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摘要：以科研課題為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了“化學(xué)傳感器法測(cè)定多種微量元素注射液II中銅（II）含量”的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象穩(wěn)定、重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單，且涵蓋了較多知識(shí)點(diǎn)和供學(xué)生自行探索的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。相比無(wú)機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)涉及多個(gè)學(xué)科交叉，特別針對(duì)藥學(xué)專業(yè)學(xué)生具有較強(qiáng)的專業(yè)性和趣味性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)改革使無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和深度有明顯提高，并提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力、科學(xué)素養(yǎng)和研究能力。

關(guān)鍵詞：科研成果；無(wú)機(jī)化學(xué)；創(chuàng)新；銅離子檢測(cè)

無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)、化工、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生物、材料等各專業(yè)本科生的第一門必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，所有相關(guān)專業(yè)學(xué)生通過(guò)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)可全面系統(tǒng)且嚴(yán)格地接受實(shí)驗(yàn)技能方面的訓(xùn)練，為后續(xù)其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程及專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程打下良好基礎(chǔ)，同時(shí)也為以后獨(dú)立開(kāi)展科學(xué)研究起到重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)能力支撐[1]。目前遵義醫(yī)科大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)沿用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，創(chuàng)新性不強(qiáng)，綜合性不足，特別是針對(duì)藥學(xué)專業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不夠貼合其專業(yè)內(nèi)容，因此近年來(lái)遵義醫(yī)科大學(xué)一直鼓勵(lì)教師開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)新型的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，提倡將個(gè)人科研工作相關(guān)領(lǐng)域中較為成熟的部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，結(jié)合新技術(shù)、新材料、專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域新發(fā)展，設(shè)計(jì)知識(shí)內(nèi)容相互交叉滲透、系統(tǒng)性和創(chuàng)新性較強(qiáng)的無(wú)機(jī)化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)[2?4]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、獨(dú)立思考能力，以及動(dòng)手操作能力具有較大的提高，并在很大程度上開(kāi)闊了學(xué)生視野，提升了科學(xué)探究敏感度和實(shí)驗(yàn)科學(xué)水平[5]。無(wú)機(jī)化學(xué)作為藥學(xué)專業(yè)最重要的化學(xué)基礎(chǔ)課程之一，其中元素化合物的內(nèi)容[6?7]較繁瑣枯燥，相關(guān)實(shí)驗(yàn)也較少且內(nèi)容陳舊，多數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容局限在驗(yàn)證各類化合物的化學(xué)性質(zhì)，很難提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和適應(yīng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，學(xué)院針對(duì)目前無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中元素化合物實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題進(jìn)行改革，結(jié)合藥學(xué)專業(yè)背景、無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐以及接觸的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域，作者選取了自身科研項(xiàng)目中較為成熟的部分科研成果，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)前期理論知識(shí)學(xué)習(xí)了解銅的化學(xué)性質(zhì)，掌握碘量法[8]測(cè)定銅離子的原理及操作后，引入新的分析檢測(cè)方法應(yīng)用于藥物中銅元素的檢測(cè)，設(shè)計(jì)了題為“化學(xué)傳感器法測(cè)定多種微量元素注射液II中銅（II）含量”的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。

1本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)

銅（II）是一些金屬酶的組成成分，參與體內(nèi)造血過(guò)程，催化血紅蛋白合成，維持血液、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等生理功能。同時(shí)，銅還是人體健康不可缺少的特殊的微量元素之一。研究表明，Cu2+具有維持和修復(fù)與心血管相關(guān)的結(jié)締組織的功能，Cu2+含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)帶來(lái)不同程度的機(jī)體損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)疾病[9?10]，因此研究快速準(zhǔn)確檢測(cè)的Cu2+的方法具有重要的意義。由于化學(xué)傳感器具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于Cu2+的檢測(cè)。課題組前期通過(guò)羅丹明為母體合成一個(gè)高選擇性識(shí)別Cu2+的傳感器，基于此建立了準(zhǔn)確、快速、靈敏檢測(cè)Cu2+的比色法，因此，通過(guò)對(duì)科研課題的轉(zhuǎn)化，設(shè)計(jì)了化學(xué)傳感器法測(cè)定多種微量元素注射液II中銅（II）含量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)以多種微量元素注射液II中銅為分析對(duì)象，貼近生活，符合專業(yè)方向，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)化學(xué)的興趣，同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有利于開(kāi)拓學(xué)生的科學(xué)視野，增加實(shí)驗(yàn)過(guò)程的探索性和完整性，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)出分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。此外，與其他銅（II）測(cè)定實(shí)驗(yàn)相比，本實(shí)驗(yàn)所用儀器簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)過(guò)程溶劑污染小、操作簡(jiǎn)便，對(duì)于新時(shí)期創(chuàng)新藥學(xué)人才培養(yǎng)走綠色生態(tài)探索具有重要實(shí)踐作用。

2創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1）了解合成目標(biāo)傳感器化合物的合成方法，學(xué)習(xí)化合物的表征技術(shù)。2）熟悉化學(xué)傳感器的工作原理，紫外?可見(jiàn)分光光度法的使用方法。3）掌握化學(xué)傳感器法測(cè)定藥品中Cu（II）離子的方法。4）激發(fā)學(xué)生科研興趣，提升科研敏感度，培養(yǎng)創(chuàng)新型藥學(xué)人才。

2.2實(shí)驗(yàn)原理

化學(xué)傳感器是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型微量和痕量分析技術(shù)。即通過(guò)特定的客體分子與主體分子選擇性識(shí)別，將物理或者化學(xué)性能的改變轉(zhuǎn)化為光學(xué)或者電學(xué)信號(hào)[11]。其中，光化學(xué)傳感器因其選擇性高、響應(yīng)快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛研究，其原理是以待分析物對(duì)傳感器單元光學(xué)性質(zhì)的改變作為輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。通常可作為光化學(xué)傳感器的分子，其光學(xué)性質(zhì)可隨所處環(huán)境的性質(zhì)，如溶劑極性、溫度、pH等改變而靈敏改變。采用光化學(xué)傳感器分析技術(shù)對(duì)離子進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在光化學(xué)傳感器[12?14]分子上通常含有孤對(duì)電子的雜原子（O、N、S等），其能夠提供離子的結(jié)合位點(diǎn)，產(chǎn)生光信號(hào)對(duì)待測(cè)物進(jìn)行特異性識(shí)別，光化學(xué)傳感器示意圖如圖1所示。本實(shí)驗(yàn)利用課題組前期合成的以羅丹明為母核的目標(biāo)化合物作為化學(xué)傳感器分子[15]，該化合物中兩個(gè)氮配位原子核芳環(huán)碳原子與Cu（II）進(jìn)行配位，當(dāng)目標(biāo)化合物與銅離子結(jié)合后，會(huì)立即顯示紫紅色，并在固定的波長(zhǎng)（557nm）有強(qiáng)烈的特征吸收峰，基于此設(shè)計(jì)了應(yīng)用于臨床藥物?多種微量元素注射液II中銅（II）離子含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法。

2.3試劑與儀器

試劑：1.0×10?4mol·L?1標(biāo)準(zhǔn)CuSO4溶液；乙醇水（v:v=1:1）溶液；多種微量元素注射液II（四川美大康佳藥業(yè)有限公司,Cu的標(biāo)示量0.34mg/mL）；1.0×10?4mol·L?1不同金屬離子、陰離子儲(chǔ)備液。儀器：TU-1901紫外?可見(jiàn)分光光度計(jì)或722型分光光度計(jì)，容量瓶（10mL），移液管，燒杯。

2.4實(shí)驗(yàn)步驟

2.4.1化學(xué)傳感器的制備。中間體化合物RBH按文獻(xiàn)[16]中的方法制備,取0.6080g（1.33mmol）RBH于50mL圓底燒瓶中，加入10mL乙醇進(jìn)行溶解，加入0.3000g（1.46mmol）9-蒽甲醛后再N2保護(hù)下加熱回流3h,冷卻，回流，用冷的乙醇溶液洗滌2~3次，真空干燥后用乙腈/DMF重結(jié)晶，得到黃色固體，即為目標(biāo)化合物（傳感器分子AR），合成路線如圖2所示，表征數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[15]。N2.4.2目標(biāo)化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制稱取目標(biāo)化合物（0.0610g），用乙醇水（體積比為1:1）溶解，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用乙醇水溶劑定容至100mL，得1.0×10?3mol·L?1的儲(chǔ)備液。2.4.3Cu2+的選擇性識(shí)別。分別取不同的金屬離子、陰離子儲(chǔ)備液1.0mL至不同的5mL容量瓶中，再分別加入目標(biāo)化合物的標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1mL，用乙醇水混合溶劑定容，室溫下放置2h后測(cè)定紫外?可見(jiàn)吸收光譜。實(shí)驗(yàn)證明，目標(biāo)化合物與Cu2+混合后，溶液顏色由無(wú)色變?yōu)樽霞t色，并在557nm處產(chǎn)生了1個(gè)吸收峰,其他離子混合后并沒(méi)有顏色變化，證明目標(biāo)化合物是一個(gè)對(duì)Cu2+具有高選擇性的化學(xué)傳感器分子。2.4.4標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測(cè)溶液的配置。取10mL容量瓶7個(gè)，按表1所列的量，用吸量管量取對(duì)應(yīng)試液分別加容量瓶中，加乙醇水至刻度，搖勻后分別得到系列標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白溶液和待測(cè)溶液。此時(shí)目標(biāo)化合物溶液濃度為2.0×10?5mol·L?1。2.4.5吸收光譜的測(cè)定可以根據(jù)自己學(xué)校實(shí)驗(yàn)室情況采用紫外可見(jiàn)。吸收光譜法也可以采用分光光度法。1）TU-1901紫外?可見(jiàn)吸收光譜測(cè)定最大波長(zhǎng)λmax。取表1中的4號(hào)瓶，按TU-1901紫外?可見(jiàn)分光光度計(jì)的使用方法，以乙醇水溶液空白為參比溶液，測(cè)定吸收光譜圖，找出最大波長(zhǎng)λmax。2）722型分光光度計(jì)測(cè)定最大波長(zhǎng)λmax。取表1中的4號(hào)瓶，按722型分光光度計(jì)的使用方法，選擇波長(zhǎng)從540~570nm范圍內(nèi)，以乙醇水溶液空白為參比溶液，每隔5nm測(cè)定一次吸光度，記錄數(shù)據(jù)，找出最大吸收波長(zhǎng)。2.4.6吸光度（A）的測(cè)定。根據(jù)表2中找到的最大吸收波長(zhǎng)，并于最大吸收波長(zhǎng)下，以1號(hào)為空白，分別測(cè)定表1中2~7號(hào)容量瓶的吸光度。記錄讀數(shù)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。2.4.7多種微量元素II中Cu（II）離子含量的確定根據(jù)所測(cè)得的7號(hào)容量瓶的吸光度，利用比較法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法分別求出多種微量元素注射液II中Cu（II）離子含量。2.4.8可視化（目測(cè)法）檢測(cè)Cu（II）離子。由于目標(biāo)化合物與Cu2+結(jié)合后溶液顏色會(huì)產(chǎn)生紫紅色的變化，因此可以建立比色法測(cè)定Cu2+。將試紙剪成長(zhǎng)方形（1cm×5cm），放入含目標(biāo)化合物的乙醇溶液中，一段時(shí)間后，將其取出晾干，再噴灑不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)Cu（II）離子溶液，觀察其顏色變化情況，再將待測(cè)多種微量元素注射液II噴于另一浸泡過(guò)的試紙上，與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。

2.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理

1）測(cè)定最大波長(zhǎng),記錄最大波長(zhǎng)的數(shù)值；2）通過(guò)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,測(cè)出并記錄藥品中Cu（II）離子的含量。

3結(jié)束語(yǔ)

本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是在開(kāi)展了傳統(tǒng)的碘量法測(cè)定銅含量的實(shí)驗(yàn)后設(shè)計(jì)的，通過(guò)課題組已發(fā)表的科研成果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化，設(shè)計(jì)了檢測(cè)微量銅離子的化學(xué)傳感器方法，是對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)課程中關(guān)于“元素化合物”的補(bǔ)充，開(kāi)拓了學(xué)生對(duì)銅元素的了解，并通過(guò)傳感器的引入激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)研究思維和學(xué)習(xí)熱情。將科研成果轉(zhuǎn)化成為創(chuàng)新型探索實(shí)驗(yàn)，已連續(xù)在4屆本科生中開(kāi)展，得到了學(xué)生廣泛的歡迎和認(rèn)同，實(shí)驗(yàn)效果良好。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生比較完整、系統(tǒng)地了解了化學(xué)傳感器檢測(cè)微量金屬離子的原理及方法，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和分析解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)所用儀器簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)過(guò)程溶劑污染小、操作簡(jiǎn)便，對(duì)于新時(shí)期創(chuàng)新藥學(xué)人才培養(yǎng)具有重要實(shí)踐作用。此外，學(xué)生通過(guò)課外查找文獻(xiàn)資料，研究和探索其他新型傳感材料應(yīng)用于微量金屬離子的檢測(cè)，具有較大的探索空間，切實(shí)提高了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

作者:焦雪 李新民 吳慶 胡慶紅 袁澤利 單位:遵義醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院 遵義醫(yī)科大學(xué)國(guó)家級(jí)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心