电感耦合等离子质谱仪实验课程的教学探讨

盘 俊，胡克坚，唐海珊，张星宇，曾丽亚

(湖南科技学院 化学与工程学院，湖南 永州 425100)

电感耦合等离子质谱仪(简称ICP-MS)是上世纪八十年代被大家熟知的一种快速分析元素和同位素的技术，它很好的将电感耦合等离子体的高温电离特性与质谱仪器的灵敏快速结合起来，从而形成一种高灵敏度的快速分析技术[1]。其具体工作流程是样品由雾化器雾化后抵达等离子源，再经过高温汽化得到离子化气体,取样锥收集离子气体,在低真空压力下形成分子束,通过截取板进入四极杆分析器，经四极杆筛选后，到达离子检测器，检测器根据信号强度与浓度的关系,输出元素的含量或同位素比值。ICP技术主要用于痕量、超痕量元素分析以及同位素比值分析。其优点在于检出限很低(达ng/mL)，能同时测定多种元素，测定速度快及动态线性范围宽，从而广泛在地质、冶金、机械、环境、材料、能源、生命及医学等领域，是现代仪器分析中的重要的检测方法之一。

1 存在的问题

目前，由于ICP仪器价格昂贵，仪器相关耗材及维护费用过高，并且主要用于教师科研工作，一般情况老师只会让学生进行实验样品准备操作，后期操作和分析均由老师来进行，学生很少能够近距离接触仪器并完成仪器的具体操作和分析，所以学生对仪器的理解只停留于理论和纸面上，缺少自主分析和研究的条件，并不能够深刻理解检测方法原理及熟练操作仪器[2-3]。传统上课过程中，由于时间和场地的限制，无法做到每一个学生单独操作仪器的全套过程，大都是“灌输式”“填鸭式”讲解理论知识，然后通过老师单人示范，同学围观的方式蜻蜓点水般的将仪器的大部分内容和原理一笔带过。这样就导致学生无法对仪器及相关检测方法有一个深刻的理解，同时也无法培养学生在实验过程中的创新性、创造性和主动性，不利于培养当前社会所需的高素质创新创业人才，无法为学生今后走入工作岗位打下坚实的理论基础。因此，为了相关专业的本科生适应社会的需要以及今后在科学研究、企业技术开发、产品质量检测等方面的工作需要，提高学生的基础素质，增强本科学生对大型现代分析仪器的理解和操作能力，根据课程中遇到的问题，我们对ICP-MS 大型仪器在本科生教学中进行了相关的探索和改进。

2 解决方法

2.1 精炼上课内容、创新上课形式

针对时间和场地的原因，避免老师操作学生听的情况，让学生人人都能够看得见摸得着机器，上课老师可以提前将相关标准溶液配置好，并将相关参数设定好，精简学生需要进行的操作[4]。在测样过程中，可以将各个参数代表的意义及如何设置参数进行讲解，把理论和实践结合在一起，加深学生对仪器的理解。ICP仪器测出的数据默认参数不同，需要进行报告编辑和实验表格编辑等，可通过PPT和录制视频的方式提前传送给学生班级群，让学生提前预习，在课前让学生针对实验提出相关问题，让大家带着问题去做实验，然后通过实验和老师的讲解去解决问题；在课中可以进行相关操作练习，不理解的地方可进行标记课后以小组形式汇报反馈给老师。上课形式从原来的大班集体观看操作转变为分批到仪器室操作，在理论教室讲述完相关知识后，将学生分组分批的带到仪器室学习操作，其余同学可通过机房监控投影和视频进行观摩学习。这样就保证了学生们个个能操作仪器，克服了对大型仪器设备害怕弄坏不敢操作的畏惧心理，提高学生的学习积极性。等所有学生上机操作完事后，再到理论教室中利用PPT和相关视频将重点操作和注意事项进行复习和回忆，并解答学生在操作过程中常见问题，帮助学生加深理解。

2.2 合理课程安排、建立开放教学

由于对大型仪器的陌生感和敬畏感，学生会产生害怕弄坏而不敢动手操作仪器的现象。为了让学生克服这种心理，让学生在实验课程中获得知识和能力，可通过分组的方式强制学生参与，一般的固定分组模式虽然解决了仪器不足导致的学生积极性不高的问题，但容易导致小组内一人代表的现象，其他懒惰和内敛的学生就会附庸在这个同学周围，所以每节课后采取随机动态分组，这样每个同学都能融入到实验课程中来。大型仪器实验由于实验内容单一，相比与基础实验有较大的差异，学生缺少许多熟悉性和趣味性。针对这些问题，建立了开放式实验教学方法，所谓的开放式实验教学并不是完全放开由学生去单独操作，而是指相关实验的时间、空间、内容、设备四个方面开放的教学模式[5]，学生可以根据自己的兴趣在不同的时间里进行不同的实验内容，实验内容都是老师根据自己的科研项目和研究方向提供的相关内容，学生可提前选好老师提供且自己感兴趣的内容，老师则在课前将实验相关文献信息通过班级群传送给学生，这样不仅能够让学生选择自己感兴趣的实验提高学生的积极性，同时也不影响老师的科研实验进程。让老师在进行科学研究及检测分析的同时还可以对少数学生进行授课，这样即加强了学生的记忆和理解，又增加了同学们对实验课程的兴趣。每节课后，让每组同学共同对实验操作和体会做一个总结和归纳，最后汇总形成一个仪器操作班级心得，这样就能形成了一个良好的学习氛围。通过上述措施让学生参与课题研究的部分工作，也能很好的培养学生相关科研意识和能力。从而去了解掌握大型仪器设备的原理、检测方法、使用条件和范围等。

2.3 教学科研结合，编写特色讲义

由于实验教学的传统模式大都是一人操作众人围观为主，主旨是为了让学生了解和认识大型仪器，而轮到学生自己操作教授过的仪器设备时依然无从下手，针对这一现象，教学科研相结合的教学方式应运而生，教学辅助科研，科研巩固教学，通过科研带动教学，加大教学中探索和未知的因素，进行研究性教学，将教学与科研有机的结合起来，能很好的发挥学生在实验过程中的积极和创造性[6]。通过将本科毕业论文设计与大型仪器的实验教学结合起来，学生大二时即可同老师做一些科研实验，熟练掌握仪器的操作流程后，获得实验管理老师同意后，学生可利用大型仪器来检测自己感兴趣的内容或应用于毕业论文，这不仅能提高学生的科研兴趣和创新能力，同时也增加了大型仪器设备的应用和使用率。不同院校所购买使用的ICP仪器类型、规格型号、生产厂家等不尽相同，因此使用通用的教材会给学生的实验预习和操作带来一定的不便，影响实验教学的效果和学生的兴趣。针对这种情况，通过讨论探讨，根据学校所使用ICP仪器类型和规格型号，编写了立足于地方特色并适合本院学生实际情况的实验讲义。例如湘江支流不同区域段各种离子含量实验测定，莲藕不同部位重金属离子含量实验测定，湘科院周边村落土壤中重金属含量实验测定等结合了地方特色的实验内容，以及服务地方的江永香姜地中相关元素含量的测定，新田柑橘场地中相关元素含量的测定，东南景田不同部位对重金属离子的富集含量测定等结合了教师科研项目实验内容，这些实验内容不仅很好的体现地方院校的特色，也能够为永州当地农户解决一些实际问题，服务地方经济，将论文写在永州的大地上。

3 结语

大型仪器分析实验教学方式及方法的改革，如何加深理论知识的理解非常重要，光有实践没有理论的指导不行，实践必须以理论为前提，同样理论必须用实践去验证。因此在实验教学中，要立足于社会和企业需求的基础上，合理适时的调节上课形式，改变上课内容，加强产教研结合，通过多种教学方法和手段，从内容、形式、方法、管理等多方面多角度来调动学生积极性，提高学生的实验和动手能力，从而培养出满足社会和企业需求的高素质技术人才。