有机化合物分析精选(十四篇)

篇1

关键词：挥发性；有机化合物；污染净化

环保已经成为社会生产生活发展需要注意的要点问题，尤其是挥发性有机化合物，作为大气污染的重要组成部分，需要根据其具有的性质来采取对应的技术进行治理，降低对环境的影响。就现在工业生产现状来看，涉及到挥发性有机物排放的行业众多，具有浓度高、排放强度大、污染种类多以及持续时间长等特点，对局部空气质量影响严重。对于挥发性有机化合物污染净化技术来说，常见的如催化加氢脱氮、光催化氧化法、催化水蒸气重整以及催化燃烧法等。

一、挥发性有机化合物特点

挥发性有机化合物对环境存在严重的污染，且对人体健康有着较大的影响，生产排放后，经常会伴有刺激性味道散发在空气中，对人眼、鼻、呼吸道产生刺激，情况严重的还会造成心、肝、肺等内脏与神经系统的危害，还会产生癌变。另外，因为具有高挥发性，可以与大气内NO2产生反应生成O3，随着大气环境中O3含量的增加，会形成光化学烟雾，对人体健康和农作物生长产生影响。常见的挥发性有机化合物如脂肪类碳氢化合物、芳香类碳氢化合物、酮、醛、醇、酯酸类化合物以及胺腈类化合物等。产生挥发性有机化合物固定来源包括石油化工、农药、制药、工业溶剂生产等；而移动源包括内燃机排放尾气；室内源包括旅馆、饮食业、室内装修以及家庭烹饪排放的油烟[1]。

二、挥发性有机化合物污染净化技术分析

1.吸收法

应用吸收法对挥发性有机化合物污染进行净化，主要是利用挥发性化合物具有的物理和化学性质，通过水或者化学吸收液完成吸收。现在常见的吸收装置如填充塔、喷淋塔、气泡塔、洗涤器等。为提高污染净化效果，保证较高的吸收效率，往往需要根据设备自身阻力和操作难易程度，选择最为合适的吸收塔类型，可以根据是需要选择一种或者多种联合作业[2]。其中，要重点分析不会产生二次污染和废弃物在处理问题，降低作业实施难度。

2.活性炭吸附法

在应用此种方法进行污染精华时，需要从挥发性有机化合物特点出发，保证所选活性炭具有较高的吸附能力，尤其是对于低浓度区域，更要保证良好的吸附效果，减小阻力产生的影响。同时，还要具有良好的再生能力，且再生后具有良好的表面活性。为提高污染物净化效果，所选活性炭应易获取，且成本合适。在实际作业中，吸附装置内能够满足不同方式接触传质，且可以根据作业要求，选择固定吸附床、流动床或者移动床，相比较而言，移动床和流动床具有更好的传质效果，可用于大气污染净化。另外，还要将吸附温度控制在合理范围内，应从吸附理论出发，即降低温度可以提高吸附效果，总结经验来看，最佳吸附温度不超过40℃。在固体表面吸附气体与蒸汽时会放热，该热量为吸附热，其与气体性质相关，通过不断释放吸附热来提高吸附床温度，部分情况下床温短时间内急剧上升，如果不采取措施处理，甚至会出现着火或者爆炸情况[3]。因此，为提高吸附净化过程的有效性和安全性，应将吸附热控制在爆炸下限的1/2以内。

3.吸附-解吸-催化燃烧法

在应用此种方法进行污染净化时，技术原理即将低浓度、大气量含挥发性有机化合物废气输入到回转式高效吸附区，有机物被吸附且完成净化后，将气体排出。在这个过程中，转动的吸附床还要经过一段小区进行热解吸，解吸释放高浓度VOCs废气送往催化器催化燃烧，在燃烧时产生的热量，一部分对小区进行预热然后继续解吸，另一部分则对解吸后的高浓度挥发性有机化合物废气进行加热。

4.催化燃烧法

在选择用催化燃烧法净化时，需要应用适当的催化剂，使得挥发性有机化合物在较低温度下，进行深度催化氧化为CO2和H2O。与其他净化方法相比，催化燃烧法在实际应用中，废气去除率更高，基本上均可以达到90%以上，且在处理过程中不会产生二次污染物。

5.生物过滤器法

应用生物过滤器对挥发性有机化合物废气进行净化处理，本质上就是将有机化合物组分作为微生物生命繁殖的能源和养分，经过代谢降解处理，使废气转化为无毒CO、H2O以及细胞组成物质。含有CO2和H2O废气生物处理装置构成包括生物洗涤塔、生物滴池、生物过滤池等，废气去除率可以达到90%～95%。

三、优势菌生物滴滤塔净化二甲苯废气试验分析

1.试验装置

1.1筛选优势菌

主要仪器有恒温生物摇床、立式电加热高压蒸汽灭菌锅、LRH-150B、恒温电烘箱、XYJ-2台式高速离心机以及超声振荡器和接种划线工具。主要培养基包括筛选驯化培养基、分离保存培养基以及活化富集培养基。选择污水处理厂活性污泥混合液充分曝气活化24h后，利用超声振荡器处理20min使其污泥絮体均匀分散，然后将5L处理好的污泥混合液加入到筛选驯化培养基内，通过摇床试验对微生物进行好氧振荡培养[4]。其中，摇床温度控制为28℃，转速为110r/min。待每个驯化周期结束后，取5mL培养液移至新鲜培养基内，观察其生长状况。多次移种后无菌操作和平板划线分离，放置培养箱内48h，挑取单一群落在牛肉膏斜面上接种，继续培养一段时间后放置冰箱内保存，将其作为后续试验的菌种来源。最后通过对均匀形态、细菌个体观察，生理化试验、乙酰甲基甲醇试验和葡萄糖氧化发酵测定等环节，完成优势菌种的鉴定。

1.2滤塔挂膜

将筛选出的优势菌种接种在活化富集培养基内，好氧震荡48h后，放置高速离心机内离心10min，用磷酸盐缓冲液清洗，再次离心10min，将得到的菌体制成菌悬液[5]。滤塔挂膜即将制备的菌悬液滴入滤塔填料内，并向滤塔内通入含有二甲苯的气体，菌悬液内细菌会附着在填料表面生长繁殖逐渐形成生物膜。

1.3二甲苯废气净化

在微生物接种后，同时向滤塔内通入喷淋液和含有二甲苯的气体，设定喷淋液流量为25mL/h，气体流量为0.2m3/h。滤塔在该气量下具有一定去除能力后，便可缩短气体在滤塔内停留的时间，直到气体流量升高到1.0m3/h。如果气体停留时间比较长时，应降低喷淋流量，可以更好的达到配方标准。

结束语：

挥发性有机化合物污染物，为降低其对大气环境和人体健康的影响，需要根据其所具有的特点，来选择最为合适的净化处理技术，控制好净化处理技术要点，降低外部各因素的影响，提高净化处理效果。

参考文献：

[1] 沈迪新，胡成南.挥发性有机化合物污染的净化技术[J].中国环保产业，2002，12：30-32.

[2] 张则菊.气相色谱―质谱联用法测定食品中塑化剂与水中挥发性有机化合物[D].辽宁师范大学，2013.

[3] 戴宇.锰基催化剂上含氯挥发性有机化合物的催化燃烧[D].华东理工大学，2012.

篇2

关键词： 测试　有机锡化合物　纺织品

高浓度的有机锡化合物对人体和环境十分有害,随着有机锡化合物用途日益广泛, 造成的环境污染日趋严重。有机锡是合成化合物, 属环境荷尔蒙之一, 毒性较大, 具有干扰生物体内荷尔蒙的合成、分泌、输送等作用, 进而影响生物体的发育、生长、行为或生殖等生命活动。其中二丁基锡、三丁基锡和三苯基锡对粘膜和皮肤有强刺激作用; 高浓度的TBT和DBT 还会产生毒性, 透过皮肤而被人体吸收, 在某种程度上使神经系统受损。有机锡化合物对水生物的毒性相当大, 会造成海洋环境污染。因此有机锡化合物的检测, 尤其二、三丁基锡的检测是目前一些具有权威性、影响比较广泛的生态纺织品环保标准, 如OekoTex Standard100的重要检测项目。

一、检测方法

1.分光光度法

分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。分光光度法测定锡是经典方法，随着表面活化剂的应用，体系得到了进一步增溶、增敏，测定灵敏度和稳定性都大为提高。其中分光光度法最常用的显色剂苯芴酮，在弱酸性溶液中四价锡与其形成微溶性橙红色络合物，最大吸收波长为490 nm，研究了苯芴酮一溴化十六烷基吡啶(CPB)一锡三元体系中锡的测定方法，指出在弱酸性溶液中，CPB作用与苯芴酮锡体系，产生强烈增敏，增溶作用，吸收波长为505 nm时，在0~120.0 nag·L-1范围内呈线性关系。也有在苯芴酮一吐温体系、苯芴酮溴化十六烷基三甲胺体系(CTMAB)L30中测定锡的报道，和一些改良苯芴酮体系测定锡的报道。

2.原子吸收光谱法

原子吸收光谱法分为火焰原子吸收光谱法(FAAS)和石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)。

在用火焰原子吸收光谱法测定锡时可用空气一乙炔火焰，如车间空气中的锡及其化合物用此法，但因其易形成很难离解的氧化物，灵敏度较低。用富燃还原性火焰，可使锡的灵敏度高些。采用一氧化氮一乙炔火焰，灵敏度较高，在286.6 rim波长处测定锡，灵敏度约为1 mg·L一，稳定性也较好，一般用此吸收线测定锡。

3.氢化物发生一原子荧光光谱法

氢化物发生一原子荧光光谱法(HG-AFS)是测定锡的高灵敏度分析方法之一，利用锡在酸性介质中和硼氢化钾作用下，生成锡的氢化物，并由载气带人原子化器中进行原子化。在特定锡空心阴极照射下，基态锡原子被激发至高能态，再去活化回到基态时，发射出特征波长的荧光，其荧光强度与锡的含量成正比。

4.电化学法

由于电化学分析方法灵敏、快速，仪器价格低廉，对某些组分选择性高等优点，有不少用电化学法测定低含量锡的报道。在硫酸和四氧二炭介质中，用Sn(IV)DDG(草酸铵联毗啶络合物)体系测定水、空气中的锡大都测其络合吸附波，方法的检出限一般在pg·L1级。

5.电感耦合等离子体发射光谱法和x射线荧光光谱法

早在20世纪50年代就用发射光谱法测定过锆合金中的主量锡，但因误差较大，用得少。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)发展后，取代了以前的发射光谱法，ICP AES测定锆合金中合金元素锡已例入口本的标准方法，并研制了适于这种测定的锆合金样。

6.色谱法

有机锡比无机锡的毒性大得多，所以有必要知道样品中存在的各种形态的准确浓度以便估计总毒性。而原子吸收光谱法、原子荧光光谱法等只能给出总值，有机锡最常用的分离方法还是色谱法。气相色谱(GC)能分离的种类多，有很好的分辨率．但是，三、二和单烷基的有机锡化合物不具备足够的挥发性、热稳定性和化学稳定性．进行气相色谱分析前需衍生化，这可通过格氏反应，与四乙基硼酸钠反应进行乙基化或与硼氢化钠反应形成氢化物来实现。

篇3

关键词 波谱分析；精品课程；课程建设

中图分类号：G642.3 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）09-0087-02

Discussion of Connotative Construction of Top-quality Course Spectral Analysis of Organic Compounds//Wei Guobing

Abstract Top-quality course construction is one of the central jobs for institutions of higher learning to improve their teaching quality， which is the important measure to guarantee the realization of talent- training objectives and fundamental tasks， and also the key to promote the teaching reform and development. The author integrates the construction experiences of hosting top-quality course Spectral Analysis of Organic Compounds， sums up the main points and wishes to share with the colleagues.

Key words spectral analysis； top-quality course； course construction

在当代大学教育教学中，课程建设是高等教育适应社会对高素质人才培养质量要求及高等学校内部进行人才培养活动规律的必然，是高等学校教学质量与教学改革的重要组成部分。2003年，教育部启动了“高等学校教学质量与教学改革精品课程建设工作”项目，高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作开始启动，各学科和各专业的精品课程体系开始建设并逐渐形成体系。

围绕着5个“一流”，江西中医学院药学有机化合物波谱分析课程开展全面建设，在2011年被评审为江西中医学院校级精品课程。

1 精品课程建设的内涵

为促进我国高等教育规模、质量、结构和效益方面的全面发展，构建全面协调的可持续发展的新高等教育体系，办人民群众满意的高等教育，全面培养具有创新意识和创新能力的学生，根据教育部“质量工程”建设的有关文件精神，精品课程在课程建设中是集科学性、有效性、示范性、教育性、先进性和整体性于一身的示范性课程，是具有“一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理”的优质课程，并成为全校乃至全省课程建设的“领头羊”。

2 波谱分析精品课程内涵建设的探讨

江西中医学院药学有机化合物波谱分析课程围绕“五个一流”，进行全面建设，全面开展教学改革，突出创新性、全方位、多途径的特征，教学中贯彻“能力培养，提高素质”的原则，教学侧重“强化概念，侧重应用，全面创新教学方法”的特点，深化教学体系、内容、方法的改革，促进学生能力发展，启发学生思维，促进学生能力的提高，实现学生的可持续发展，更好地实现学校“培养适应社会进步和中医药事业发展需要，具有市场竞争力的实践型、创新型、创业型人才”办学目标。

2.1 整合革新教学内容，改革知识结构体系

精品课程是集科学性、有效性、示范性、教育性、先进性和整体性于一身的示范性优质课程，因此，教学内容要及时反映本学科领域的最新科技成果，教学内容也要符合人才培养的目标要求。教师在教学中要处理好传统内容与科技最新成果的关系，不断补充新知识、新技术、新成果，实现教学内容的新颖性和现代性，从而全面培养学生实践能力，提高学生理论知识的综合运用能力和创新能力。在教学内容上，课程注重基础知识与先进技术和当代科技发展的衔接，注重将教师的科研学术研究成果转化为教学内容，及时调整和更新教学内容，保持课程教学内容的先进性、科学性。

2.2 创新教学模式，改革教学方法，革新教学手段，推进教学改革

教育部启动“高等教育质量工程”的目的，是要倡导学校和教师对教育教学方法的改革，突出先进的教学理念，广泛地吸收教学改革经验，促进现代化教育技术手段在教学中的全面运用，及时反映本学科领域的最新成果，满足新时期社会发展对人才培养提出的新要求，从而最大限度地调动学生学习的主动性和积极性，提高学生的学习兴趣，培养学生的科学探索精神和创新能力，拓宽学生的知识面。

1）积极采用多媒体、实物投影、分子模型模拟等辅助教学手段，增大传授给学生的信息量，扩充学生掌握的知识；

2）开展第二课堂教学，主要围绕教师教学讲述的重点内容，开拓学生视野，增强学生的学习创新能力与学习能力；

3）教学资源网络化，根据课程性质，开展精品课程网络建设，全面提升学生的学习质量；

4）开展TBL教学，开展课后团队竞赛，进一步激发学生的学习热情，使学生尝到快乐学习的成就，促进优良学风的形成，从而真正提高课程教学质量。

2.3 建立一支一流的教师教学团队

精品课程建设的目的是要建设一支一流的教师队伍。教师是课程的建设者和实施者，教师的知识水平、教学能力、创新精神及师风师德将直接决定教学课程的教学质量。在教学过程中，不断吸收具有硕士、博士学位的具有一定学术造诣、科研背景、人格魅力，愿意投入到教学中的优秀教师进入教学团队中来，形成一支年富力强的，职称、学历、年龄结构合理、教学水平高、科研能力强的教学名师梯队，从而实现示范性优质课程教学队伍的接力。

2.4 优质课程教学资源的网络共享

精品课程是利用网络来进行有效教学与管理，因此，精品课程的建设要结合现代信息技术手段，合理运用并改革传统教学手段与方法，实现优质教育资源的共享。高校精品课程教学资源的与共享，包括教学大纲、教学课件、习题、教学视频、教案、讲稿、实验指导、参考文献等相关教学内容，以网络形式面向各层次学生的学习，为广大教师和学生服务；使广大学生可以共享最优秀的教学资源，实现突破时空对教育在传播与交互上的限制，使任何人在任何时间、任何地点都有机会接受教育，从而使大众教育成为可能，并最终实现终身教育的教育目标。

2.5 重视和加强教材建设

精品课程建设本着“开放和共享”的原则，围绕五个“一流”，其中包括建设“一流教材”。精品课程的建设应形成一批高质量的优秀教材，而且精品课程的教材应该是系列化的统编优秀教材。教材建设应该是以增长知识、增长才干、增长能力与智慧为目的，主讲教师应选用国家级统编优秀教材或国外高水平原版教材，同时将教材与课外指导阅读原著教材和参考书有机结合，从而真正培养学生自己对知识的认识、理解和归纳能力。

2.6 加强教学管理，建立良好的制度环境

高校精品课程的可持续建设发展离不开优秀教学团队在教学工作中的全心投入和团结合作精神。在高校，教师不但承担繁重的教学工作任务，还承担学校的学科建设、科研工作和社会服务等大量工作。因此，各类高校要遵循以人为本的科学发展理念，学校应积极创建良好的制度环境，鼓励广大教师积极投入教学、研究教学，创造浓厚的学术氛围，从而为精品课程建设的可持续化营造良好的学术环境，使学生真正在课堂上、在学习过程中感受到“优质示范精品课”的实际存在意义和价值。

3 建设体会

作为高校教育质量工程的精品课程的建设是一项长期的系统工程，其实施过程涉及教师、学生、教材、教学制度等核心要素，需要教师、学生和教育管理部门的共同努力。以精品课程建设为突破口，树立特色化的精品课程方向，高标准高质量开展课程改革和学科建设，全面提升高等学校的整体教学水平和教育教学质量，实现高等教育的可持续发展，从而探索具有中国特色的高校精品课程体系，并进一步带动相邻和相关学科的发展，真正起到精品课程的示范与带动作用。

参考文献

[1]潘留仙.启动精品课程，提升教学质量[J].湖南涉外经济学院学报，2006（1）：1-5.

篇4

关键词：药学有机化合物波谱解析;教学改革;药学

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）42-0106-03

人类社会的发展过程是一个人类征服世界和改造世界的过程，而要达到这个目的，人类必须客观的认识世界。有机化合物波谱解析则是人类认识有机物质世界的重要手段。它在药学、石油化工、环境科学、材料科学、食品科学等科学领域中发挥着毋庸置疑的作用，故成为药学类、中药学类、制药类、化学类、化工类等专业及相关专业本科生及研究生的专业基础课[1]。

药学有机化合物波谱解析主要讲述紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）、核磁共振光谱（NMR）和质谱（MS）的基本原理、特征、规律以及图谱解析技术，以及这四大光谱技术的综合应用[2-3]。通过本课程的学习，培养学生掌握解析简单有机化合物的能力，为药学各专业课程，特别是对天然药物化学、中药化学的学习打下良好的基础。我校有机化合物波谱解析课程起步较早，是国内药学类院校开设最早的院校之一，2008年该课程被评为省级精品课程。而且，我校一直是卫生部规划教材、全国高等医药院校教材《有机化合物波谱解析》的主编单位，所编写的教材是迄今全国出版发行数最多、应用最广和影响最大的同类教材，并且也得到了专家和学生的好评。但我们在多年的教学过程中，发现一个普遍的问题，即药学有机化合物波谱解析的理论过于抽象且系统性差，使学生对有机化合物波谱解析这门课程的兴趣不大，更难说让学生运用所学的知识解析谱图、推断未知化合物的结构等。同时，药学有机化合物波谱解析与天然药物化学课程一脉相连，如果有机化合物波谱解析课程所学的知识欠缺，将导致在学习天然药物化学课程时，各类型化合物波谱学知识没办法开展，而各类型化合物的波谱学特征是天然药物化学课程讲授的重点内容之一。如何更有效的教授这门课，在有限的时间内培养学生的兴趣，让学生运用所学的技术解决科研中的技术问题，是值得我们深思和探究的。我们在总结以往教学经验的基础上，进行了教学改革实践，并取得了一些成效。

一、精选教学内容，合理安排课时

有机化合物波谱解析课程的基础理论知识较多，但是部分知识在物理学、有机化学、分析化学等学科中已经涉猎到，如果上述基础学科的知识没有掌握清楚或者有机化合物波谱解析与上述基础学科开课时间间隔的太长，对学生学习有机化合物波谱解析都会造成很大的困难。因此在讲授该课程内容前，可以提醒学生课下复习哪些相关知识，这样避免学生在课堂学习中一知半解，前因后果解释不清，并能够利用少量的课时，对基础理论知识进行深入浅出地讲解，而利用大量的课时，结合大量的化合物谱图进行化合物综合解析方面的讲授，使学生在结构解析应用中逐渐理解生涩、枯燥、抽象的基本原理，掌握化合物结构与谱图之间的规律。此外，针对部分学生选择研究生深造的实际情况，在运用四大光谱解析化合物平面结构为主要教学内容的基础上，可以适当增加利用单晶X射线衍射、旋光谱以及圆二色谱等技术确定化合物立体结构的知识，例如，讲授如何利用旋光谱和圆二色谱的八区律测定含有酮羰基、共轭双键、不饱和酮、内酯、硝基，以及通过简单地化学转化能够转换成含有上述基团的化合物的立体结构;讲授利用单晶X射线衍射法测定具有结晶性化合物的立体结构的方法，从而增加课程的信息量，扩宽学生的知识面，使学生及时了解该学科的发展动态和前沿，增加学生学习兴趣，并为研究生学习打下坚实的基础。

二、随堂阶段测试，量化学习效果

随堂阶段测试作为教学中最常用的一种测试方式，在学生学习过程中无疑起着很大的反拨作用[4]，它对提高教师的教学效果和学生的学习积极性尤为重要。对于有机化合物波谱解析这门课程，可以考虑进行三次随堂阶段测试，主要安排在紫外光谱、红外光谱和核磁共振光谱三章内容结束后进行即时考试。紫外光谱以计算共轭烯烃，α，β不饱和醛、酮、酸、酯及某些芳香化合物的最大吸收波长为测试重点;红外光谱以区段及主要官能团特征吸收频率，芳香化合物与脂肪族化合物红外光谱的区别为测试重点;核磁共振光谱仪利用谱图中的信息对简单化合物进行结构推断为测试重点。测试结束交卷后，任课老师对测试题进行讲解，并根据学生的答题情况进行量化，最终以40%的比例记入到最终成绩中。随堂阶段测试不仅可以督促学生进行主动的学习，从而增强学生的学习动机，而且可以使任课教师判断自己的教学效果，发现存在的问题与不足，最终教学相长。

三、小组讨论方式，激发学习动力

有机化合物波谱解析是一门谱图多、涉及知识面广、且实践性非常强的课程，解析一个化合物谱图的过程，实质上就是一个解决具体问题的过程，完全采取以教师讲授、学生听讲、做作业的传统教学法进行有机化合物波谱解析课堂教学，会导致学生被动地接受知识，自主地、创造性地研究问题的动力不足。以小组讨论为基础的教学方法（Problem-discussion Based Learning，PBL）是启发学生思考，让学生参与教学，提高学生分析问题能力，提高学习积极性的一种有效途径。在综合解析的授课环节，可以采取小组讨论的学习方式，任课老师首先将学生分成3～5人的小组，并提供给学生某个化合物的高分辨质谱、紫外光谱、红外光谱、氢谱、质谱以及二维谱，然后要求学生利用工具书、数据库（例如SciFinder网络检索数据库、微谱数据库等）以及网络资源等信息获取手段进行化合物的结构解析，并且允许组内的学生分享、交流获取的信息，最后每个小组分配一名代表对谱图的解析过程进行讲解，讨论时，各组成员各抒己见、相互评价，促进研讨的深化，最后根据学生对谱图的解析过程进行总结和提炼。通过这种方式，学生将学会如何获取知识，能够独立自主地学习，能够积极有效地参与团体的活动，并从中学到分析问题和解决问题方法，提高学生的综合素质和能力。

四、计算机辅助教学，调动学生积极性

有机化合物波谱解析课堂讲授教学方法最大的不足就是学生在被动的接受知识，很难调动学生思考问题的积极性，很难引发学生的兴趣。计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，简称CAI）作为一种新的教育技术和教学方式，具有交互性、多样性、个别性、灵活性等特点[5]，在有机化合物波谱解析的教学中发挥着重要作用。比如使用Flas形象生动地解释红外光谱中吸收频率与化学键常数成正比，与折合质量成反比这个规律，解释磁共振的进动过程，势必会提高学生的理解能力，从而促使其更好的掌握波谱知识。又比如在教学过程中引入Chemdraw、Chem 3D等化学专用教学软件，将一个已知化合物的氢谱和碳谱信号模拟出来，结合数据讲解不同类型氢核和碳核化学位移的大致范围，并且将分子的平面结构转化为立体结构，这样可以加深学生对典型化合物波谱特征的记忆。再比如，为了适应解谱工作日益自动化的趋势，改变传统的单一完全人工解谱的教学模式，在教学中可以融入先进的波谱预测软件，例如ACD Labs v10.0软件，培养学生与软件通过人机对话的反馈模式进行实践解谱的能力，进而培养学生在将来的从业中（波谱学学习后延过程）具备自我完善和提升的能力。此外，使用多媒体计算机教学将大量的经典化合物图谱在短时间内提供出来，增加学生思考和讨论的时间，让学生在解决问题的同时提高思考问题的能力，最后加上详细的讲解使学生完全明了所学习的波谱在结构解析中的应用，增加学生和老师间的互动。

五、采用双语教学，提高自主学习能力

在化合物的解析过程中，学生需要利用外文工具书或SCI期刊查找相关化合物的波谱数据，这就需要学生具备一定的外文文献阅读能力，双语教学方式可以很好的解决这个问题。首先，任课教师可以向学生推荐几本关于有机化合物波谱解析的经典外文教材，例如Robert M. Silverstein主编的《Spectrometric Identification of Organic Compounds（7th Revised edition）》，拓展学生的知识面，并且两种教材中不同作者的不同思维方式，可以培养学生的发散思维;其次任课教师在教学过程中可以将部分课件制作成英文课件，并在讲课过程中有意识地讲解波谱学相关的英语词汇和术语;此外，还可以根据学生的需求，教授如何利用外文数据库进行文献检索的方法，并给学生分发高水平的英文原始文献，提高学生阅读外文文献的能力。如此，学生能够利用学到的专业术语，自主地学习与有机化合物波谱解析相关的英文文献以及书籍，主动找到解析结构的技巧和方法。当然，双语教学不同于一般的教学，对教师也有较高的要求，这就需要对教师进行培训，并组织教师听讲双语示范课，在双语教学上课之前进行试讲，选拔出专业基础知识扎实，英语口语流利的双语教师。双语教学过程是教师和学生的双边互动过程，也是一个教学相长的过程，双语教学不仅可以让药学工作者适应药学研究、生产和流通过程中日新月异的变化，也能够在药学领域的国际交流、合作与竞争中立于不败之地。

笔者认为，要教好有机化合物波谱解析这门课程，不仅需要教师具有良好的科研背景和素质，具有坚实的分析化学、有机化学等基础学科的理论功底，还需要教师在教学过程中不断完善教学内容，采取随堂阶段测试、小组讨论、计算机辅助教学、双语教学等方式提高教学质量，激发学生主动学习有机化合物波谱解析的兴趣与主动性，提高学生分析问题、解决问题的综合能力。于此同时，教师在课堂教授中，应当尽可能以SCI文献资料（例如Organic Letters、Phytochemistry、Journal of Natural Product、Planta Medica等）中的新颖化合物结构和课题组正在研究的活性先导化合物为实例，提高学生对波谱解析的兴趣，拉近繁琐的波谱数据和学生思维的距离，快速提高学生分析波谱特别是分析NMR数据的能力。总之，只有不断优化教学内容和方法，增强学生学习该课程的自信心和强化他们的合作意识，才能提高学生学习的积极性和分析与解决问题的能力，实现教学事半功倍的效果，达到培养学生创新精神和创新思维的目的。

参考文献：

[1]李娜，刘炜炜.浅议制药工程专业的《波谱解析》教学改革[J].边疆经济与文化，2007，41（5）：154-155.

[2]吴立军.有机化合物波谱解析（第三版）[M].北京：中国医药科技出版社，2009.

[3]谢彩侠，崔永霞，胡亚楠.有机化合物波谱解析教学模式的改革与探讨[J].中国医药导报，2009，6（22）：157-158.

[4]崔红花，梁生旺，王峰，陈超，王淑美.基于小组讨论式教学法对现代仪器分析课程中波谱解析教学改革探析[C].中华中医药学会中药分析分会第五届学术交流会论文集，200-203.

[5]董桂茹，王立华.计算机辅助化学教学的研究[J].齐齐哈尔师范学院学报（自然科学版），1993，13（4）：57-59.

篇5

【关键词】有机试剂；分析化学；应用；化学分析；仪器分析

中图分类号：O65

一、引言

试剂是在测定（或鉴定）过程向试液中加的一种辅助物质。所以，有机试剂则是加入的是有机物的辅助物质。

有机试剂之所以被广泛应用就在于它的灵敏度高、选择性好等特点。例如：测海水中的痕量铀，可用甲基紫和丹宁两种有机试剂将铀共沉淀下来，过滤后将沉淀烘干，于铂坩埚中炭化，再加10滴除尽SO3的浓硫酸，然后灼烧几分钟，这样就可以将有机试剂转化成二氧化碳和水而将它们除去。最后用荧光法测定铀的含量即可。而在有机试剂没有得到广泛应用之前，人们对海水的测定没有根本的办法。因为海水中铀元素的含量极低，只能用无机试剂富集铀含量，但无机物有干扰又不易除去。所以有机试剂的发展就大大解决了这些问题。由此可见有机试剂的作用有多大。

二、有机试剂基本理论――配位化合物（配合物）

有机试剂的应用体现在它与大多数试样都能形成稳定的配合物，尤其是与金属离子反应更是如此。

（一）配合物的组成及螯合

配合物是由中心离子M和配位体L以配位健①（或共价健②）形成组成的一种化合物。

M+L=ML[3]

其中，中心离子一般是金属离子（或原子），用于提供空轨道或在杂化后提供等价轨道。而配位体则是含有孤对电子的原子（如：N、O、S等等），在配合物中用于提供孤对电子。配位体分为单齿（或单击）配位体和多齿（或多击）配位体③，其中多齿配位体形成的配合物稳定。因为多齿配位体与金属离子配合生成的配合物就是螯合物，螯合物具有环状结构，而不是线状结构螯合效应[3]，它最引人注目的性质之一就是它的异常稳定性，尤其是五员环和六员环的螯合物更是稳定。这一点类似于有机化合物的芳香环。一个螯合配位体必须拥有两个酸性基或两个配位基或一个酸性基和一个配位基，通常含有N、S、O原子或分子易与金属离子生成配位键而形成螯合物。

（二）配位场理论

配位场理论[3]是关于对中心离子的d轨道产生静电场效应的一种理论。它认为，在四面体型配合物中，三个t2g轨道的能量增高，而两个eg轨道能量降低，在八面体型配合物中，正好与四面体型的相反。这样，配合物中的五个d轨道的能量就不再相同，而是分成两组能量不同的轨道―即中心离子发生能级分裂，由于能量最低原理，可见能量越低（弱场），配合物越稳定，我们恰恰希望这点。用此法还可定量计算得出配合物的稳定性，这一点给我们研究有机试剂创造了很大方便。

三、有机试剂在分析化学中的应用

化学分析是以化学反应为基础的分析方法，它可分为滴定分析、重量分析、化学分离等。而有机试剂在这三种分析中均有广泛应用。例如：在滴定分析中作滴定剂、指示剂；在重量分析中作沉淀剂；在化学分离中作共沉淀剂、萃取剂、掩蔽剂等。

例如：撒可富复合肥中钾含量的测定[4]――四苯硼酸钾重量法。此法是在弱碱性介质中，以四苯硼基和硼酸钠溶液沉淀试液中的K+，如试样中含有氰氨化合物或有机物时，可先加溴水和活性炭处理。为了防止铵离子和其它阳离子干扰，可预先加入适量的甲醛液及EDTA使铵离子与甲醛反应成六亚甲基四胺，其它阳离子与乙二胺四乙酸二钠络合.其中，四苯硼酸钠作沉淀剂用，甲醛及EDTA作掩蔽剂用.

四、有机试剂在仪器分析中的应用

随着科学技术的发展，分析化学的方法和实验技术上都在发生着日新月异的变化，特别是仪器分析法吸收了当代科学技术的最新成就，从而被认为是现代分析化学方法。仪器分析用于试样组分的分析，具有操作简便、快速的特点，它可测含量很低的组分，但由于仪器分析中用的都是精密仪器。所以，灵敏度都很高。因此对实验过程中用的试剂要求就很严格，而恰恰有机试剂容易满足这些要求。

五、结论与展望

有机试剂在分析化学中的应用是无所不在的，而且是各有各的用途，按需选择。有机试剂不光是能应用在分析化学中，像药品、食品都有有机试剂的加盟。所以，有机试剂的未来是无可限量的。首先就是将有机试剂的种类扩宽，最好让每一金属都有其相对应的、唯一的有机试剂，并且将其完善。其次就是考虑一下有机试剂的毒性，这点是比较重要的，因为它不但危害人们的身体健康，还影响着我们的周围环境。所以，解决其污染也是我们今后要研究的。最好是能用一种即不干扰测定有不危害我们的有机试剂来消除有害试剂的毒性。最后就是将有机试剂推广到各个领域去，为分析业提供其应有的最大的作用。

注解：

①配位键[3]―即配位共价键：共享电子对中的两个电子不一定要分别来自两个原子，而可由其中一个原子单独提供。这样生成的与共价键难以区分的键即为配位键。常常由N、O将孤对电子提供给金属配位成键。

②共价键[3]：两个类似原子之间不发生电子转移，而是原子核共享电子使两者都形成八隅体结构，这种由协同作用形成的键就是共价键。

③多齿配位体[3]：是含有两个或两个以上给电子基的配位体，可以环绕中心金属离子以两个或多个方位与之配位，从而与单一金属共享一对以上的电子。

参考文献：

[1]张孙伟，吴水生，刘绍璞.有机试剂在分析化学中的应用[M].

[2][美]H・H威拉德，L・L小梅里特，J・A迪安.仪器分析法[M].

篇6

关键词：紫外光谱　有机化学　应用

20世纪中叶以来，由于量子力学、电子和光学技术以及计算机科学的迅速发展，一批现代分析仪器逐渐问世，有机化学家在科学研究中广泛使用这些仪器来鉴定有机化合物的分子结构，大大加快了有机化学的发展和新有机化合物的发现。在这些仪器分析方法中，鉴定有机化合物结构最常用的方法除了有红外光谱(IR)、核磁共振谱(NMR)、质谱(MS)外，紫外光谱(UV)也被广泛应用于有机化合物的定性和定量测定。

一、紫外光谱在有机化学中应用的基本原理

物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量，相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。由于各种物质具有各自不同的分子 、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量。紫外光谱分析就是根据物质的吸收光谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。通过紫外光谱，可研究分子中电子能级的跃迁。在电子光谱中，价电子吸收一定波长的电磁辐射发生跃迁。有机化合物的价电子有三种类型：形成单键的σ电子、形成多重键的π电子、杂原子(氧、氮、硫、卤素等)上未成键的n电子。各类电子吸收紫外光后，由稳定的基态(成键轨道或非键轨道)向激发态(反键轨道)跃迁，当这些电子吸收了外来辐射的能量就从一个能量较低的能级跃迁到一个能量较高的能级。因此，每一跃迁都对应着吸收一定的能量辐射。特殊的结构就会有特殊的电子跃迁，对应着不同的能量（波长），反映在紫外可见吸收光谱图上就有一定位置一定强度的吸收峰，根据吸收峰的位置和强度就可以推知待测样品的结构信息。

二、紫外光谱在有机化学中的主要应用

1.有机化合物的定性鉴别

利用紫外光谱对有机化合物进行定性鉴别的主要依据是，多数有机化合物具有吸收光谱特征。例如，吸收光谱形状、吸收峰数目、各吸收峰的波长位置、强度和相应的吸光系数等。值得注意的是，结构相同的化合物应有完全相同的吸收光谱，但吸收光谱完全相同的化合物却不一定是同一个化合物。利用紫外光谱进行化合物的定性鉴别，一般采用对比法。所谓的对比法，就是将样品化合物的吸收光谱特征与标准化合物的吸收光谱特征进行比较。如果两者完全相同，则可能是同一种化合物；如果两者有明显差别，则肯定不是同一种化合物。最常用于鉴别的光谱特征数据是吸收峰所在的波长(max)。若一个化合物中有几个吸收峰，并存在谷或肩峰，应该同时作为鉴定依据。另外，具有不同或相同吸收基团的不同化合物，可能有相同的 max值。但它们的相对分子质量一般不相同，因此它们的或值常有明显差异，吸光系数值常用于化合物的定性鉴别。

2.有机化合物的结构研究

有机化合物的紫外吸收光谱特征主要取决于分子中生色团和助色团以及它们的共轭情况，不能反映整个分子的结构特征。所以，单独用紫外光谱不能完全确定物质的分子结构，必须与红外光谱、质谱和核磁共振谱等联合使用，方可得到化合物结构的详细信息。不过在分析紫外光谱时，有一些基本实验事实应该充分掌握和利用。例如，在200~800 nm无吸收(

3.有机化合物的定量分析

一定浓度范围内的溶液对紫外光的吸收遵循朗伯--比尔定律。利用紫外分光光度法可以对有机样品中某组分进行定量分析。其原理和比色分析相同，具体步骤如下：①绘制被测组分纯品的紫外吸收曲线，找出最大吸收波长 max；②在 max处测量一系列不同浓度的标准溶液的吸光度，以吸光度为纵坐标、浓度为横坐标，绘制标准曲线；③在 max处测量未知样品溶液的吸光度，对照标准曲线，求出被测组分的含量。

三、结语

紫外分光光度法的优点在于分析快速、灵敏度高、不需要显色剂和操作方便等。对于混合物中单组分含量测定时，只要各组分的 max不重叠，便可不用事先分离而直接测量。紫外分光光度法目前正广泛应用于微量和痕量分析中。

参考文献

[1]张俊生,李纯毅,王晓莉.浅谈紫外吸收光谱在有机化学中的应用[J].内蒙古石油化工. 2010(09).

篇7

关键词：药类专业；基础化学；课程整合；模块构建；特点；分析

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）02-0076-03

药类专业基础化学课程重学科、重系统、重理论的固有模式与高职高专“以能力培养为本位”的办学理念格格不入。虽然很多高职高专都针对基础化学课程进行了一定的改革，但多数是追求形式而不注重效果。合而不整、补丁式缝合、本科压缩饼干式等缺乏科学性的整合现象极为普遍。为此，我们从课程构成的核心要素出发，结合专业特点和我校课程整合成果，对基础化学课程整合特质进行了分析，构建了药类专业基础化学课程的整合模式。

基础化学课程间的基础性分析

基础化学一般指无机化学、有机化学、分析化学、生物化学。各课程的基础相关性为：

由图1可知，无机化学是所有课程的基础；分析化学是各门课程中需要的一种检测手段，其他课程对它的依存度不是特别大；有机化学是生物化学的基础。

基础化学课程整合分析

（一）基础化学课程知识模块

以我校在（曾）用教材为依据，药类专业基础化学课程大致的知识模块如表1所示。

通常，当讲解分析化学中各类滴定法时，总要重提无机化学中的四类反应方面的模块知识；在讲解生物化学中蛋白质和核酸等知识时，也要重提有机化学中生命活动基础物质模块中的蛋白质和核酸等知识。课程间重叠、交叉、分化现象明显。

（二）理论课程模块整合分析。

1.基础化学课程跨科式模块整合分析

从表1可以看出，无机化学与分析化学课程，有机化学与生物化学课程都有较多的重叠和交叉部分，可以进行不同学科间的跨科式整合，最适宜跨科式整合的知识模块如下页表2所示。

无机化学中反应与平衡模块是分析滴定模块的前期知识，滴定是反应与平衡理论的应用，整合后构成“反应平衡滴定”这种递进的知识层次关系，符合教育学原理，内容由原来的8章缩减为4章。同样，有机化学中生命活动的基础物质模块是生物化学中蛋白质、核酸、代谢模块的前期知识，整合后构成“生命活动的基础物质结构性质代谢”这种递进的知识层次关系，内容由原来的11章缩减为5章。

2.基础化学课程关联式模块整合分析。

美国学者Robin Fogarty将学科的教学仍然独立进行，但是经过重新安排，相似的内容出现在同一教学时段中，学科之间的联系因此出现的整合称为关联式整合。在基础化学课程中，当反应、平衡、滴定三内容跨科式整合之后，就引入了化学分析知识。因此，需要在整合模块前先介绍化学分析的基本知识，即将化学分析的基本知识重新安排，按关联式整合法构建一个模块，列在跨科式整合模块前，保证课程的有机衔接。同样，在有机化学和生物化学跨科式整合模块前，将生化的基本知识按关联式整合成一模块，列在整合模块前，使知识构成连贯自然。根据药类专业的特点，生化课程的基因工程和肝脏生化等模块在药学、中药学、药物制剂技术等专业中应用相对较少，也可以进行关联式整合，并适当融入药品信息；而生物制药和药检专业此类知识则不必整合。

（三）理论课程模块整合构建

围绕专业的课程整合就是要本着服务专业、贴近岗位、易于学习、方便教学的思想，以“适用、实用、够用、必需”的“三用一需” 原则筛选构建内容。

从整合的课程看，由于药典中有机药物的数目超过药物总数的70%，药物生产中离不开药品检测。因此，有机化学和分析化学是药类专业四门基础化学课程中的核心课程，整合时分属在两门课程中才能凸显核心作用。又由于原分析化学中的仪器分析技术近年来发展迅速，通常药类专业已单独开设了仪器分析课程，并且药类分析检测中重量分析法较少使用。因此，分析化学实际被筛选的模块是不包括重量分析法和仪器分析的化学分析部分。结合前面的跨科式整合分析，无机化学与分析化学课程和有机化学与生物化学课程间是最适宜的跨科整合，整合后的课程为基础化学（上）（含无机化学和化学分析部分），基础化学（下）（含有机化学和生物化学）两门课程。

从整合的模块构成看，既要服务专业课程和贴近岗位，又要依据教学规律构建知识模块。药类涉及的专业有：药学、中药学、药检、药物制剂、中药制剂、生物制药、药品经营与管理等。基础化学课程与诸专业课程及岗位的关联程度如图2所示。

从图2中可以看出，与基础化学近源的专业是药学、药检、药物制剂和生物制药等，根据专业课程重点知识及生产岗位技能的要求，基础化学（上）课程的模块有：物质结构基础、元素化学、溶液及浓度计算、化学反应速率与平衡、化学分析基础、四类反应及平衡与滴定6个模块，约12章。基础化学（下）课程的知识模块有：有机化学基础知识、烃、羟基及醚类、羰基类、羧基类、含氮类、对映异构、生物化学基础、几种重要的药物组分、生命活动的基础物质及代谢、其他生化类药物11个模块，约16章。

与基础化学远源的专业是药品经营与管理，根据该专业的核心课程和岗位技能要求，需要基础化学的知识是更加纲领性和广泛性的，着重对物质结构和性质知识的掌握。因此，可以将无机化学、有机化学和生物化学三学科之间进行跨科式整合，化学分析知识可以基本删去，实训可以不开。

（四）实训课程模块整合构建

1.化学实训课程单列分析。

无机化学、分析化学、有机化学、生物化学四门课程都是专业基础课，内容多，难度大，学时长，三所院校基础化学（表中“基化”表示整合后的课程）课程学时数如下页表3所示。由于基础化学课程内容多，整合后各专业基础化学（上）的理论时数达到70～90，基础化学（下）的理论时数（除安医专生制专业）达到90～110，基础化学实训时数超过24。整合后实训课宜单列为一门课程。

2.实训课程模块的构建及特点。

实训模块构建基于以“能力培养为本位”的思想，从能力培养有层次，内容“必需和够用”两个角度出发。按照基本知识基本技能应用技能创新能力的四梯度纵向能力培养递进框架；精选药物生产、检测和简单研发三方面所必需的知识及技能内容，构建多覆盖的横向知识体系。基于实训模块彼此比较独立，采用以能力为主题的串联分立式整合法，形成“一遵循、两角度、三方面、四梯度、多覆盖”的模块构建特点。基础化学主要的实训内容如表4所示。

经过整合避免了氨基酸和糖等性质实训在有机化学和生物化学课程中重复的现象。增加了不少高职高专药类专业都不做的萃取技能模块，从而满足后续药物分析、中药化学等课程对萃取知识的需求，构成“三用一需”的实训教学体系。

基础化学课程整合后的构成体系分析

第一，整合后的基础化学课程构建特点。虽然基础化学的整合方式有多种类型，但分析得出药类专业以无机化学与分析化学、有机化学与生物化学课程间整合最合理，形成基础化学（上）和（下）两门理论课程；基础化学实训一门实训课程。基础化学课程构建具有“一大类两段式三课程四学科多模块”的特点，具体如图3所示。

第二，整合后基础化学的课程目标。基础化学课程的核心是基础，目的是服务。因此，基础化学的总知识目标是掌握无机化学、化学分析、有机化学和生物化学四学科中，与药学专业课联系最密切、最基本的知识；总能力目标是知道常见化合物的组成、结构和性质，能进行基本的化学实训操作；总素质目标是具有一定的观察、分析和解决问题的能力，培养诚信求实的品格和严肃认真的行事风格，增加团队合作意识和创新能力。

第三，整合后基础化学课程实施要素梳理。整合课程实施的必要条件：（1）定位准确和目标明确的教学大纲。在教学目的、内容及要求、建议、注意事项、课时安排、考核与评价中突出基础化学整合的特点。（2）配套的教材。教材的内容和编排等都要以大纲为准则。（3）实训条件要求。实训作为一门课程单列，会存在与理论课内容错位的问题，可以通过制作PPT或光盘，让学生业余时间预习观看。（4）其他教学资源。要围绕大纲和教材重新书写教案、设计教学内容，编写学习辅导和出试卷，制作PPT等，完善教学资源。

参考文献：

[1]李绅崇，欧慧敏.统整课程理念与实务[M].台北：心理社，2000：3.

[2]丛立新.课程论理论基础的心理学转向[J].北京师范大学学报（人文社科版），2000（4）：25-30.

篇8

单元教学设计是指在认真解读课标、深刻理解教材并考虑到考试评价的基础上,依据学生的知能实际和心理需求对一个完整的教学主题进行的多课时整合性一体化的教学设计,其关注的焦点在于通过对同一主题多角度、多层次、不同方式的学习,将“点”状态知识结构化组合,将碎片式能力贯通性培养,将散落的科学观念统摄型建构,其目标指向为促进学生多元整体性认知结构的形成。

“有机合成”作为单独的教学内容安排在选修教材《有机化学基础》(人教版)的第三章“烃的含氧衍生物”第四节,以有机物的合成为目标,复习各种官能团之间的相互转化,在基本有机反应的应用过程中,学习有机合成的方法和途径,理解有机化学的价值,促进结构观、联系观、转化观的形成,而在后续“合成有机高分子化合物”的教学内容中,教材又从合成方法和合成原理的角度作了进一步拓展和系统化,知识应用的深广度和问题解决过程中的思维要求进一步提高。学生面对的有机合成问题,通常包括基于分析性思维能力的合成方案的解析和基于创造性思维能力的合成方案的设计,从对化学科学的理解、信息素养、问题的探究与解决能力等学习和评价要素看,“有机合成”是有机化学知识的制高点和生长点,更是学生学习的难点和思维能力培养的绝佳素材,因此,将“有机合成”作为一个教学单元的主题是合理的,更是必要的。

1单元教学目标的设计

本单元的教学内容包括有机合成方案的解析与设计。从知识的精髓看,两者是一致的,都是有机物官能团的结构、性质、转化及其应用;从面临的问题看,合成方案的解析侧重于通过对已知方案中未知物质的分析、线路的评价和探究结果的表达,在方案的理解和体会过程中达成逆合成分析法的形成,而合成方案的设计,则是通过新合成方案的构造和反思优化,在逆合成分析法的应用过程中,促进学生综合思维能力的提升,两者对素养与能力的要求具有明显的递进性;再从问题解决的策略与过程看(见图1所示),两者具有较强的关联性和融合性。

依据以上分析,“有机合成”单元教学目标的设计为:以有机合成为主线,将有机化合物的结构、性质、转化等知识点串联起来,使之系统化;以合成方法原理和特点的分析为重点,在问题解决的过程中,感受有机合成的本质、价值,培养问题解决策略,提升问题解决的思维能力,形成正确的科学观念和价值观念。

本单元的设计教学时段为三课时,课时教学目标的预设为:第一课时,整理回顾各类官能团的结构特征,引导学生从化学键的断裂与形成的角度理解有机化学反应及有机物之间相互转化的本质;关注有机物碳架的构建和官能团引入方法;在简单问题的解决过程中,穿插问题解决基本策略的培养。第二课时,在熟练掌握各类有机物转化关系的基础上,通过对实际生产实验中的合成方案的分析评价,体会有机合成的含义,学会多种问题解决策略的应用。第二课时是将第一课时中掌握的系统化知识应用于实际问题的解决,由此形成的问题解决能力还将对综合性更强、开放度更大的有机合成方案的设计起到先行组织者的作用。第三课时,综合应用有机化学知识和各种问题解决策略,完成对新物质或功能高分子化合物的合成方案设计;体验有机合成在生产、生活及高新技术领域的重要作用。

2 单元教学活动的设计

单元教学活动的设计包括单元学习主线的设计和课时学习活动的设计。

基于单元教学总体目标,本单元学习活动主线设计为:官能团与有机物的转化,在分析各种有机物官能团结构的基础上,理解有机物转化的本质,进而形成官能团转化的系统知识和基本策略合成方案解析,应用有机化学知识和问题解决策略,分析、评价真实背景下的实际合成方案合成方案设计,综合考虑各种因素,构造科学合理的合成方案。

基于课时教学目标服务于单元教学总体目标的原则,课时学习活动的设计既要保持单课时的独立性又要关注前后各课时之间教学目标的一体化达成、知识和能力的递进性和螺旋式上升,鉴于此,本单元课时学习活动设计如下:

第一课时,(1)回顾各类有机物的官能团,从化学键和基团之间的相互影响分析官能团对有机物化学特性的决定性作用,从旧键的断裂与新键的形成理解有机反应的本质。(2)以有机代表物间的相互转化将各类官能团的联系系统化。如要求学生以有机代表物为例,用方程式说明“醇醛酸酯一条线,乙烯联系一大片”的含义。(3)设计恰当“问题串”,在问题解决的过程中形成问题解决的基本策略。

[教学片断1]问题1:①环氧氯丙烷是制备树脂的主要原料,工业上有不同的合成路线,以下是其中的两条合成践线(有些反应未注明条件)。

(问题转化策略、正逆向递归策略)

2. ①当一取代苯继续发生取代反应时,新引进的取代基受到原取代基的影响而取代邻位、对位或间位。使新的取代基进入它的邻位、对位的取代基:-CH3、-NH2、-X;使新的取代基进入它的间位的取代基有:-COOH、-NO2等。

若将②、③两步反应顺序颠倒,也可以得到C,但实际上是不妥的。请你指出不妥之处_____。

②反应步骤BC的目的是什么?

(新信息介入策略、反思评价策略)

3.①多沙唑嗪盐酸盐是一种用于治疗高血压的药物。多沙唑嗪的合成路线如下:

EF的反应中还可能生成一种有机副产物,该副产物的结构简式为_____。由F制备多沙唑嗪的反应中要加入试剂X(C10H10N3O2Cl),X的结构简式为_______。

②合成有机高分子化合物的途径有哪些?

[师生交流]见图2所示。

(式型匹配策略、模型建构策略)

(4)学习反思,由官能团间的转化反应到新物质的获取策略进而引发对合成方案的关注。第一课时作为对已学知识的回顾整理,学生的学习活动更多地以内省式的独立思考、生生间的讨论交流为主要形式展开,教师主导问题的提出并作为问题讨论的首席参与者,融入学生的学习活动。

第二课时:提出核心任务,应用逆合成方法的原理解析有机合成方案。把第一课时获得的学习成果置于真实的问题情境中检验反馈、拓展应用。选取经残缺设置后的实际生产或实验中真实的合成方案作为课堂教学素材,引导学生解决问题、掌握方法:物质分析原料的正向推衍、产物的片断解析、新信息的合理插入、官能团的正逆向对接,直至全部合成线路的贯通并将分析结果运行检验。线路分析合成顺序的科学性、合成路径的简约性、目标产品的产率、环境保护等。准确表达按要求正确书写有机物结构简式、有机反应方程式、同分异构体、识别反应类型等。

[教学片断2]问题1:尼龙-66被广泛用于制造机械、汽车、化学与电气装置的零件,亦可制成薄膜用作包装材料,其合成路线如下图所示(中间产物E给出两条合成路线)。

完成下列填空:

(1)写出反应类型:反应②_________反应③_________。

(2)写出化合物D的结构简式:_________ 。

(3)写出一种与C互为同分异构体,且能发生银镜反应的化合物的结构简式:_________。

(4)写出反应①的化学方程式:_________。

(5)试评价中间产物E的两条合成路线___________________________。

(6)用化学方程式表示化合物B的另一种制备方法(原料任选):_________。

(知识应用,在分析、判断、比较和评价等过程中提高分析性思维能力)

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[交流]略

2. 以苯乙酮为原料的苯氧布洛芬钙合成路线如下,试回答下列问题:

信息一:氯化亚砜(SOCl2)可与醇发生反应,醇的羟基被氯原子取代而生成氯代烃。

信息二:已知:

(1)写出A_____,B_____,C_____,D_____,E_____,F_____的结构简式;

(2)写出苯乙酮的其他同分异构体(必须含有苯环和羰基)

(应用多种问题解决策略解析有机合成方案)

[交流](1)物质分析的策略与过程:见图3所示。

(2)同分异构体书写(见图4所示):

合成方案的解析是对第一课时知识和方法的拓展、组合型应用,而合成方案本身又是第三课时方案设计的范例,方案解析过程中形成的问题解决策略对第三课时学习活动具有内在的支撑价值,因此,本课时在全单元学习中具有承上启下的作用。本课时的学习活动形式主要为问题解决驱动下的小组合作、师生交流。

第三课时,教师发挥主导作用,根据学生实际设定问题的综合度,提出若干目标产物的合成方案设计任务,引导学生通过小组内交流合作、小组间比较优化、个体体验内化等学习活动,在问题解决的过程中提升思维品质。本课时以具有实际应用价值的目标产物的合成为问题背景,要求学生综合应用有机化学知识和各种问题解决策略,依据逆合成方法的原理,在联想创新中设计方案,在比较评价中优化方案。本课时的学习活动有利于学生进一步构建完善自己的知识网络和方法体系。

[教学片断3]问题1:香豆素( )

是一种用途广泛的香料,可用于配制香精及制造日用化妆品和香皂等。请用合成反应流程图表示出以

乙醇和邻羟基苯甲醛()合成香豆素的合成方案。

提示:①合成过程中无机试剂任选

本单元教学设计始终定位于以有机物之间官能团转化的知识为载体,通过合成方案的解析与设计,在问题解决过程中,培养问题解决策略,提升问题解决能力,所以,本单元设计了两类反馈检测题,一是对给定合成线路的解析,以考察学生对逆合成方法的理解水平;二是合成方案的构造,如“有机玻璃、涤纶的合成方案设计”,以考察学生对逆合成方法的应用水平。

3 单元教学设计的思考

单元教学主题的确定要突出“生本性”。课堂学习过程是师生和谐共创的心理能动过程,特别需要注重师生间的内在心理共鸣与外显教学共振的和谐统一。因此,一定要重视 “学情调研”,从学生实际出发,切实考虑学生当前已有的经验、思维方法和态度及心理需求(包括应对考试的需求), 把有利于学生基础知识的有效加强、认知结构的有效改良、分析问题解决问题等思维能力的有效培养,直至化学科学观念的有效形成,作为我们单元教学设计的出发点和追求目标。这就需要教师真正走近学生,通过作业与考试分析、学习过程观察、交流与访谈等,了解学生对学习内容的看法和自己对学习内容的想法,师生共同确定单元教学主题。

单元教学设计要落实整体性、发展性。一方面单元教学应服务于学科整体知识系统的理解、科学观念的形成和科学思维方法的培养;另一方面“单元”又是一个相对独立的教学单位,有一个相对完整的教学主题,其教学目标的确定、教学内容的整合和教学活动的安排自然具有整体性特征。单元内课时教学活动服务于单元教学目标的达成,各课时教学活动中知识学习与能力培养具有内在的联系性和发展性。如“有机合成”单元教学设计的整体性应落实在理解有机反应本质,将有机化学知识系统化,形成结构观、转化观、应用观,培养问题解决策略与问题解决的思维能力等教学目标的设定上;发展性则应落实在官能团转化知识、应用知识分析合成方案、应用知识设计合成方案的学习活动预设中。

参考文献:

篇9

关键词：固相微萃取；分配系数

1固相微萃取

固相微萃取(Solid-phasemicroextraction,SPME)是一项新型的无溶剂化样品前处理技术。固相微萃取以特定的固体（一般为纤维状萃取材料）作为固相提取器将其浸入样品溶液或顶空提取，然后直接进行GC、HPLC等分析。SPME由Pawliszyn在1989年首次报道，近10年来固相微萃取技术已成功应用于气体，液体及固体样品的前处理。

1.1固相微萃取技术及原理

固相微萃取法是以固相萃取为基础发展起来的方法，固相微萃取利用了固相萃取吸附的几何效应，其装置结构的超微化决定了它能避开经典固相萃取的许多弱点。固相微萃取技术多在一根纤细的熔融石英纤维表面涂布一层聚合物并将其作为萃取介质(萃取头)，再将萃取头直接浸入样品溶液(直接浸没－固相微萃取方法，简称DI－SPME)或采用顶空－固相微萃取方法(HS－SPME)采样。由于聚合物涂层的种类很多，因而可对样品组分进行选择性富集和采集。固相微萃取的原理是一个基于待测物质在样品及萃取涂层中分配平衡的萃取过程。

固相微萃取利用表面未涂渍或涂渍吸附剂的熔融石英纤维或其它纤维材料作为固定相，当涂渍纤维暴露于样品时，根据“相似相溶”原理，水中或溶液中的有机物以及挥发性物质，从试样基质中扩散吸附在萃取纤维上逐渐浓缩富集。萃取时，被测物的分布受其在样品基质和萃取介质中的分配平衡所控制，被萃取量(n)与其他因素的关系可以用下式描述：

n=kVfC0Vs/（kVf+Vs）

式中：k为被测物在基质和涂层间的分配系数，Vf和Vs分别为涂层和样品的体积，C0为被测物在样品中的浓度。如果样品体积很大时(Vs>>kVf)上式可以简化成：

n=kVfC0

萃取的被测物量与样品的体积无关，而与其浓度呈线性关系，因而从分析结果中得到的萃取纤维表面的吸附量，就能算出被萃取物在样品中的含量，可方便地进行定量分析。

1.2固相微萃取操作条件的选择

萃取头的构成应由萃取组分的分配系数、极性、沸点等参数来确定，在同一个样品中，因萃取头的不同可使其中一个组分得到最佳萃取而使其他组分受到抑制。平衡时间往往由众多因素所决定，如分配系数、物质扩散速度、样品基质等。此外，温度、离子浓度、样品的搅拌效率和pH值等因素都可影响萃取效率。

1.3影响固相微萃取萃取率的因素

1.3.1萃取头的种类及膜厚

固相微萃取的核心部分－萃取头材料特性或涂层的种类和厚度对灵敏度的影响最为关键，因此，对其选择要十分慎重。

目前，世界上已有七种商品萃取头问世，固定相可分为非键合型、键合型、部分交联型以及交联型四种。非键合型固定相对于某些水溶性有机溶剂是稳定的，但是当使用非极性有机溶剂时会引起轻度溶胀现象。对于键合型固定相，除了某些非极性溶剂以外，对所有的有机溶剂均很稳定。部分交联型固定相在大多数水溶性有机溶剂和某些非极性有机溶剂中很稳定。高度交联固定相类似于部分交联固定相，只不过在同一交联中心产生了多个交联键。

最常用的也是最早使用的高分子涂层材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PA)。其中，100μm的PDMS适用于分析低沸点、低极性物质，7μm的PDMS适用于分析中沸点及高沸点物质，PA适用于分析强极性物质。以后，又陆续出现了聚酰亚胺、聚乙二醇等涂层材料。混合固定相应用也较广泛，如聚乙二醇——膜板树脂，聚乙二醇——二乙烯基苯，聚二甲基硅氧烷——模板树脂以及环糊精等。为了开发聚合物的导电性质，一些科学家还尝试用聚砒咯涂层来萃取极性甚至离子型待测物。此外，还开发了纤维双液相涂层，它可以克服单一液相涂层萃取有机化合物范围狭窄的缺点，萃取范围更广，是目前研究和发展的趋势和方向。萃取头涂层越厚，对待测物吸附量越大，可降低最低检出限。但涂层越厚，所需平衡萃取时间越长，使分析速度减慢。因此，应综合考虑各种情况。

1.3.2萃取时间

萃取时间即萃取达到平衡所需的时间由待分析物的分配系数、物质的扩散速率、样品基质、样品体积、萃取头膜厚等因素决定。一般萃取过程均在刚开始时吸附量迅速增加，出现一转折点后上升就很缓慢。因此，可根据实际操作目的对灵敏度的需求不同，适当缩短萃取时间。

1.3.3搅拌和加热

在萃取过程中对样品进行搅拌和加热有助于样品均一化，缩短平衡时间。对顶空固相微萃取(HS－SPME)加热可提高液面上易挥发有机化合物的浓度，而提高萃取效率。

1.3.4无机盐

向样品中加入(NH4)2SO4，Na2SO4，NaCl和K2CO3等无机盐可降低有机化合物与基质的亲和力而提高萃取效率。

1.3.5pH缓冲溶液

萃取酸性或碱性物质时，通过调节样品的pH值可改善组分的亲脂性，从而大大提高萃取效率。

1.4固相微萃取操作模式

根据被分析样品的物理性质和状态，进行固相微萃取时可以采取不同的操作方式，常见的操作方式有如下三种。

1.4.1固相微萃取直接法

将固相微萃取的纤维头直接浸入水相或暴露于气体中进行萃取的方法称为SPME直接法，对于气体样品或较干净的水样，能在1min内迅速达到萃取平衡，因而常使用直接固相微萃取模式。

1.4.2顶空固相微萃取法

把萃取头置于待分析物样品的上部空间进行萃取的方法叫做固相微萃取顶空法。这种方法只适于被分析物容易逸出样品进入上部空间的挥发性分析物，对黏度大的废水、体液、泥浆或固体样品，则只能采用上空取样的顶空固相微萃取模式，萃取从基质中释放到样品上空的化合物。

1.4.3衍生化固相微萃取法

通过衍生化作用来降低极性化合物的极性后进行固相微萃取的方法叫做衍生化固相微萃取法，极性化合物通过在其水溶液基质中加入衍生剂或将纤维涂层浸入适当的衍生化试剂被衍生后进行萃取，衍生化后极性分析物极性降低，萃取后更适于色谱分析。

1.5固相微萃取与其它分析方法相结合

固相微萃取萃取待测物可与气相色谱(GC)、液相色谱(LC)等分析分离技术联用进行分离。使用的检测器可以是质谱(MS)、氢火焰离子化检测器(FID)、火焰光度检测器(EPD)、电子捕获检测器(ECD)、原子发射光谱检测器(AED)、紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)以及离子淌度谱仪等。

1.6固相微萃取的应用

1.6.1固相微萃取在有机金属形态分析中的应用

样品预处理对于得到准确而又重现性好的分析结果非常重要。在进行形态分析时，为保证样品中各种形态在样品预处理过程中不发生变化，一般需要采用较为温和的消化或浸提的方法将待测有机金属化合物释放到液相中，常用的有酸／碱(常用HC1)浸提、微波或超声波辅助消化、CO2超临界流体萃取等技术，浸提法简便但结果的准确性难以考证，后几种方法需要借助于其它仪器，操作不便，费用较高。固相微萃取用于样品中金属及有机金属形态分析是最近几年才开始，其应用具有很大的潜力。将SPME用于有机金属的分析最早是由CaiY等人于1994年在第十六届国际毛细管色谱大会上提出的，将SPME用于鱼体和水样中汞及水体中的有机锡的萃取，降低了测定的检测限，但精密度差，RSD在24.1～68.8之间。1995年报导了汞及甲基汞中加人四乙基硼化钠衍生，而后由SPME萃取，GC－MS进行测定的方法。从此，SPME用于各种有机金属的萃取方法逐渐建立。

Tutschku等研究了环境样品中有机锡和有机铅的萃取方法，TadeuszGorecki和JanuszPawliszyn用SPME－GC测定了水中四乙基铅及无机物。Dumemann等人将SPME用于烷基铅、汞、锡的分离，样品被消化和分解后加入四乙基硼化钠衍生(pH值在4～5)以提高分析物的挥发性，10min后室温下将SPME萃取头放在样品的上部空间。Mester和Pawlisyzn将SPME萃取头直接浸入样品溶液，对尿液中的一甲基肿和二甲基肿进行了分析。

1.6.2在天然产物分析中的应用

对于分析中草药及中药材中的挥发性成分来说，SPME是一种很有用的方法。在中药分析方面，马长华等人使用固相微萃取技术测定中药石菖蒲中挥发性成分并鉴定出16种化合物。运用HS－SPME－GC－MS方法可从新鲜的紫苏中鉴定出20多种挥发性成分。刘百战等使用HS－SPME－GC－MS方法分离栀子鲜花头香成分，并鉴定了54种化学成分。Miller等测定了肉桂中的香豆素、醋酸桂皮酯、石竹烯、2－甲氧桂皮醛等成分，以此来确定肉桂类植物的植物学起源及鉴别。Winkle等人使用技术分析了人工麝香的水溶液。使用SPME技术可从冷杉叶中提取挥发性成分，以及蛇麻草中的各种挥发性成分。Schafer等人应用HS－SPME分析了针叶松叶中的蒎烯、樟烯、月桂烯等单萜类成分。应用HS－SPME法可萃取脱氧麻黄碱及其主要代谢产物苯异丙胺，方法快速、灵敏、准确，可避免常用测定方法所遇到的干扰。PDMS纤维可从中药丸中顶空萃取出17种萜类化合物。

在天然香料分析方面，刘扬岷等用SPME－GC－MS分析白兰花的香气成分，分离了114个色谱峰并鉴定了其中的75个成分。An等人使用HS－SPME－GC－MS方法从新鲜的熏衣草中分离测定了香气成分。Jan等人从青霉菌和尼日尔黑霉菌的表面测定到了经过生物转化的柠檬醛、香叶醇和橙花醇。

SPME技术可以用于从食品中提取分析组分。SPME技术可检测曲奇饼上薄荷油的含量，薄荷油中基本的成分是薄荷醇，前处理简单而干扰较少。Garcl等人对葡萄酒中的酒香组分进行了分析，建立了固相微萃取(SPME)和甲基硅烷化结合新的样品预处理方法，并应用气相色谱——质谱联用技术对葡萄酒中极性有机物进行了分析，对其中的白藜芦醇苷进行了定量分析，方法简单快速，灵敏度高。Hmenryk等人用HS－SPME技术(用PA作液相)与静态顶空法(SHS)对比研究啤酒的香味物质发现，对于低浓度的香味化合物，二种方法都具有较高的可重复性，与啤酒香味的分析结果也高度相关。1996年Coleman用SPME提取mailard反应产物中的香味成分，检测灵敏度可达ng/L级水平。Clark等采用HS－SPME技术分析了烤烟、白肋烟、马里兰烟的顶空挥发物。衍生化法是用于分析极性较强的半挥发、不挥发有机物。Lin等人进行了衍生化SPME－GC联用萃取水样中的脂肪酸，待测物为乙酸、丙酸、辛酸等11种脂肪酸，衍生试剂为芘基重氮甲烷。实验结果为衍生化SPME对含较长碳链的(C6～C10)脂肪酸检测限为pg/L级，对含较短链的(C2～C4)的脂肪酸在ng/L级。如果在涂层上完成衍生化反应，则检测限还可以进一步降低。

1.6.3在医学中的应用

随着SPME与其他分析仪器或分析方法联用技术的不断发展和成熟，SPME正逐步在医药学分析领域得到广泛的应用。

（1）基础医学中的应用。

随着固相微萃取技术的广泛应用，必将会对生理、病理、毒理学等基础医学的研究和发展起着较大的推动作用，如应用SPME检测人体体液中抗组胺类化合物以及细菌代谢产物等。RalfEiscrt等采用管内自动SPME－HPLC联用与强极性萃取涂层和手性涂层分别对多种维生素和手性药物进行了分析。Lillian等对人体尿液、血液和乳汁中的单环芳香胺(monocyclearomaticamines)及芳香胺(aromaticamine)的代谢产物进行了研究，认为这些检材可以用作生物监测指标。这必将在预防医学特别是职业病防治方面发挥重要作用。

（2）在临床医学中的应用。

随着SPME与其他分析仪器或分析方法联用技术的不断发展和成熟，SPME正逐步在医药学分析领域得到广泛的应用。

（3）在法医学中的应用。

由于法医毒(药)物分析所用检材的特殊性和复杂性，自1993年美国Supelco公司推出商品化的SPME装置后，SPME就很快应用到毒物分析中。ChristophGrote等就曾用SPME－GC－MS通过测定呼出气体中乙醇含量而可以换算出血液中乙醇含量10min内便可以完成。如果将SPME－GC便携仪用于酒后驾车肇事现场检测，必将给交通事故的处理带来极大的方便。目前,SPME已成功的分析了血液、尿液、脏器组织等生物检材中的毒鼠强、氰化物、有机磷农药、乙醇、麻醉剂等。Watanabe等人应用顶空——固相微萃取——气相色谱——质谱联用的方法(HS－SPME－GC－MS)分析血液中的5种麻醉剂，该方法已成功地应用到法医学鉴定中。

1.6.4SPME在环境分析中的应用

在应用研究领域，大量学者将SPME技术应用于各个分析领域，对大量的待测物质进行了分析测定，得到了令人满意的分析结果。其中又以其在环境分析中的应用最多，主要有：

在气态样品的分析方面：研究者对空气中的BTEX类化合物，甲醛，胺类物质，石油烃化合物等进行了分析研究。而GorloDanuta等人通过利用SPME－GC－MS方法对几种有机污染物的分析，建立了一种评估室内空气质量的方法。

在液态样品的分析方面：主要用于分析水中的有机氯化台物，BTEX类化合物，脂肪酸及脂肪酸盐，15种甘油醚，氯苯类化合物，杀虫剂，环境水样中的有机磷农药和除草剂等。我国的李攻科等人利用SPME－GC－MS联用检测了赤潮海水中的有机物，研究了其种类和含量的变化规律。陈文锐等人用SPME技术代替传统的进样技术，对污染棕桐油中的低浓度二甲苯进行了测定。此外，对水中和沉积物中的有机金属化合物的分析也有大量报道。

在固态样品的分析方面：土壤样品中的氯代苯，对三嗪在沉积物中的吸附系数的测定，固体样中的卤代苯，卤代酚，污泥及沉积物中脂肪酸与洗涤剂组分，纺织品及皮革品中的禁用偶氨染料的测定。

参考文献

［1］ArthurC.L.,PawliszynJ.,Anal.Chem.,1990,62:2145.

［2］StephenJ.E.,DonaidS.M.,EvaH.J.,Chromatography,2000,905:233-240.

［3］HighResol,Chromatogr.,1995,18（9）:535-539.

［4］GoreckiT.,PawliszynJ.,Anal.Chem.,1995,67:3265-3274.

［5］Chem.J.,PawliszynJ.,Ana1.Chem.,1996,67:2530-2533.

［6］EisertR.,PawliszynJ.,Ana1.Chem.,1999,69:3140-3147.

［7］TutschkuS,MothesS,Wennrich,R.Fresenius,Anal.Chem,1996,354:587-591.

［8］TadeuszGorecki,JanuszPawliszyn,Anal.Chem.,1996,68:3008-3014.

［9］LotharDulnemann,HosseinHajimiragha,JuttaBegerow,Fresenius,Anal.Chem.，1999，363:466-468.

［10］MesterZ.,PawliszynJ.,J.Chromatogr.,PartA.,2000,873(1):129-135.

［11］MillerK.C.,PooleC.F.,PawlowskiT.M.,Charomatographia,1996,42:639.

［12］SchaferB.,Hennig,J.HighResolutChromatogr,1995,l8:587.

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关键词 分析;诊断;故障;原理

中图分类号 U464文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)18-0019-02

发动机各系统在正常工作时,其排放的尾气会在一个规定的范围内波动。通过检测尾气中不同气体成分的含量,同时辅以其他系统检测进而进行故障分析,确定故障位置。

1 影响尾气成分含量主要因素的分析

空气主要是由78.1%的N2、20.9%的O2、以及CO2、CH4和稀有气体组成。假定在理想燃烧的情况下,燃料的完全燃烧可以实现,那么根据其燃烧的化学方程式2nCxHy+mO2=nyH2O+2nxCO2知道:其尾气含量只有CO2及H2O。但由于完全燃烧无法实现,同时燃料本身含有少量其他成分,因而燃烧在生成主要排放物H2O和CO2的基础上,还会产生废气如CO、HC、NOx(氮氧化物)等[3]。

以轿车CI发动机为例,其尾气构成成分如下图:

轿车CI发动机在λ=1时运行

影响尾气成分的原因多种多样,但在实际的检测和维修中,我们发现影响尾气成分主要因素有混合气的空燃比A/F,点火正时及催化转换效率3种。其尾气的主要成分有一氧化碳CO,二氧化碳CO2,碳氢化合物HC,氮氧化合物NOX和氧气O2[4]。

1.1 混合气空燃比

空燃比(A/F)与发动机的燃烧程度、尾气的排放成分有直接的关系。图1是汽油机空燃比与排放浓度变化的关系。

当A/F接近理论空燃比时,这时燃油在燃烧过程中基本完全燃烧,CO产生量很少,HC很低。偏浓、偏稀的混合气或点火问题,正时不准均会引起燃烧不良而增加HC。当A/F数值较小,混合气逐渐变浓,CO的排放浓度增加较快;而较稀的混合气对CO影响较小。

1.2 点火提前角

点火提前角与尾气排放的相对值关系如图2。

从图可知:点火提前角对CO影响不大,但对NOX和HC的影响较大。当点火提前时,混合气燃烧的不完全导致NOX和HC成分的增多;适当的点火推迟将大大降低 NOX和HC的排放。同时当点火时间推迟时,CO排放增加。

1.3催化转换效率

三元催化器被用在汽油机上以减少一氧化碳CO,碳氢化合物HC,氮氧化合物NOX的排放.然而在柴油机中以过量空气工作,三元催化转换器不能用来减少NOX,这是因为在稀薄的柴油机废气中,在三元催化转换器中的HC和CO更容易与排气氧化反应而不是与NOX反应。一般来说,三元催化转换效率在汽油机上对一氧化碳CO,碳氢化合物HC,氮氧化合物NOX排放影响较大;在柴油机上对一氧化碳CO,碳氢化合物HC排放影响较大,对氮氧化合物NOX排放影响较小。

2 发动机尾气排放测量

为了测量尾气和气体采样袋中的污染物浓度可采用如下测量设备进行测量。

2.1 不分光红外线分析仪(NDIR)

不分光红外线分析仪主要测量一氧化碳和二氧化碳的浓度。其工作原理如图3。

被测气体从进入试样室吸收特定红外波长后能量衰减,衰减的量取决于通过试样室的被测气体的浓度;而惰性气体(N2) 在比较室中不吸收该波长的红外线,到达检测器能量不衰减。因此到达检测器左右两室红外光能量不同,两室便产生了压力差,薄膜推向一边,薄膜和金属小球之间的电容量产生变化,而电容量的变化则对应被测气体的浓度。

2.2 化学发光测试器(CLD)

根据测量原理,化学发光测试器仅被用来确定一氧化氮的浓度。在测量一氧化氮和二氧化氮的总浓度之前,实验气体会被引入一个转换器,在转换器中,二氧化氮被转化成一氧化氮。其测量一氧化氮的原理见图4。

在一个反应室里,实验气体与臭氧被混合在一起,以确定一氧化氮的浓度。实验气体中含有的一氧化氮被臭氧所氧化,形成二氧化氮;部分生成的分子处在一种活跃的状态。当这些分子恢复到它们的基本状态时,它们的能量以光的形式被释放出来。光电探测器能测量释放出来的发光能量;在特定条件下,发光能量与实验气体中的氮氧化合物的浓度成正比[4]。

2.3 氢焰离子化分析仪(FID)

氢焰离子化分析仪主要是用来测量碳氢化合物的总浓度。实验气体中的碳化氢能在氢焰中燃烧(见图5),形成了碳基;其中有些碳基会暂时被离子化,从而能在集电电极中放电,对放电过程产生的电流进行测量,就能得到实验气体中碳原子的数目。

3 尾气成分异常的原因分析

3.1 碳氢化合物(HC)成份异常分析

碳氢化合物(HC)排放物的产生的主要原因是由于支持空燃混合物完全燃烧的氧气不足。其故障主要有:点火系统缺火或点火时间不准确,造成混合气燃烧不充分;气缸进气控制系统中空气过滤器堵塞、配气相位不正确,气缸密封性不良等原因造成混合气过浓;燃油蒸发控制系统不能正常工作,造成混合气过浓。

3.2 一氧化碳(CO)成分异常分析

CO的产生是由于不完全燃烧导致的,而不完全燃烧是由于空气不足造成混合气太浓导致的;所以凡是影响空燃比的因素,都影响CO生成。其故障主要有:燃油供给系统中燃油压力过高、喷油嘴漏油;空气供给系统中空气滤清器不洁净或点火提前角太大等原因。

3.3二氧化碳(CO2)成分异常分析

CO2是可燃混合气燃烧的正常产物,其值的高低直接对应着燃烧效率的好坏。当发动机混合气出现过浓或过稀时,CO2的含量都将降低。因此,要结合其他尾气值才能判断发动机的故障。

3.4 氮氧化合物(NOx)成分异常分析

NOx是由所有燃烧过程中发生的二次反应生成的,这种二次反应指的是空气中的氮气也发生了燃烧。其主要以一氧化氮和二氧化氮的形式出现,同时还有少量的一氧化二氮。影响NOx生成的因素有以下4点:1)温度;2)O2的浓度;3)滞留时间;4)空燃比[2]。

另外,我们必须知道,单纯的分析一种尾气的含量,是无法预测发动机故障部位的,必须根据所测尾气含量的综合分析同时结合各种辅助手段以及检修人员的经验才能有效的预测发动机故障部位的。下面一个实例为例:

一辆桑塔纳2000GSi,其故障现象是启动困难,发动机抖动,行驶时加速无力。

读取故障代码和数据流,一切正常。通过用尾气分析仪检查,发现 HC、O2的数值偏高,经过分析排除认为一般是由点火不良或混合气过稀失火而引起的。先对点火系统部件进行全面检查,如未发现异常。可能原因就是混合气过稀,造成混合气过稀的原因一方面是燃油太少,另一方面是空气太多;同时我们知道在发动机的进气控制系统中,如果燃油正常供油时,不会有空气过稀的情况发生。重点检查供油系。首先检测燃油压力,检测结果正常。逐缸进行断油试验,将2、4缸断油时,转速无明显下降,推测2、4缸喷油器可能处于堵塞状态。换上两个新的喷油器,发动机工作恢复正常[7]。

参考文献

[1]倪计民.汽车内燃机原理[M].上海:同济大学出版社,1997.

[2]何学良,李疏松.内燃机燃烧学[M].北京:机械工业出版社,1990.

[3]秦义新.汽车排气净化与噪声控制[M].北京:人民交通出版社,1999.

[4]张建俊.汽车诊断与检测技术[M].北京:人民交通出版社,2005.

[5]陆际清,刘峥.汽车发动机燃料供给与调节[M].北京:清华大学出版社,2002.

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关键词：化学工程 裂解

0 引言

近年来，以分析裂解为主的反向工程技术发展极为迅速，其优越性在于:①可以了解橡胶制品的组成、结构以及各个体系的作用机理，从而优化配方提高制品的性能，指导新制品的研制开发；②可以分析废旧橡胶制品的成分、结构，从而了解老化降解机理，为废旧橡胶制品的再利用提供依据。

1 分析裂解原理

是指将样品放在严格控制的环境中加热，使之迅速裂解成易挥发的分子碎片，并用其他联用装置分离和鉴定这些裂解碎片，从而推断样品的组成、结构和性质。联用装置最普遍的是色谱仪和质谱仪，故分析裂解是裂解质谱和裂解色谱的总称。

1.1 裂解质谱 裂解质谱即将热裂解产生的碎片送入质谱分析仪中，由谱图分析裂解产物。裂解质谱具有所需样品量小、可从碎裂方式分析分子结构、可鉴定混合物等优点。故裂解质谱是最早也是最广泛应用于合成和天然高分子结构分析的质谱技术，典型应用包括:均聚物结构的确认；异构体高分子的区别；共聚物的组成和序列分布分析；高分子混合物的分析；高分子中挥发性添加剂的鉴定及添加剂对高分子性能影响的研究和高分子的热分解机理研究等。裂解质谱技术包括直接裂解质谱、闪蒸裂解质谱和裂解色谱质谱。

1.2 裂解色谱 是将试样放在严格控制的条件下，经过热裂解形成小分子碎片，而后用直接或间接方法送进气相色谱仪中进行分离测定。不同的高分子材料有不同的特征谱图，因此未知样品谱图与标准特征谱图对照分析，即可对未知样品进行定性、定量分析。本方法可以发挥气相色谱法的快速、灵敏度高、分离效能高的优点，且样品用量少，对含有复杂填充剂的硫化胶，通常可不必经过复杂的分离手续，即可直接进样裂解分析。主要用于聚合物的鉴定、组成分析、结构表征以及降解研究等方面。高分辨裂解气相色谱和裂解同时衍生化技术是近年分析裂解技术的重要进展，其大大推动了裂解色谱在各个领域中的应用。裂解质谱与裂解色谱相比在定性分析制品方面占有绝对优势，但定量分析较为困难，而裂解色谱则可定量分析。综合裂解质谱和裂解色谱各自的优点，两种技术的联用可对橡胶制品进行广泛的推广。

2 分析裂解技术的应用

橡胶制品由于相对分子质量大，难溶、难熔且难以挥发，用通常的分析技术难以分析他们的组成。分析裂解技术可以结合化学方法并与其他仪器分析法如红外、核磁等联用，对橡胶制品进行深入、系统的分析，是提供制品分子结构、组成信息唯一而有效的方法。

2.1 废旧橡胶分析 橡胶工业发展的同时废旧橡胶的产量也与日俱增，这不仅造成了环境污染，还浪费了大量资

源，回收利用废旧橡胶制品已成为一个重大的社会问题。

回收利用废旧橡胶制品首先要对其组成结构给以分析。景治中等人曾用热裂解色谱2质谱技术对硅橡胶边角废料及次品进行分析，确定了两种酸碱化合物的组成，高温橡胶的酸催化裂解产物主要是环状化合物，室温橡胶的酸催化裂解产物中有环状和链状两类化合物，从而为硅橡胶废料利用提供了理论依据。邱清华等运用裂解质谱及其他辅助技术对胶粉进行了研究，结果表明，胶粉含胶率为49161%，填料质量分数为50139%，其中炭黑质量分数为29128%，为胶粉的利用提供了理论依据。孙玉珍采用色质连用仪对氟橡胶二段硫化挥发物进行了研究，确定挥发物及组分来源，对环境保护有很重要的意义。对废旧橡胶制品的组成结构分析，可以了解其废旧原因，探讨其废旧机理，以便在制品的配方设计或工艺设计中加以改善，从而提高制品的使用寿命。cardina利用分析裂解色谱技术研究了轮胎胎面胶废旧后成粒子状的原因是空气粉尘对其破坏作用，但空气粉尘对不同胶种的破坏作用不同，由此，我们可以优化耐用胎面胶配方。

2.2 热解机理的研究 研究高分子的热分解过程和热分解机理，必须详细了解热分解产物的组成和分布，尤其是各种大分子量的低聚体分解产物，往往能反映高分子的初级分解过程。研究表明，热分解不是随机的，而是有选择性的特征反应。大多数情况下，只有一种简单反应导致了橡胶的热解过程。典型的热分解反应有:①解聚反应，最终得到单体；②支链取代即简单分子的消除，还伴有分子链的改造；③环化至较低分子量化合物；④氢转换，伴随含不饱和基团的开链碎片的生成。烃类橡胶的热解多数是自由基降解反应，裂解产物的形成遵循自由基降解反应的规律，因此可利用此规律帮助分析裂解产物的谱图，也可以用分析获得的产物结构进行自由基反应机理的研究。其他仪器剖析技术由于设备装置原因或制样较为困难，不便于对裂解机理进行研究。而分析裂解技术采用特殊的装置，不需对样品进行处理，在分析橡胶及其制品时，通过热裂解形成的小分子碎片通常是单体、二聚体及链断裂的分解产物，可用于橡胶的初级热解机理的研究。在绝大多数情况下，使用该技术均能给出明确无误的橡胶初级热解产物信息，从而得到聚合物初级热反应机理。radhakr2ishnan，ramarao利用裂解色谱分别讨论了聚环戊二烯和聚丁二烯橡胶的裂解产物及机理。国内有关学者已研究过多种橡胶，包括cr、nr及br等，获得了各种橡胶的特征信息，并从理论方面讨论了各种橡胶的裂解机理。黄玮等使用裂解色谱2质谱连用仪对甲基乙烯基硅橡胶泡沫进行了研究，结果表明，辐射导致的裂解机制与热裂解机制有相同之处，并对其裂解机理进行了讨论。

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关键词：化学　裂解技术

近年来，以分析裂解为主的反向工程技术发展极为迅速，其优越性在于:①可以了解橡胶制品的组成、结构以及各个体系的作用机理，从而优化配方提高制品的性能，指导新制品的研制开发；②可以分析废旧橡胶制品的成分、结构，从而了解老化降解机理，为废旧橡胶制品的再利用提供依据。

一、分析裂解原理

是指将样品放在严格控制的环境中加热，使之迅速裂解成易挥发的分子碎片，并用其他联用装置分离和鉴定这些裂解碎片，从而推断样品的组成、结构和性质。联用装置最普遍的是色谱仪和质谱仪，故分析裂解是裂解质谱和裂解色谱的总称。

1.裂解质谱

裂解质谱即将热裂解产生的碎片送入质谱分析仪中，由谱图分析裂解产物。裂解质谱具有所需样品量小、可从碎裂方式分析分子结构、可鉴定混合物等优点。故裂解质谱是最早也是最广泛应用于合成和天然高分子结构分析的质谱技术，典型应用包括:均聚物结构的确认；异构体高分子的区别；共聚物的组成和序列分布分析；高分子混合物的分析；高分子中挥发性添加剂的鉴定及添加剂对高分子性能影响的研究和高分子的热分解机理研究等。裂解质谱技术包括直接裂解质谱、闪蒸裂解质谱和裂解色谱质谱。

2.裂解色谱是将试样放在严格控制的条件下，经过热裂解形成小分子碎片，而后用直接或间接方法送进气相色谱仪中进行分离测定

不同的高分子材料有不同的特征谱图，因此未知样品谱图与标准特征谱图对照分析，即可对未知样品进行定性、定量分析。本方法可以发挥气相色谱法的快速、灵敏度高、分离效能高的优点，且样品用量少，对含有复杂填充剂的硫化胶，通常可不必经过复杂的分离手续，即可直接进样裂解分析。主要用于聚合物的鉴定、组成分析、结构表征以及降解研究等方面。高分辨裂解气相色谱和裂解同时衍生化技术是近年分析裂解技术的重要进展，其大大推动了裂解色谱在各个领域中的应用。裂解质谱与裂解色谱相比在定性分析制品方面占有绝对优势，但定量分析较为困难，而裂解色谱则可定量分析。综合裂解质谱和裂解色谱各自的优点，两种技术的联用可对橡胶制品进行广泛的推广。

二、分析裂解技术的应用

橡胶制品由于相对分子质量大，难溶、难熔且难以挥发，用通常的分析技术难以分析他们的组成。分析裂解技术可以结合化学方法并与其他仪器分析法如红外、核磁等联用，对橡胶制品进行深入、系统的分析，是提供制品分子结构、组成信息唯一而有效的方法。

1.废旧橡胶分析橡胶工业发展的同时废旧橡胶的产量也与日俱增，这不仅造成了环境污染，还浪费了大量资源，回收利用废旧橡胶制品已成为一个重大的社会问题。

回收利用废旧橡胶制品首先要对其组成结构给以分析。景治中等人曾用热裂解色谱 2 质谱技术对硅橡胶边角废料及次品进行分析，确定了两种酸碱化合物的组成，高温橡胶的酸催化裂解产物主要是环状化合物，室温橡胶的酸催化裂解产物中有环状和链状两类化合物，从而为硅橡胶废料利用提供了理论依据。邱清华等运用裂解质谱及其他辅助技术对胶粉进行了研究，结果表明，胶粉含胶率为49.161% ，填料质量分数为 50.139% ，其中炭黑质量分数为29.128%，为胶粉的利用提供了理论依据。孙玉珍采用色质连用仪对氟橡胶二段硫化挥发物进行了研究，确定挥发物及组分来源，对环境保护有很重要的意义。对废旧橡胶制品的组成结构分析，可以了解其废旧原因，探讨其废旧机理，以便在制品的配方设计或工艺设计中加以改善，从而提高制品的使用寿命。Cardina 利用分析裂解色谱技术研究了轮胎胎面胶废旧后成粒子状的原因是空气粉尘对其破坏作用，但空气粉尘对不同胶种的破坏作用不同，由此，我们可以优化耐用胎面胶配方。

2.热解机理的研究

研究高分子的热分解过程和热分解机理，必须详细了解热分解产物的组成和分布，尤其是各种大分子量的低聚体分解产物，往往能反映高分子的初级分解过程。研究表明，热分解不是随机的，而是有选择性的特征反应。大多数情况下，只有一种简单反应导致了橡胶的热解过程。典型的热分解反应有:①解聚反应，最终得到单体；②支链取代即简单分子的消除，还伴有分子链的改造；③环化至较低分子量化合物；④氢转换，伴随含不饱和基团的开链碎片的生成。烃类橡胶的热解多数是自由基降解反应，裂解产物的形成遵循自由基降解反应的规律，因此可利用此规律帮助分析裂解产物的谱图，也可以用分析获得的产物结构进行自由基反应机理的研究。其他仪器剖析技术由于设备装置原因或制样较为困难，不便于对裂解机理进行研究。而分析裂解技术采用特殊的装置，不需对样品进行处理，在分析橡胶及其制品时，通过热裂解形成的小分子碎片通常是单体、二聚体及链断裂的分解产物，可用于橡胶的初级热解机理的研究。在绝大多数情况下，使用该技术均能给出明确无误的橡胶初级热解产物信息，从而得到聚合物初级热反应机理。

利用裂解色谱分别讨论了聚环戊二烯和聚丁二烯橡胶的裂解产物及机理。国内有关学者已研究过多种橡胶，包括 CR、NR 及 BR等，获得了各种橡胶的特征信息，并从理论方面讨论了各种橡胶的裂解机理。黄玮等使用裂解色谱 2 质谱连用仪对甲基乙烯基硅橡胶泡沫进行了研究，结果表明，辐射导致的裂解机制与热裂解机制有相同之处，并对其裂解机理进行了讨论。

3.橡胶结构的表征采用分析裂解技术分析橡胶，可对橡胶进行表征

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关键词：化学工程 裂解

0 引言

近年来，以分析裂解为主的反向工程技术发展极为迅速，其优越性在于:①可以了解橡胶制品的组成、结构以及各个体系的作用机理，从而优化配方提高制品的性能，指导新制品的研制开发；②可以分析废旧橡胶制品的成分、结构，从而了解老化降解机理，为废旧橡胶制品的再利用提供依据。

1 分析裂解原理

是指将样品放在严格控制的环境中加热，使之迅速裂解成易挥发的分子碎片，并用其他联用装置分离和鉴定这些裂解碎片，从而推断样品的组成、结构和性质。联用装置最普遍的是色谱仪和质谱仪，故分析裂解是裂解质谱和裂解色谱的总称。

1.1 裂解质谱 裂解质谱即将热裂解产生的碎片送入质谱分析仪中，由谱图分析裂解产物。裂解质谱具有所需样品量小、可从碎裂方式分析分子结构、可鉴定混合物等优点。故裂解质谱是最早也是最广泛应用于合成和天然高分子结构分析的质谱技术，典型应用包括:均聚物结构的确认；异构体高分子的区别；共聚物的组成和序列分布分析；高分子混合物的分析；高分子中挥发性添加剂的鉴定及添加剂对高分子性能影响的研究和高分子的热分解机理研究等。裂解质谱技术包括直接裂解质谱、闪蒸裂解质谱和裂解色谱质谱。

1.2 裂解色谱 是将试样放在严格控制的条件下，经过热裂解形成小分子碎片，而后用直接或间接方法送进气相色谱仪中进行分离测定。不同的高分子材料有不同的特征谱图，因此未知样品谱图与标准特征谱图对照分析，即可对未知样品进行定性、定量分析。本方法可以发挥气相色谱法的快速、灵敏度高、分离效能高的优点，且样品用量少，对含有复杂填充剂的硫化胶，通常可不必经过复杂的分离手续，即可直接进样裂解分析。主要用于聚合物的鉴定、组成分析、结构表征以及降解研究等方面。高分辨裂解气相色谱和裂解同时衍生化技术是近年分析裂解技术的重要进展，其大大推动了裂解色谱在各个领域中的应用。裂解质谱与裂解色谱相比在定性分析制品方面占有绝对优势，但定量分析较为困难，而裂解色谱则可定量分析。综合裂解质谱和裂解色谱各自的优点，两种技术的联用可对橡胶制品进行广泛的推广。

2 分析裂解技术的应用

橡胶制品由于相对分子质量大，难溶、难熔且难以挥发，用通常的分析技术难以分析他们的组成。分析裂解技术可以结合化学方法并与其他仪器分析法如红外、核磁等联用，对橡胶制品进行深入、系统的分析，是提供制品分子结构、组成信息唯一而有效的方法。

2.1 废旧橡胶分析 橡胶工业发展的同时废旧橡胶的产量也与日俱增，这不仅造成了环境污染，还浪费了大量资

源，回收利用废旧橡胶制品已成为一个重大的社会问题。

回收利用废旧橡胶制品首先要对其组成结构给以分析。景治中等人曾用热裂解色谱2质谱技术对硅橡胶边角废料及次品进行分析，确定了两种酸碱化合物的组成，高温橡胶的酸催化裂解产物主要是环状化合物，室温橡胶的酸催化裂解产物中有环状和链状两类化合物，从而为硅橡胶废料利用提供了理论依据。邱清华等运用裂解质谱及其他辅助技术对胶粉进行了研究，结果表明，胶粉含胶率为49161%，填料质量分数为50139%，其中炭黑质量分数为29128%，为胶粉的利用提供了理论依据。孙玉珍采用色质连用仪对氟橡胶二段硫化挥发物进行了研究，确定挥发物及组分来源，对环境保护有很重要的意义。对废旧橡胶制品的组成结构分析，可以了解其废旧原因，探讨其废旧机理，以便在制品的配方设计或工艺设计中加以改善，从而提高制品的使用寿命。Cardina利用分析裂解色谱技术研究了轮胎胎面胶废旧后成粒子状的原因是空气粉尘对其破坏作用，但空气粉尘对不同胶种的破坏作用不同，由此，我们可以优化耐用胎面胶配方。

2.2 热解机理的研究 研究高分子的热分解过程和热分解机理，必须详细了解热分解产物的组成和分布，尤其是各种大分子量的低聚体分解产物，往往能反映高分子的初级分解过程。研究表明，热分解不是随机的，而是有选择性的特征反应。大多数情况下，只有一种简单反应导致了橡胶的热解过程。典型的热分解反应有:①解聚反应，最终得到单体；②支链取代即简单分子的消除，还伴有分子链的改造；③环化至较低分子量化合物；④氢转换，伴随含不饱和基团的开链碎片的生成。烃类橡胶的热解多数是自由基降解反应，裂解产物的形成遵循自由基降解反应的规律，因此可利用此规律帮助分析裂解产物的谱图，也可以用分析获得的产物结构进行自由基反应机理的研究。其他仪器剖析技术由于设备装置原因或制样较为困难，不便于对裂解机理进行研究。而分析裂解技术采用特殊的装置，不需对样品进行处理，在分析橡胶及其制品时，通过热裂解形成的小分子碎片通常是单体、二聚体及链断裂的分解产物，可用于橡胶的初级热解机理的研究。在绝大多数情况下，使用该技术均能给出明确无误的橡胶初级热解产物信息，从而得到聚合物初级热反应机理。Radhakr2ishnan，Ramarao利用裂解色谱分别讨论了聚环戊二烯和聚丁二烯橡胶的裂解产物及机理。国内有关学者已研究过多种橡胶，包括CR、NR及BR等，获得了各种橡胶的特征信息，并从理论方面讨论了各种橡胶的裂解机理。黄玮等使用裂解色谱2质谱连用仪对甲基乙烯基硅橡胶泡沫进行了研究，结果表明，辐射导致的裂解机制与热裂解机制有相同之处，并对其裂解机理进行了讨论。

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关键词：固相微萃取；环境监测；应用

中图分类号：X83 文献标识码：A

固相微萃取（solid phase micro extracfion，SPME）是在1990年由加拿大Watedoo大学Pawliszyn教授首创的一种样品前处理方法。它是在固相萃取技术基础上研发而成的一项新技术，融合了萃取、浓缩、解吸和进样等功能，可在无溶剂样品中实现萃取。SPME法保留了固相萃取法的优点，同时克服了需要柱填充物、使用吸附剂进行解吸的弊端，目前已被广泛应用于多个领域。

1 SPME简介

SPME是一种非溶剂型的选择性萃取方法，在纤维上涂敷高分子有机涂层或者吸附剂的固定相，借助其吸收或者吸附的功能，将目标分析物进行萃取和浓缩，然后在气相色谱进样器中直接热解吸，并进行分析和检测，达到相应的萃取和检测目的。此种联用方法仅适用于半挥发性和挥发性有机物的浓缩检测。但随着高效液相色谱、电泳、紫外光谱等检测仪器与SPME技术的联用，SPME应用范围得以推广。

在实际应用SPME技术时，分析物在涂层和样品基质之间的分配系数是关键因素，要考虑影响分配系数的因素，并进行相应的优化选择，如萃取涂层的选择、萃取的方式和温度、pH调节、搅拌方式等。

SPME可分为三种萃取方式：直接萃取、顶空萃取（HS-SPME）和膜保护萃取。根据分析基质的不同需进行选择合理方式。直接萃取适用于干净水体以及气态基质中的萃取和检测。HS-SPME适用于固态及水体中的萃取，能有效地消除基质的影响和背景吸收，显著缩短平衡时间，同时可延长萃取头的使用寿命。膜保护萃取是借助渗透膜将萃取头保护起来后直接用于萃取，检测较脏基质（如悬浊液等）内的有机物时可采用此种方式。但由于保护膜的存在，待分析的物质需要穿透渗透膜才能到达萃取涂层，其萃取时间会比较长。

SPME还受温度的双重影响。升高萃取温度，一方面可使分析物分配于顶空的状态得到优化，对基质中分析物的扩散十分有利，使分析速度加快、平衡时间得以缩短；另一方面，降低了分析物在基质和涂层内分配的系数，SPME的灵敏性受到干扰。所以，确定最佳的萃取温度十分重要。此外，当萃取酸性或碱性物质时，对萃取基质pH值加以适当调节，将分析物维持在分子状态下，使分析物具有更强的脂溶性，使其在水中溶解度有效降低，有助于萃取效率的提高。

由于SPME法对待测物的选择性高、样品用量少且方便快捷，所以它已成功地应用于环境气态、水体、固态中的挥发性有机物（VOCs）、半挥发性有机物及无机物的分析，如多环芳烃、醛类、苯系物、农药残留、多氯联苯、有机金属化合物及无机金属离子等。此外，与其它技术相比SPME法更适合于现场监测。

2 SPME在大气环境监测中的应用

SPME技术可用于测定大气中的挥发性、半挥发性有机化合物的种类和浓度，包括挥发性有机酸、挥发性卤代有机污染物、卤代烃、醛、苯类、短链脂肪烃、脂肪胺、脂肪酸（C2～C5）以及萘等。SPME技术可用于同时测定气体中多种有机物成分，广泛用于室内有机污染物和工业废气的监测。

采用SPME对大气环境进行萃取分析时，根据定量分析的要求，一项必要步骤是准备具有一定浓度的标准气体，并且其混合物要同时具备三个条件：（1）要对气体浓度的标准性有提升作用；（2）有助于气体浓度维持一定时间的恒定；（3）实验进程中要获得等浓度的气体混合物，借助温度、质量及压强等相关计算对气体实际浓度加以确定。要想通过SPME实现对大气环境的准确检测，就要对采样过程及分析技术进行不断的改进和优化。

采集标准气体时，通常使用的有静态和动态两种采集方法。如对一个房间或者其他空间的挥发性有机污染物实施监测和分析时，可以通过风扇等将样品送进萃取涂层内，即动态取样，也可以把萃取头直接放置在其他样品中进行取样操作，即是静态取样。对比静态取样和动态取样两种方法的取样成果，前者取样的萃取量约是后者的65%～85%，同时前者的精密度也相对较低。大气中的有机污染物中，甲醛、羧酸类等有机物普遍存在衍生化反应，将分析物通过衍生反应由极性转化为非极性，并把非挥发性转化为挥发性，以此将分析物和涂层、基质之间的分配系数加以提高，进而使得SPME的选择性和检测的灵敏度均得到显著提升。

3 SPME在水体环境监测中的应用

通过选用不同的萃取涂层、萃取方式和后序检测装置，SPME技术已被广泛地用于监测饮用水、湖水、河水等环境水体中的污染物，如有机化合物、卤代烃类化合物、农药残留物等等。在水体环境进行检测时，多采用的SPME萃取方式是直接萃取和顶空萃取，具体选用哪一种要根据污染物的种类以及对应的有效检测模式等加以进一步分析和选择。将固相毛细管安放在取样针内部形成萃取管以利用SPME萃取技术，能实现水质监测和分析灵敏度、准确性以及可靠性的显著提高，通过在线采集样本、萃取、检测及分析技术和流程的完整建立，还可实现对多种化合物的同步检测，监控稳定性中相对标准偏差可低至2%以下。

4 SPME在土壤环境监测中的应用

SPME的顶空萃取技术可用于测定土壤和沉积物中挥发或半挥发性物质，监测有机物污染物的降解、迁移及转化过程。对于固态样品中较难萃取和不挥发的污染物的监测，同样可以采用衍生化-SPME技术。借助浸液采用浸取的方式进行，将分析液通过一定手段导入到液相内，进而使用SPME的萃取方法。张廉奉等采用溶胶-凝胶方法制备了三甲基杯芳烃/羟基硅油固相微萃取探头，通过与气相色谱-氢火焰联用测定了土壤中的多环芳烃。该方法检出限低（0.008mg/L～0.440mg/L），重现性好（RSD

结语

SPME相对以往的萃取技术具有不可比拟的优势，不依赖于溶剂、用于实验分析的样品用量小、携带方便以及良好的保真性等，大量的实验及实践表明，SPME对大气环境、水体环境以及土壤环境的检测结果都具有非常强的可靠性，固相微萃取技术在环境监测中必将发挥越来越重要的作用。

参考文献

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[4]汪久松.固相微萃取法在环境监测中的应用[J].科技风，2012（07）：36.

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[7]肖俊峰.固相微萃取技术应用于有机氯农药分析的研究[D].中国科学院研究生院（大连化学物理研究所），2004.