √ √ 本实验采用反相高效液相色谱，以C18为色谱柱，0.5％磷酸二氢钾溶液为流动相，流速 1ml/min，紫外检测器在243nm波长下对水果中的抗坏血酸的含量进行测定。 5 高效液相色谱测定维生素B2片中VB2的含量 3 √ √ 本实验采用反相高效液相色谱，以C18为色谱柱，甲醇：水=45:55为流动相，流速 1ml/min，荧光检测器，激发波长449nm；发射波长527nm，对生素B2片中VB2含量进行测定。 6 气相色谱分离效能指标测量 3 √ √ 本实验采用气相色谱，DB-23毛细管柱，载气为高纯氮气，氢焰检测器，分别在不同柱温下测定甲醇、乙醇的分离度，并计算在最佳柱温下的理论塔板数，进一步理解气相色谱的分离效能。 7 离子阱液质联用仪的结构及使用 2 √ √ 本实验首先对离子阱液质联用仪的结构、原理及在蛋白质组学中的应用进行介绍；然后对仪器的操作步骤及注意事项进行介绍。 8 紫外分光光度法测定双组分混合物 3 √ √ 本实验利用紫外-可见分光光度计对吸收曲线相互重叠的二元混合物，通过解联立方程组的方法进行同时测定。 9 原子吸收光谱法测自来水中的钙含量 3 √ √ 本实验主要介绍原子吸收光谱法的基本原理；通过对自来水中钙的测定，理解原子吸收分光光度计构造及各部件的作用；掌握原