对比教学法在《仪器分析》质谱教学中的应用*

苗 萌，李 佳，张静怡，冯 婧，褚晓菊，芮 闯

(上海健康医学院医学技术学院，上海 201318)

在2013年四川大学华西公共卫生学院举办的“全国高等学校卫生检验与检疫专业规划教材第2轮修订论证会”上，基于经济发展社会进步对专业人才培养的需要，决定新增《仪器分析》教材。《仪器分析》不仅是卫生检验与检疫本科专业的基础课，同时是预防医学、医学检验、药学、食品科学与工程、食品质量与安全、生物科学、生物技术、环境科学等其他相关专业的必修课。其中“质谱分析法”和“质谱联用技术”在《仪器分析》课程中属重要模块。质谱部分教学通常按概述、基本概念和原理、仪器构成和特点、技术方法、应用进行的顺序进行讲授。但由于质谱模块信息量大，内容复杂，再加上仪器迭代日新月异，原理各不相同，种类繁多，学生在学习过程中常感到困惑，为了让上海健康医学院卫生检验与检疫专业学生更好地掌握该门课程的相关技术，作者在质谱教学模块中引入对比教学法。

1 对比教学法定义及作用

对比教学法是指在教学过程中，通过分析教学内容的异同和内在联系来制定教学方案，将一些相关、相似或有联系和区别的教学内容放在一起讲授，促进学生理解、掌握和巩固学习内容，实现教学目的的一种方法[1-2]。

在课堂教学过程中，教师通过设计知识对比点，引起学生的学习兴趣和好厅心，激发求知欲，拓宽思维，把零散、孤立的知识点集中串联起来，从新角度对知识进行细化、分解和重组，对比复习已经学过的内容，可以更清晰地掌握知识脉络，引发思考有利于培养学生分析、归纳、概括的能力，达到培养学生创新能力，培养学生发散思维的能力及巩固知识的目的。良好的教学按秩序和气氛提高仪器分析的教学效果[3-6]。

2 质谱法

质谱法(Mass Spectrometry，MS)是一种与光谱并列的广泛使用的谱学分析方法，是通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种技术。其原理是使待测样品中各组分在离子源中电离，生成不同荷质比(m/z)的带电荷离子，经过加速电场形成离子束，再进入质量分析器，利用电场及磁场使带电离子发生不同的速度色散，分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。分析后可得到样品精确的定量、定性结果从而获得分子结构信息、碎裂方式、化学特性等进一步信息[7]。

质谱按工作气压常离子源可划分为真空内离子化技术和常压离子化技术[8]。与传统离子化技术相比，常压离子化技术具有无需或较少样品前处理、简化分析过程、耗时短、直接进入质谱分析、无需真空条件从而实现易操作设备结构简单等优点，成为近些年质谱研究应用的热点。

2.1 对比教学法在常压离子化质谱教学中的应用

教师在讲述质谱模块时，为了更直观的对比几种常压质谱技术，可引导学生绘制总结表，或以作业的形式下发，总结几种常压质谱仪在离子化类型、适用范围、检测原理、示意图几方面的对比。为加深学生印象，教师可选择在讲述完成后指导学生一起完成对比表格的填写，表1为填写好的几种常压质谱仪对比总结表。

表1 常压质谱仪对比总结表Table 1 Comparison of atmospheric pressure ionization mass spectrometry

2.2 解吸离子化源质谱仪(DESI-MS)

解吸离子化源(DESI)解吸离子化源具有高灵敏性、极快的分析速度及分析化学特异性的特点。DESI-MS有相对广泛的应用，见表1。

2.3 实时直接分析质谱仪(DART-MS)

Cody等[9]于2005年研制的直接实时离子化技术(DART)被认为是质谱离子化技术的一个里程碑，DART与DESI的出现使无需样品预处理的常压离子化直接快速质谱分析成为现实，被视为是质谱分析发展史中的下一个“量子跃迁”。

图1 DESI(上)和DART(下)结构图，分析常压高通量质谱分析无前处理的样品[10]Fig.1 The schematic of DESI (upper) and DART (lower) forambient high-throughput mass spectrometric analysis ofunprepared samples

图2 大气压化学电离源示意图[11]Fig.2 The schematic diagram of APCI

图3 电喷雾离子源示意图[11]Fig.3 The schematic diagram of APCI

2.4 大气压化学电离质谱仪(APCI-MS)

APCI为软电离方式，大大降低了样品对质谱仪的“污染”。APCI的高灵敏度和高选择性、电离范围广以及可与液相色谱的高效分离相匹配，使得LC-APCI-MS 被广泛应用。

2.5 电喷雾电离源质谱仪(ESI-MS)

ESI电离技术和质谱的完美结合解决了液相色谱与质谱联用及大质量分子的测定两大挑战。由于ESI温和的电离特性，其成为分析不稳定共轭药物代谢物的首选方法。ESI-MS的应用领域极其广阔，由于其具有产生多电荷离子的能力让质谱分析开始应用到许多新类型化合物的分析和新兴气相离子化学学科[12]。

3 结 语

质谱分析发展迅速、内容丰富、涉猎前沿、应用广泛，对培养学生自主学习、综合应用和自主创新能力具有一定作用。我们在《仪器分析》质谱模块中进行对比教学，将复杂的原理、相似的仪器结构、大篇幅的内容在理解的基础上进行巧妙地总结、归纳和对比，通过针对性、对比性和启发性的语言讲授、展示教学内容，使常见的几种常压质谱仪的相关知识有机地联系起来，建立了较清晰的知识体系，帮助学生更好的理解、掌握、记忆知识点。