发布时间:2023-11-29 11:06:19
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇有机化合物分析,期待它们能激发您的灵感。
关键词:可挥发性有机化合物废气;治理技术;发展现状;分析影响
可挥发性气体无序排放,对于环境造成的污染现状较为严重。部分有毒性可挥发气体的排放,更是对生物的生长,乃至人类的生存造成了严重的影响。因此当前关于可挥发性有机化合物废气的治理现状,也引起了较多人群的关注。如何以高效的办法进行废气的处理,成为研究人员长期研究的课题。针对此类现状,笔者针对可挥发性有机化合物废气治理技术的发展现状,进行简要的剖析研究以盼能为我国此类技术的发展提供参考。
1.可挥发性有机化合物废气
挥发性有机物,英语单词为Volatile Organic Compounds,一般简称为VOCs。可挥发性有机化合物废气,为多类有机化合物的总称[1]。当前在实践研究的过程中,大气中能够辨别的可挥发性有机化合物废气类型有:异构烷烃、多h芳烃、芳香多元酸等。其中烃类有机化合物,对于人类的生存产生了致命的影响,为引发癌症的主要因素之一。
1.1可挥发性有机化合物废气排放造成的影响
当前在经济快速发展的背景下,巨量的能源被消耗。但也因此产生了大量的挥发性废气,此类气体在挥发的过程中,对环境以及人类生存造成了巨大的影响。例如汽车尾气、工厂废气排放造成的环境污染,使得空气中的有害物质剧增。并且极易产生光化学污染,最终造成污染物之间的相互反应对人体造成巨大的伤害。
例如1952年世界著名的环境污染事件“伦敦雾都事件”,此事件累积造成8000人死亡。至此环境污染问题的致命性危害,也对工业的畸形发展敲响了警钟。
1.2可挥发性有机化合物废气的主要来源
当前在环境变化的过程中,关于可挥发性有机化合物废气,主要的来源为:工业排放、汽车尾气等。具体为:化工厂、炼钢厂、炼油厂、制药厂,以及生活中产生的生活废气。此类废气通过空气的流动,进入到人们的生活环境中。
随着当前城市的快速发展,常驻人口剧增。因此大量的建筑开始修建,逐渐城市中的“热岛效应”愈发严重。例如当前城市建筑密度过大,导致空气流通缓慢。一旦出现污染现状,无法进行快速的流通,最终出现了严重的环境污染现状,例如近年来最为突出的环境问题:雾霾现象。
2.当前我国针对可挥发性有机化合物废气的处理现状
由于历史等方面的原因,我国工业的整体发展较为缓慢。因此关于工厂废气排放,前期并没有进行较多的处理,直接进行对外排放。前期由于我国经济发展较慢,各类工业基础的发展都较为薄弱[2]。因此关于废气的整体排放量还较少,并没有引起较为严重的环境污染事件。此后随着我国政策的改变,开始实施对外开放政策,并加入了WTO组织。此后受国际社会影响,我国对于此类废气的排放,也开展了一系列的治理工作。但由于技术等方面的原因,我国对于此类现状的改善并不明显。因此在未来的发展中,我国针对此类技术还应进行更为深入的研究和实践。
3.当前关于可挥发性有机化合物废气的常规处理方法
针对当前关于可挥发性有机化合物废气的治理现状,笔者综合分析案例,将此类治理技术总结如下:吸附法、化学处理法、生物处理法、冷凝回收法。针对此类治理办法,笔者进行简要的分析介绍。
3.1吸附法
当前关于可挥发性有机化合物废气的治理,最为常见的方法之一为:吸附法。吸附法在应用的过程中,其主要的应用材料为活性炭。活性炭具有良好的吸附能力,生活中关于活性炭吸附能力的应用也较多。例如装修之后在室内布置的活性炭、鱼缸内放置的活性炭都能够有效的进行污染物的吸附。活性炭在吸收的过程中,具有吸附快、吸收能力强、容量大等特点。
3.2燃烧处理法
可挥发性有机化合物废气,其具体成分有一定的化学特性。当前关于此类废气的治理办法之一为:化学处理法。化学处理法主要结合燃烧作业进行处理,首先将废气排入特殊管道或容器内。之后对容器中的废气加入特殊催化剂,然后进行燃烧作业。但由于废气排入的过程中,也参杂了较多的空气,因此燃烧的效果、效率都较低。并且由于催化剂无法催化所有的有机物,导致最终的燃烧不彻底,因此化学处理法在实际应用的过程中,整体的效率性较低。
3.3生物处理法
可挥发性有机化合物废气在治理的过程中,由于其成分较为复杂,因此单一的治理方法往往效果较差。一般情况下需进行多类治理方法的综合运用,例如当前治理效果较好的生物处理法。生物处理法在实际运用的过程中,首先将废气进行一次处理。化验废气主要成分,并针对其中颗粒物进行过滤。之后根据其废气成分,将微生物植入废气环境中,通过微生物进行废气的降解和处理。
3.4冷凝回收法
可挥发性有机化合物废气,一般由两种及以上的废气成分组成。因此其中部分的废气还具有可利用性,冷凝回收法则是针对此类特性的一种治理办法。其治理的原理为将废气冷凝降温,使得废气与其中颗粒物形成结晶体[3]。之后通过回收装置进行回收,并加以利用。此类方法在当前诸多治理方法中,整体的应用效果较为良好,也受到了广泛的认可。
结束语
随着当前经济的快速发展,工业的发展速度也不断加快。在此过程中关于可挥发性有机化合物废气的治理现状,也引起了广泛的关注。此后为了有效的改善此类现状,当前关于可挥发性有机化合物废气的治理办法主要有:吸附法、化学处理法、生物处理法、冷凝回收法。几类治理办法中,吸附法对复杂性废气的治理现状较好。其余方法针对单一性废气的治理效果较好,因此未来关于可挥发性有机化合物废气的治理,还应朝着综合性治理方法的方向进行发展。
参考文献
[1]王广喜,孙晓兵,张竣尧等.有机废气中挥发性有机化合物的净化技术[J].中国资源综合利用,2013,(8):50-51.
【关键词】生物 分子 有机物 相互作用 分析
核(苷)酸、蛋白质是生命现象的物质基础,与生物的肿瘤发生、遗传变异、病毒感染等密切相关。深入研究生物分子间相互作用机理,建立对生物分子快速、简便分析,对分子水平上研究生命具有重要意义。
一、KI对桑素-核酸体系荧光增强效应的研究
重原子效应一般使荧光碎灭,磷光寿命缩短、重原子效应通常指在磷光测定体系中,当体系中有原子序数较大的原子存在时,因重原子的高核电荷引起或增强了溶质分子自旋轨道作用,增大了其吸收跃迁频次,使磷光的产生和量子产率得到极大增大。荧光分析过程中,由于KI具有独特的重原子效应,因此科研人员常将其作为荧光碎灭剂来研究分子间的作用机理。桑色素是一种相当有效的中药药剂成分,存在于多种食物和中草药中,具有抗菌消毒、抗氧、抗肿瘤等作用,在食品与医学应用重要的作用。在分析化学研究中,由于桑色素能提供配位原子,因此用于金属离子和非金属离子的灵敏测定中常将桑色素作为荧光试剂。近年,桑色素以及相应的配合物逐渐作为抗癌药物进行研究,对研究桑色素的药理作用,疾病的诊断治疗,药物的合成与设计均有重要的研究价值。
核酸和桑色素采用KI研究其相互作用时发现,只要KI在相关浓度范围内,不仅没对morin-fsDNA体系表现出重原子效应,且增强了morin-fsDNA体系的荧光。Ki-morin体系能选择性识别双螺旋核酸中的鲜鱼脱氧核糖核酸和蛙鱼脱氧核糖核酸,且核酸使Ki-morin体系的荧光显著地增强,增强的程度与核酸的浓度在一定的范围内呈良好的线性关系,并建立了灵敏选择性测定核酸的新方法。
二、鸟嘌呤体系中荧光增强效应及其分析应用
脱氧核糖核酸的基本碱基分为胞啼睫、胸腺啼陡、腺嚓吟、鸟膘吟,碱基严格按照配对记录了生命的遗传信息。鸟嘌呤是组成部分的氧化性损伤发生在鸟嘌呤碱基,其中鸟嘌呤因具有最低氧化电位最易被氧化。检测体液中鸟嘌呤及核昔的升高水平可预测损伤程度,预示某些疾病的发生,大量的鸟嘌呤类化合物已开发为有效的化学治疗药物。因此,鸟嘌呤及其核昔的检测在生物分析意义重大。应用于检测或定量测定核酸中嗓吟的含量的方法很多,如液相色谱法、化学发光法、毛细管电泳法、电化学法。荧光技术在核昔酸的研究应用广泛,但用荧光分光光度法测定鸟嘌呤的研究尚少,特别是对鸟嘌呤的选择性测定大多是通过与荧光试剂的衍生化反应来实现。桑色素具有生物活性且广泛生存在植物界,其生物活性和药理作用倍受研究人员关注,如抗氧化、抗突变、抗衰老、抗肿瘤、抗菌等,在分析化学中,常作为荧光试剂用于金属离子和非金属离子的灵敏测定。近年来桑色素及其相应的配合物作为灵敏的荧光探针,应用检测生物分子相对的广泛。
三、蛋白质纳米粒子的发光性质及其分析应用的研究
当被研究的材料在纳米尺寸范围内,表现特异的电学、磁学、光学和化学活性等物理化学性质。利用其特异性质,纳米粒子在催化剂、传感器及医学和工程领域应用价值十分可观。目前常用的纳米粒子主要包括半导体纳米粒子、金属纳米粒子及有机小分子纳米粒子等。近年,研究发现纳米粒子可发射荧光,如果对其进行活化处理,其与分子结合程度更为容易,且不影响分子的活性。学者将纳米粒子应用于生物科学识别领域,例如采用蛋白质识别与纳米粒子聚集,在多维材料的合成领域中广泛应用。利用去溶剂化法制造蛋白质纳米粒子,由于纳米粒子的大小以及表面性能对生物体内的活性和靶向性有重要影响,要求不断对生物体的纳米粒子的生产工艺流程优化,如发现脱水剂在去溶剂化过程中可控制微粒大小,去溶剂化后用热变性法稳定纳米粒子等应用泵控系统加入乙醇,可获得预定大小的粒径,同时为提高蛋白质纳米微粒在生物体内的主动靶向性,要求进行修饰和硫醇化处理。
四、结论
论文主要研究了生物分子与有机化合物之间的相互作用及分析应用,主要包括三个方面的内容:KI对桑素-核酸体系荧光增强效应的研究、鸟嘌呤体系中荧光增强效应及其分析应用以及蛋白质纳米粒子的发光性质及其分析应用的研究,通过对以上三方面的研究,从分子的研究水平上揭开了生物体的生命奥秘,同时也指出了当前生命研究的热点导向,为以后更进一步研究分子理论奠定了坚实的基础。
参考文献:
[1] 胡锴,陈康康,张会明,刘军伟,赵文杰,张书胜.苯甲酸在对叔丁基杯[4]-1,2-冠4固定相上的保留机理[J]. 色谱,2011,(11).
[2] 祝玲,申贵隽,王莉莉,孟梁,侯晓兰.微波消解-毛细管电泳法测定茶叶中的生物碱[J]. 分析科学学报,2011,(04).
[3] 杨华,李俊,冯素玲,张新迎,范学森.吡喃并[3,2-c]吡啶酮-嘧啶核苷杂化体与白蛋白相互作用的光谱和分子模拟研究[J].分析试验室,2011,(08).
[4] 吕茜茜,高苏亚,夏冬辉,李华.荧光光谱法研究双醋瑞因与人血清白蛋白的相互作用[J].应用化学,2011,(07).
【关键词】固态废弃物;煤;混合燃烧;有机氯化物;形成机理
相关报道和资料表明,美国每年的城市固体废弃物增加量达到了2亿以上,对于这些固体废弃物的处理,传统的方法主要以地面堆积为主。然而随着堆积面积的不断减少以及环保条例的相继出台,传统的垃圾处理方法逐渐被淘汰,焚烧处理开始渐渐取代了传统的处理方法。然而,随机有机氯化物的不断产生,其毒性开始严重影响了人们的身体健康,固体废弃物的焚烧技术的发展也因此受到了影响。
燃烧中产生的有机氯化物主要包括了多氯二苯并二恶英(PCDDs)以及多氯二苯并呋喃(PCDFs)。然而在煤以及废弃固体物的混合燃烧中,却没能有效检测出这两种有机物。一些关于固体废弃物的燃烧中有机氯化物形成的解释开始相继出现,其中氯气成为了主要的媒介,而燃料气与飞灰中化合物的denovo合成则是造成PCDDs以及PCDFs的主要路径,Deacon反应则是其中一个过程。
结合研究可以得出,HCl的来源是含氯塑料的热分解,而氯气则可能与Deacon反应有所关系。将煤与固体废弃物进行混合燃烧,能够有效防止有机氯化物的产生。相关结论还表明,二氧化硫浓度的增减能够抑制有机氯化物的生成。硫化物之所以能够抑制PCDDs以及PCDFs,有人认为煤在燃烧过程中,硫的摩尔数量在超过氯气的基础上,会保持正反应为主,从而将氯气转化成HCl,从而使芳环取代反应得到抑制,防止PCDDs以及PCDFs的出现。
在此次实验研究中,项目主要采用TGA/FTIR/MS以及气相色谱-质谱联用技术对固体废弃物以及煤的混合燃烧过程进行分析。
1、实验
1.1TGA/FTIR/MS系统
将一定量的样品防止在TGA中,在有空气的情况下,在不同加热速度的基础上,将其加热到1000摄氏度,利用FTIR/MS系统对逸出TGA的气态物质的波谱以及热重特征图进行分析。
三台设备主要为951型热重分析仪、热气体质谱分析仪以及1650型傅立叶红外光谱仪。
使用一根聚四氟乙烯管将TGA以及FTIR进行连接,并将其维持在150摄氏度的温度下,FTIR的KBr窗气室也需要使用恒温控制仪进行加热。管路以及气室在加热的情况下,能够有效防止气体出现冷凝。使用石英样品进样管将TGA以及MS进行连接,并将其加热到170摄氏度。
1.2管式炉研究
在此次实验研究中,在一水平安装着电炉的石英管中进行。样品在置入电炉之前,需要将电炉加热到预定设置的温度,从而满足常压流化床燃烧系统的工作条件以及物质燃烧状况。在反应过程中,进样气体主要由标定过的聚四氟乙烯流量计调节。
反应产物进入安置有冷阱的吸收液中。结束后,将溶液浓缩,并使用岛津QP-5000GC/MS系统对浓缩液进行分析。使用具备化合物数据库的计算机对化合物进行分析。另外,对于GC而言,纯化合物的保留时间能够使未知物更加容易确定,然后再使用标准物质对实验装置的检测结果进行确定。
1.3实验室流化床燃烧试验
此次项目使用的常压流化床装置,内径为30厘米,有效的床层面积为700平方厘米,自由空间的高度为3米,有效保障了可燃颗粒在离开床层提供更多的停留时间。使用螺旋给料机将燃料送入流化床之中,燃料的进料口主要设置在距离燃烧室空气入口上方23厘米的位置,利用燃料的加入速度以及热交换管对床层的温度进行调节。
使用气相色谱仪以及FTIR光谱仪对排出的气体进行分析。使用Tenax吸收管对排除气体进行吸收,然后使用抽提器对吸收管内部的样品进行抽提,并进行GC/MS分析,目的是为了对燃烧反应中是否存在有机氯化物进行确定。
2、结果与讨论
2.1原料以及混合物的特性
经过FTIR以及MS分析结果显示,报纸以及西恩味素的分解物主要糠醛。从PVC燃烧所得的MS波谱中,可以表明PVC在燃烧过程中会产生大量的HCl以及氯气。在PVC燃烧产物的MS图中,分子量为36和38的物质,其比率对氯同位素的比率较为相似;另外,其他三个m/z峰同时出现,分子量分别为70、72以及74,与35Cl2,35Cl37Cl以及37Cl2相对应,这也表明HCl中有一部分物质在Deacon反应中产生了Cl2,之后氯气进行取代反应,从而使芳香族化合物形成有机氯化物。当使用氮气经空气进行替换后,PVC热分解不会产生氯气,这是因为氧气的缺少造成的,虽然产物中没有出现氯气,然而HCl依旧是PVC热分解的主要产物。
在每分钟100摄氏度的加热速度下进行实验,从而对相似于AFBC系统下的燃烧性能进行研究。加热速度在提高的过程中,燃料分解将会在高温度以及高速度下进行反应。由TGA/FTIR显示数据可以了解到,在高速度以及高温度的基础上,混合物的燃烧会产生氯气以及碳水化合物,并且同时放出,而在慢速加温的情况下,则不同时放出。另外,在快速加热的情况下,反应产生的碳水化合物更多。在实际情况中,AFBC的加热速度一般处在每分钟100摄氏度以上,这也会导致AFBC系统中固体废弃物与煤的混合燃烧将会产生更多的有机氯化物。
2.2固态废弃物燃烧过程中,有机氯化物的形成机理研究
此次的实验研究主要是对固态废弃物以及煤混合燃烧中有机氯化物的形成机理进行研究和严重。研究开始之前,需要获得燃烧炉的最佳操作条件,并对GC/MS分析的检测极限进行确定。
将4克不同的原料放入管式炉中,在空气存在的环境下进行燃烧。样品在置入之前,需要将电炉加热至800摄氏度。CH2Cl2在被气态产物吸收后,使用GC/MS进行分析。综合一系列实验结果可知,煤、纤维素以及纸在固态废弃物的燃烧过程中的主要产物是酚。在PVC燃烧过程中,主要产物则为HCl。结果与TGA/MS的结果以及多氯酚形成机理符合。可见,氯酚是混合物燃烧过程中的主要产物。
同时,还需要对温度范围处在400摄氏度以及800摄氏度的Deacon反应进行检验,分析产生氯气的可能性。将空气与10%的HCl/N2气体通入到不同温度的石英管中,使用酚-CH2Cl2溶液对生成的气体进行吸收,并进行氯酚的GC/MS分析,从而证实酚能够吸收氯气,因此可以通过Deacon反应对吸收液中氯酚分析测出氯气。结果显示,氯酚的产生量会因为温度的升高而加大,这也充分说明在高温下,有利于Deacon反应的进行。
将Cu催化剂引入Deacon反应中,反应在室温下也能够进行。而Cu一般是MSW中的物质,因此导致MSW燃烧情况下,更加容易引发Deacon反应。
为了对气相状态下的苯酚的氯化进行检测,将100毫克的苯酚放置在加热的石英管中,通入存在0.5%氯气的恒N2气流,在燃烧管的出口使用液N2对气体进行冷却,并使用二氯甲烷进行清洗,并进行GC/MS分析。苯酚一般在250摄氏度下开始氯化,在更高温度下,还会产生二苯并呋喃。
在空气存在的基础上,将100毫克的2,4二氯苯酚放入管式炉中进行加热,会出现氯酚的燃烧缩聚反应。经过GC/MS分析可知,2,4二氯苯酚的缩聚反应产物主要有2,4,6-三氯苯酚、2,3,7,8-四氯二苯并呋喃以及二氯二苯二恶英。其中后两种物质主要在400摄氏度左右开始形成。
综上所述,可以得知PCDDs以及PCDFs的产生途径可能是MSW的燃烧过程。
2.3硫对Deacon反应的影响
相关研究表明,在800摄氏度以下,氯气与二氧化硫无法的均相反应无法生产HCl,在自由能变的热力学计算的角度上看,其虽然不明显,但是反应动力学却使得产物的生成以及观察造成影响,这也需要反应温度达到更高。
因此在Deacon反应中,SO2对Cl2产生的影响需要保证在800摄氏度下。气体在通入之前,需要将石英管反应器进行预热。HCl、SO2以及空气流速需要利用标定过的四氟乙烯流量计进行调整,使用吸收剂对逸出的气体进行吸收,将吸收液中酚的含量进行有效控制,保持误差在±0.1毫克。将吸收液进行浓缩,体积控制为1毫升,将其进行GC/MS分析。在此次研究中,气相混合物中HCl以及O2的浓度保持不变,对SO2的量进行改变,得出结果显示,SO2的引入,会导致氯酚的产生量不断下降。
研究显示,煤在和MSW进行混合燃烧的过程中,硫与氯的比值在大于10的情况下,不会生成二苯二恶英,含氯产品的产生量大大减少。因此为了减少二苯二恶英以及含氯物质的产生,可以适当增加共燃燃料中硫的含量。
参考文献
[1]李晓东,杨忠灿,陆胜勇,严建华,倪明江.城市生活垃圾氯含量测定方法的研究[J].燃料化学学报,2002,1(06):223-224.
[2]王锦平,张德祥,高晋生,宋永新.煤热解过程中氯析出模型的建立[J].燃料化学学报,2003,3(01):1121-1123.
关键词:教学 策略 有机化学
中图分类号:G642 文献标识码:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.13.100
“授生以鱼”和“授生以渔”是笔者从“授人以鱼”和“授人以渔”两个词衍生出来的;鱼和渔仅一字之差,但对应在教学活动中却具有不同的意思,前者为传授学生知识,后者是传授学生学习知识的方法。古语有“授人以鱼不如授人以渔”,但使学生尽可能多地获得知识的“授人以鱼”教学现状依然广泛存在;那么在知识传授的教学活动中,到底是“授鱼”还是“授渔”?对这个问题不同的教学工作者在教学理念上是持不同的,这不同体现在他们平时教学策略的实施。有的教师倾向于“授生以鱼”,这表现在他们平时在教学时,总觉得教学时间不够用,讲课采取满堂灌,不管学生的接受情况如何,是否能将所讲内容消化掉,一股脑地把自己拥有的知识抛向学生,即所谓的填鸭式;有的教师倾向于“授生以渔”,表现在教学策略的选择上极力地让学生从方法学上掌握知识,如问题式教学、情境模拟等;还有的教师在教学过程中是两者兼备。教学过程中到底是“授鱼”还是“授渔”?笔者认为必须具体问题具体分析,不能偏颇甚至简单地割裂,要依学生情况、教学内容、教学环境等确定教学策略。笔者结合多年的有机化学教学实践,根据有机化学教学内容,谈谈有机化学教学中的“授生以鱼”和“授生以渔”。
有机化学是化学化工专业的一门必修课程,有机化合物的命名、结构、性质和制备是教学的主要内容。以曾昭琼主编的有机化学教材为例,有机化学知识点的编排主要以官能团特征为模块自成章节,如第二章、第三章、第四章等分别为烷烃、单烯烃、炔烃和二烯烃。下面以第三章单烯烃的教学内容来探讨“授生以渔”和“授生以鱼”教学决策的选择。
1 有机化合物的命名
根据有机化合物的结构写出名称和依据名称写出其对应的结构是学生在有机化学课程学习后必须具备的技能之一。对于烯烃命名的大部分内容,笔者倾向于“授生以鱼”的教学策略进行教学;因为命名技能的高低更多地取决于学生对命名规则的掌握程度,如选主链的规则、确定官能团和支链位置的编号规则、确定构型的Z/E规则、正确书写规则等;这些规则是国际化学协会为正确命名而约定俗成的标准,这些规则一就是一,二就是二,没有技巧可言,学生只要把这些规则的内涵弄懂、吃透、牢固地记住并在具体应用时能顺利地提取就行。因此,在教授这部分内容时,笔者是将所涉及的规则全部罗列出来,并在阐明规则要义后明确告知学生,学好这部分知识的关键就是尽可能全面、准确地记住规则;掌握规则无捷径可走,唯有反复诵记,老老实实下功夫才行。
学生要能正确地对有机化合物进行命名,除必须熟练地掌握有机化合物命名规则外,还应该了解有机化合物命名时常用的步骤;只有将两方面有机地结合起来,才能得出符合规范、正确的名称。如,单烯烃类物质的命名教学,笔者首先告知学生,化合物命名时惯常采取的三大步骤是:①选择主链,确定化合物母体名称;②编号,确定官能团和取代基的位置;③规范表达,正确地写出物质的名称。合理、科学的三大步骤简明扼要地阐释了有机化合物命名的过程,三步骤的确立让“命名”工作变得条理清晰,简单易行。但正确命名的关键是每一步骤的实施和完成,而每一步完成的圆满依赖于命名规则的掌握,因此,作为“鱼”的命名规则是教师授课的重点。
2 有机化合物的结构
有机化合物的结构是研究有机化合物分子中原子相互连接的顺序、方式以及原子在分子中的空间位置。有机化合物结构部分的教学,笔者主张教师授课时采用“授之以渔”的教学策略,究其原因包括如下几个方面:
第一,有机化合物简言之就是含碳的化合物(二氧化碳等除外),碳原子在众多有机化合物中以SP3、SP2或SP等结构形式存在。在不同化合物中,相同结构的碳原子具有相同的特性;若两化合物中,结构相同的碳原子周围连接的原子种类及键合方式都相同,则两化合物在该碳原子部分就有相同或相近的结构,推广之就是同系列化合物的化学结构相似。因此,一个个将有机化合物结构进行研讨的“授之以鱼”的教学策略显得不可取,并且完全没有必要;因只要知道同系列中某个化合物的结构,其他化合物的化学结构就可以通过类比知晓。
第二,有机化合物同分异构现象导致有机化合物数目庞大,并且新合成的有机化合物数目以几何级的形式增长,因此在有限的课堂教学中教师是不可能穷尽众多有机化合物结构的讲授,“授之以鱼”的教学策略同样不可取。
第三,有机化学课程的教学一般安排在无机化学课程学习之后,通过无机化学课程的学习,学生对原子结构知识有了一定的了解,并且对原子组成分子的知识也有所接触;由于学生已经拥有物质结构方面的知识,在有机物化学结构知识的教学中,教师就可以专注于化学结构分析方法的讲授,即学生如何通过有机物的分子式有计划、有条理地研讨出分子的结构。
以乙烯为例,笔者帮助学生探讨烯烃类物质化学结构的教学步骤是:首先,提醒学生,让他们仔细观察乙烯化合物分子式的写法,同时留心组成乙烯分子的原子的种类、个数、原子间的连接顺序等;其次,让学生思考乙烯表达式中各原子最可能存在的结构及该结构特点(主要考察轨道形状、轨道在原子周围的分布状况、电子在轨道中的填充情况等),特别关注组成官能团的C原子结构的分析;再次,上述问题在教师提示下解决后,继续引导学生,各原子按分析后可能存在的结构是如何与其它的原子相互连接成键的(提示:成键原子空间关系、电子在分子中的分布、所组成共价键的特点等)。在教师的提示下,学生经过此分析过程能很顺利地得出:要分析烯烃结构,重点是分析官能团(C=C)的结构,要知道C=C的结构必须知道C的结构(SP2)),接着根据原子结构,按相应的成键规则预测原子间最科学的结合方式。至此,分子的空间结构,原子之间共价键的特性等结构信息就全部挖掘出来了。
3 有机化合物性质
有机化合物的化学性质是由其所含官能团决定的,若不同化合物具有相同的官能团,其化学性质具有相似性;鉴于以上特点,笔者认为化学性质的教学教师采用“授生以渔”策略为好,因只要掌握了从结构推测化学性质的方法,就能知道各种结构的物质的性质。下面以丙烯为例,探讨一下从物质结构分析化学性质的方法。首先,将具有反应活性的原子、基团或官能团从分子中找出来,然后分别进行讨论;筛选的化学活性部位主要包括两个方面,其一是官能团本身,其二是受官能团影响较大的周围原子或基团。如丙烯中化学活性部位就是C=C和受C=C影响较大的α―H;其次,应用电子效应和空间效应理论分析分子活性部位的结构特点,结合反应的普遍规律,推测该活性部位具有的性质;以C=C的性质为例,C=C结构中π键的弱稳定性和电子云在双键平面的上下分布能推测出C=C易发生加成反应,并且是亲电加成;根据诱导效应分析,丙烯中甲基的作用使C=C上电子云分布不均,进一步导致极性亲电试剂加成时具有不对称性。从结构预测性质,电子效应和空间效应是学生必须掌握的两种理论;再次,将抽象化、概念中的物质具体化,比如,亲电试剂包括浓硫酸、卤素、水、氢卤酸等。经过如此过程,学生从本质上掌握了反应特点,遇到相关结构就能触类旁通、举一反三。
4 有机化合物制备
通过一定的原料合成目标化合物从而满足日常生活和生产需要,这是学习有机化学的最终目的。有机化合物制备的内容是:某类物质可以利用哪些原料、通过何种反应得到。该部分涉及的有机化学知识比较多,有些反应物的性质和反应原理都是后面章节的内容,如制备烯烃,其中方法之一就是以醇为原料、在脱水剂的作用下加热消去一个水分子得到目标物烯烃,但醇类物质的性质、消去反应等知识的学习被安排在烯烃章节之后,因此教师讲授烯烃制备时只能从反应事实上讲解。化合物制备这部分内容适宜“授之以鱼”的教学策略。
参考文献:
[1]曾昭琼.有机化学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
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[3]刁开盛.高教论坛[J].2011,(6):55-57.
关键词:金属有机化合物 有机锂化合物 化学合成
一、引言
金属有机化合物是指分子中至少含有一个金属—碳键的化合物,可以看作是一类特殊的混合物。大体上,金属有机化合物可以分为烷基金属化合物和芳香基金属化合物两种,而烷氧基与金属的化合物以及碳酸盐等不属于金属有机化合物的范畴,这些化合物虽然含有金属-碳键,但是仍然属于典型的无机物。金属化合物的发展历史比较久远,1827年至1950年是金属有机化学的萌芽期,在这期间丹麦化学家第一次制出了金属有机化合物Zeise盐,但是由于当时条件限制以及相关认识的匮乏,人们还没能发现Zeise盐所具有的不同寻常的性能。而后,Frankland也成功研制出了乙基和锌相结合的金属有机化合物。到二十世纪中叶,化学家相继发现了二茂铁,并成功测定了二茂铁的结构,这在很大程度上成为了金属有机化学发展史上的里程碑。而后随着人们环境保护意识的增强,从侧面催生了有机合成化学中对于催化不对称合成反应的研究。1966年,日本化学家研制出了以希夫碱和铜合成的催化剂,并进行了首例不对称催化反应。上个世纪七十年代,人们开始将研究指向金属有机化合物的潜在应用价值,如研究配位分子,将金属有机化合物当做试剂来合成其他有机化合物,Grignard制成的亲核性有机镁化合物就是一个典型的例子,这也就是人们熟知的格氏试剂。
二、有机锂化合物的制备方法
1.卤代烷和金属锂反应
金属锂元素和卤代烷在无水乙醚、苯等非极性溶剂中进行化学反应可生成有机锂化合物。反应过程如式(1)所示:
RX + 2Li——RLi + LiX (1)
在实际应用中,常用溴代烷或是氯代烷来制取RLi。由于锂的化学活性要高于镁,而烷基锂的活性也要高于烷基卤化镁,这就在一定程度上造成了有机锂在有机合成中所具有的非常重要的地位。由于有机锂中的碳—锂键离子性过强,很容易被氧化或者是和氢相结合,所以在制备有机锂时,要特别注意气体保护作用以及无水环境的设置。下面以丁基锂的制备为例,来说明有机锂化合物的制备方法和过程:首先是准备好1/3无水乙醚和2/3溴代正丁烷,将温度设置成10摄氏度;然后将上述原料放入反应容器中,在氮气的保护下加入锂丝,并搅拌滴入少量溴代正丁烷乙醚溶液。注意观察液体是否变浑浊,锂丝出现金属光泽后,继续添加溴代正丁烷溶液并持续搅拌将近两个小时;最后滤去固体LiBr(也需在氮气的保护下操作),得到正丁基锂乙醚溶液,并进行及时有效地封存。
2.金属和卤素交换制备
金属与卤素交换配备也是制作有机锂的重要方法之一,锂—卤交换反应的过程如式所示:
RLi + R’X——R’Li + RX (2)
锂—卤素交换制备方法目前主要是用于芳基锂或是1—烯基锂的制备,其反应过程实际上就是将金属连接到负性更强的碳键上从而生成更加稳定的有机锂化合物。其中有一些活性很低的卤苯和化学活性非常高的烯丙基卤不适合直接与锂进行化学反应生成有机锂化合物,这时也可采用活泼的有机锂和相应的卤苯进行置换反应来制取。
三、有机锂化合物在合成中的应用
1.有机锂化合物是重要的有机合成试剂
我们通常所说的格利雅试剂(有机镁化合物)是不能与拥有很大空间位阻的化合物发生亲核反应的,而大体积的烷基锂却能够和拥有很大空间位阻的羰基化合物发生亲核加成反应。这主要是由于有机锂化合物的亲核性和碱性都要比有机镁化合物强。其中有机锂与羰基化合物的反应过程如式(3)所示:
(3)
格利雅试剂主要发生1、4加成反应,而有机锂化合物则主要发生1、2加成反应。反应过程及对比如式(4)所示:
2.有机锂与碳—碳双键的加成反应
烃基锂与简单的烯烃在高压下反应可以生成链长不定的混合化合物,烯烃中含有碳—碳键。反应过程如式(5)所示:
3.有机锂与羰酸脂的反应
有机锂与羰酸脂的反应目前主要是应用在格利雅试剂没法进行正常工作的场合,这种化学反应的中间产物为酮,且不容易被分离出来,而反应的最终产物为叔醇。有机锂与羰酸脂的化学反应过程如式(6)所示:
四、结论
本文以有机锂化合物为例,从有机锂化合物的制备方法、与碳—碳键的反应、与羰酸脂的反应和作为有机合成试剂等方面,详细说明了金属有机化合物在合成中的应用。应该说,当前金属有机化合物是化学科学方面的热门研究领域,具有很多传统化合物无法比拟的特点和优势,尤其是作为试剂和催化剂在有机合成化学方面所发挥的重要作用。需要注意的是,由于金属有机化合物一般比较活跃、性质不稳定,在制备金属有机化合物过程中,要根据实际情况采用氮气等气体进行保护。
参考文献
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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
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【关键词】土壤污染;样品采集;前处理
引言
当前社会工业迅速发展,人口急剧增长,废水污水渗入土壤,大量固体废物在土地表面堆积,加上烟尘、酸雨等危害,土壤污染尤为严重。这不但降低了土地肥力,改变了土层结构性质,而且对人体健康也形成了极大威胁。土壤污染物有很多种,具体成分颇为复杂,而不少污染物含量极少,增加了直接分析难度。此时往往需要采集适量样品,采取正确的方法对其成分和危害进行科学分析,进而了解污染物的性质和薄弱点,才能展开有效的治理工作。
1 关于污染土壤样品的采集工作和处理方法分析
1.1 样品采集
土壤污染成分种类较多,如农药、重金属类、挥发性有机化合物等,种类不同,样品采集时的深度和方法也有所差异。如农药,汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、As(砷)等重金属类多存在于土壤表层,在样品采集时从50cm深的表层土中采集,便可反映出农药和重金属对土壤的污染程度。在内设置采样点时通常按照100m2设置一个的标准,而对于无污染的土壤可设置为每900m2一个采样点,采集深度在0―50cm之间皆可。采取样品后进行风干,将土中杂质清理掉,然后进行粉碎,并过2mm孔筛。
而挥发性有机化合物除了存在于土地表层,在下面含水层也有分布,样品采集时需借助专业的方法和仪器,如钻孔采样法取样。样品采集深度也相对较深,从地下10m处往上,每隔1m设置一个采样点,包括地下水也应被采集。通过减压补集瓶等采样测量土壤气体,补集剂多选择活性炭,多孔聚合物类吸附剂在当前很少使用。若污染土壤中气体挥发性有机化合物含量超过0.1volppm,苯含量超过0.05volppm时,采集土壤样品需将样品瓶装满,并做好密封工作,以免样品发生变化影响到检测结果。因为挥发性有机化合物可能存在于含水层,对水形成污染,所以除了地下水,还应收集钻孔机内的水并进行测定。检测时需要原始土壤,所以采集后不能风干,将土中异物清除后,把土壤磨碎,最终粒径大约5mm,并严格密封。
不管是何种污染物引起的土壤检测,制样过程中为防止测定成分被污染或挥发掉,通常会选择在干燥箱中进行干燥,并通过活性炭柱和滤膜的过滤往箱中通入暖风。
1.2 处理方法
(1)溶出量
即考虑到各类重金属可能对地下水带来的污染程度,土壤需用纯水浸提。这是从日本借鉴的污染土壤防治法,根据土壤中重金属的溶出量作为土壤质量衡量标准。以水位浸提剂,连续振荡提取6h,然后静置30min左右,过滤上清液;得到待测溶液,根据实际情况进行消解处理;最后测定其中所含污染成分。关于土壤的消解方法,目前主要有电热板法、高压釜密闭消解法、碱熔融法、微波消解法等,各有利弊,需根据实际需求做出最佳选择。
(2)含有量
采用1mol/L的氯化氢进行浸提,考虑的重点在人体直接摄取对自身健康造成危害程度,对所采集样品进行处理大致经过如下流程:样品风干后粉碎,并过2mm筛孔,至少称取6g;在室温下进行振荡提取,连续2h,保持200次/min的速度;然后静置30min左右,过滤上清液;得到待测溶液,根据实际情况进行消解处理;最后测定其中所含污染成分。需注意的是,土壤中虽然含有大量重金属,但并非都污染环境,所以这些步骤测定的并不是土壤中重金属的总含量。考虑到人体摄取后可能对肠胃造成的危害,除了铬(Cr),其余重金属均需用氯化氢在室温下提取2h,然后测定其中的重金属含量。而铬(Cr)则通过碳酸氢钠和碳酸钠提取后,用二苯碳酰二肼光度法进行测定。
2 所采集土壤样品中污染物的测定
2.1 重金属
原子吸收法、ICP-MS 检测法较为常用,对除铬之外的大多数重金属都适用。重金属也有很多形态,通常会以LC-ICP-MS检测法对其进行分析,ICP-MS法可较为精确地测定同位素比,而测定土壤中的钠、铁、铝等组成元素时则适宜选择X射线荧光法或电子束微区分析法。LC-MS检测法主要用于测定有机砷对地下水产生的危害。
2.2 农药类
提取剂多使用与待测无较为相近的有机溶液,且必须保持低毒性,而且还要考虑经济性因素。如有必要,需按照不同的比例将两种或更多不同极性的溶剂进行混合配置形成提取剂,最后用GC法测定。
2.3 挥发性有机化合物
在经济的进步发展中,工业贡献了巨大力量,有机化工、炼油、石油化工等产业迅速兴起,数量越来越多,释放出大量挥发性有机化合物,对土壤造成了严重污染。要想更准确地了解挥发性有机化合物对土壤的危害程度,需对土壤、土壤气体以及地下水都进行检测,采集土壤样品后加水密封,搅拌4h再测定。前处理工作完成后,利用顶空法GC测定地下水,用气体注射器对补集瓶采集的土壤气体进行测定。
3 土壤样品简易快速的前处理和测定方法
为缩短土壤样品前处理的时间,有些学者对原来的方法加以改进,形成了简易快速的测定法,时间也从之前的15d降至2―3d,节约了很多经济投入。
3.1 重金属的简易测定法
X-射线荧光法对土壤进行无损分析较为常见,目前已有便携式小型仪器投入使用,车载式X-射线荧光装置灵敏度和测定精度都很好,土壤不经前处理可在现场直接完成测定工作。但这类仪器价格较贵,该仪器进行的是表面分析,不能用纯水或 1mol/L HCL 浸提 的重金属、硅酸盐类也能得出分析结果,因此用这类数据评价时应加以注意。此外,使浸提液中待测重金属离子析出在电极表面,测定电极电位和析出时的电流值为原理的离子解吸伏-安测量法,在现场快速测定中使用也十分方便。
3.2 挥发性有机化合物的快速测定
现场快速测挥发性有机化合物的车载型或便携式GC-MS在当前应用已有很多,虽有良好的效果,但不足之处在于成本昂贵。但污染土壤中的挥发性有机化合物浓度较高时,可采用检测管法,将气体从采样器钻孔穴中抽出,然后再导入检测管,如此可直接得出挥发性有机化合物的检测结果,且整个过程较为简单,价格也低,对知识经验方面要求不高,可作为高精度仪器分析法的补充方法。国外研制出了一种挥发性有机化合物总量探测器,用特制的膜吸收挥发性化合物后,膜厚度会相应的变化,从而发射光的强度也发生变化。
4 结束语
我国土壤污染现状十分严重,对种植业、对人体都极为不利,必须及时采取有效对策进行治理。而治理的前提是通过采集样品,分析出其中的有害元素,并予以有效处理。传统很多分析方法都有很大缺陷,在今后还需加大研究力度,采取新方法获取更为精确的检测结果。
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关键词:药学有机化合物光谱解析;教学方法;教学内容;教学目标
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)47-0118-03
《药学有机化合物波谱解析》是一门研究有机化合物结构与其波谱性质相关性,并进而确定未知有机化合物结构的学科。学生通过学习和训练应该熟练掌握常见结构类型的有机化合物光谱和波谱性质,并能够掌握解析未知化合物结构的基本思路和方法,可以解析简单的有机化合物,借助文献和资料可以确定复杂化合物的分子结构。本课程对学生能力培养的要求高于对课本内容的简单记忆,而目前课堂理论教学的现状,不能完全满足以上教学需求。本文以学生能力培养为重点,以实践教学为突破手段,对教学方法、内容和考评制度等进行了系统的改革研究,取得了预期的效果。
一、教学内容的完善与实践
(一)注重教学内容与学科前沿相结合
目前,《药学有机化合物波谱解析》在课堂上主要以介绍紫外、红外、核磁共振波谱和质谱的基本原理以及不同结构类型化合物的谱学特点为主。随着波谱学测试技术和新的测试方法的不断出现,在教学内容上应该注重基础知识与前沿科学技术的衔接,及时将有机化合物波谱解析方面的新方法、新知识和新技术融入教学当中。例如,将教学大纲中虽没做要求的,但在解决化合物绝对构型方面起非常重要作用的(circular dichroism,CD)谱、(optical rotatory dispersion,ORD)谱[1]以及Mosher法作为附加内容介绍给学生,让学生们了解立体化学的现代研究方法和手段[2]。
(二)注重教学内容与科研实际相结合
高校教师一般都是教学和科研双条腿走路、相辅相成,那么在课堂上讲授波谱学知识的同时,应注重将自己的学术研究成果转化为教学内容。例如,将自己在科研工作过程中获得的结构新颖、图谱特征鲜明、易于解析的化合物作为实例在课堂上进行结构分析讨论,加深学生对典型化合物结构特征的记忆,也有助于学生对于新型骨架化合物的了解。
此外,还可以筛选本学科优秀的硕士、博士论文,作为学生课外的学习材料,以补充现有教材内容上学科前沿介绍的不足,进一步丰富学生的学习内容,增强学生有机化合物结构解析的实践能力[3]。通过以上几个方面及时不断调整和更新教学内容,保持了课程教学内容的先进性、科学性。
二、教学方法和教学手段的完善
(一)加强学生对实际测试谱图的分析能力
传统的教学方式基本是从四大波谱的测试数据推导结构,与实际工作从图谱―数据―结构有一定距离,因此,学生对实际测试谱图的解析能力较差。针对此问题,教师在讲解理论知识的基础上,将具体化合物的实际测试谱图,如核磁共振图谱、红外图谱、质谱等,通过幻灯片的形式展示给学生。让学生们辨认谱图上的目标化合物信号、溶剂峰信号以及杂质信号,结合理论知识,仔细研究并推敲,增强实际谱图解析能力。与此同时,教师在讲授过程中也要改变传统的单向知识传授“教学型”的教学模式,积极探索并大胆尝试解决问题式、课堂讨论式等启发式教学方法。在图谱解析过程中学生可以积极发言、自由讨论,通过这种生动活泼的教学模式,使学生更加深入、灵活地掌握理论知识与实践解析能力[4]。
(二)现代化的教学手段融入教学过程
众所周知,有机化合物的立体结构不仅影响其理化性质,而且也会影响化合物的生物学活性。因此,必须增强学生对三维空间分子结构和有机立体化学知识的理解。为了实现此目标,教师在课堂授课过程中,应多采用多媒体、实物投影和分子模型等辅助教学手段[5]。并且在课件制作过程中,应积极与计算机相关专业教师合作,采用现代多媒体技术和各种信息软件技术(如Chem office、Chem win、Flash等)相结合,有效提高传授给学生信息知识的质与量,增强学生对有机化合物平面和空间结构的理解[6]。
(三)设置学生自主设计的教学环节
为了与上述理论课教学内容相适应,理论课教学应设置4学时学生开放性和自主设计式的课堂教学环节。教师事先将学生分成若干个小组,把优秀的硕士、博士论文中代表性的不同结构类型的化合物图谱复印给各组同学。学生以小组为单位在课下对代表性化合物进行讨论和分析,自主设计解析过程并制作多媒体课件,在课堂上各组同学分别介绍自己化合物谱图的特点,不同谱图解析结构的优势以及结构解析具体分析过程。学生利用此开放性的教学过程,积极探索、各抒己见,结合教师对问题的归纳与点评,增强学生自我学习、分析问题、解决问题和数据归纳推理等能力[7,8]。
三、课程评价体系的改革
针对《药学有机化合物波谱解析》课程注重培养学生实际结构解析能力的特点,该课程的考试制度也需要进行相应的调整与完善,改变过去期末一张考卷定成绩的传统,实施“三个结合”的考试制度,即开卷闭卷相结合、期末平时相结合、理论实践相结合的评定方式。这种评定方式更加突出学生的知识、能力和素质的培养,更好地调动了学生学习的积极性。在“三个结合”的评定方式中,要特别注重理论知识掌握程度评估和学生实践应用(未知化合物结构解析)能力的评估,使得对学生能力的评估,更加真实、合理[9,10]。
此外,作为平时成绩的考评内容,我们尝试了每位学生针对有机化合物波谱解析的知识点拟一套考试题,并给出标准答案。通过此环节的学习,一方面可以考察学生掌握基础理论知识及其运用的能力,另一方面学生在拟试题的过程中,也进一步加深了对理论知识的理解和掌握。
四、强化实践教学改革
《药学有机化合物波谱解析》的实验教学是该课程的重要组成部分,是对教学理论加深理解和消化的关键环节。实验课教师结合理论课内容,注重实验教学内容的实践性及与理论课教学内容的关联性,并不时的地针对仪器的使用注意事项,及可能出现问题的解决方案等内容,让学生思考回答,或让学生提出问题,与教师讨论解答,从而培养学生分析问题、解决问题和创造性思维能力[11]。在实验课结束后,要求学生将紫外光谱、红外光谱、核磁共振、质谱的原理及其应用进行归纳总结,同时结合实际测试的四种谱图,对测试样品的结构进行解析,四种谱图相互佐证、融会贯通,增进了学生对抽象的理论课教学内容的理解。此外,在完成教学任务之余,积极配合波普学兴趣小组的同学开展自主设计性试验,让他们能够了解影响图谱测试的主要因素及二维核磁共振谱测试的基本方法,使学生们在实践中深入掌握波谱学的原理,帮助他们进一步增强图谱解析的实践能力[12]。
五、加强青年教师的培养
师者,传道、授业、解惑也。教师是药学有机化合物波谱解析课程建设与完善的实施者,所以青年教师的不断补充与培养,形成一支学历层次高、知识结构和年龄结构合理、教学效果好、可持续发展势头良好的教学梯队显得尤为必要。
(一)搞好传帮带,使新增师资尽快成长
青年教师一般均为相关专业毕业的博士研究生,基础理论知识扎实,但缺乏一定的理论课讲授经验。针对这一问题,青年教师必须经过一轮的试讲过程,并针对自己在讲课过程中出现的问题,去听取教学经验丰富的老教师的课程1~2轮,注意老教师在难点知识讲解的方式与技巧,吸取经验不断完善自己。此外,为了使青年教师尽快成长,为每位青年教师可以选择本专业经验丰富的教授作为指导教师,定期交流与规范授课内容,教授可以亲临教学课堂听课,指导青年教师授课内容与方法,并对教学过程中出现的问题和不足随时指正,促进青年教师成长进步[13]。
(二)建立集体备课制度
药学有机化合物波谱解析教学团队一直实行集体备课、学科会制度,定期召开教学研讨会,探讨学科前沿知识的发展与教学内容的相应性调整。通过集体备课制度,有计划地组织中青年教师讲授分别讲授紫外、红外、核磁共振谱和质谱的相关章节,通过集体讨论,进一步明确重点掌握知识点和一般了解性知识点的范围[14]。特别是在集体备课中邀请有经验的教授以及师范专业毕业的教师来讲授示范课,引导青年教师熟悉、掌握每一个教学环节的要求和标准以及授课的技巧和方法。
(三)鼓励青年教师教学与科研并重
鼓励青年教师重视科学研究,一方面要鼓励青年教师开阔眼界,在不影响本课程教学工作的前提下,到国外知名高校进一步进修和深造;另一方面,鼓励青年教师积极参与科研课题申报和研究工作,发表研究论文,在科研实践中不断提高自己的业务水平[15]。可以通过青年教师加入教授课题组的方式,引导青年教师开展科学研究工作,并通过在课题组中参与一些国家级科研项目的申报和科研工作,不断地总结经验,完善自己科研思路并建立自己的科研方向。此外,还要鼓励青年教师多参加国内外药物化学或谱学技术领域相关的学术研讨会,通过在学术会议上的交流,及时掌握学科发展前沿和发展方向,促进青年教师在科学研究的道路上快速成长。反过来,青年教师在科研工作中增长了解决问题的能力和实践经验,会丰富课堂教学实例,有利于教学质量的提高,即科研反哺教学[16]。
六、讨论
21世纪高等教育的一个突出特征是从人的个性出发,充分调动人的创造力和潜能,这样才能适应知识经济时代对人才的要求。因此,高等学校的教学改革必须坚持以学生为教学中心,坚持理论课教学和实践课教学相结合,坚持课堂教学和课外教学相结合,坚持创新教育和创业教育相结合[17]。
目前《药学有机波谱解析》的教学计划和课程计划,更多于倾向于四大光谱(紫外、红外、核磁共振谱和质谱)的原理和有机化合物结构类型的谱学介绍,而综合谱学的运用以及谱学在实际科研工作中的应用介绍较少[18]。课堂谱学理论基础知识介绍多,试验教学和课外教学内容较少。因此,对于该课程来讲,难免存在学生死记硬背,难以掌握未知化合物结构解析思路的现象。甚至在后期的《天然药物化学》和《药物化学》的学习过程中,以至于硕士研究生的科研实践中,对于稍复杂化合物的结构解析仍存在困难,实践应用能力较差。
本文针对本科生教学总结的经验和《药学有机化合物波谱解析》课程的特点,通过改革教学内容、教学方法和考评制度,调动学生的学习积极性;同时,以理论课教学和实践课教学相结合,课堂教学和课外自学相结合,创新能力和自主能力培养相结合,增强了学生的自我学习能力,教会学生有机化合物解析的基本思路和研究方法,培养了学生的学习兴趣,进而提高了学生对药学和中药学事业的热爱,树立为我国药学事业奋斗的志向和自主创业的精神。
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[16]徐清萍,尧俊英,何培新.科研教学相结合的应用型人才培养模式探索[J].广西轻工业,2011,27(1):155-158.
关键词:预浓缩;GC-MS;挥发性有机化合物
中图分类号:X831 文献标识码:A
挥发性有机物(VOCs)易被皮肤、黏膜吸收,是大气环境中典型的污染物,其种类繁多且成分复杂。苏码罐采样预浓缩GC~MS分析方法作为一种快速采集气体样品、痕量分析环境空气中VOCs的方法克服了吸附解吸、热脱附等传统方法的灵敏度较差、采样时间长等不足[1],符合EPA TO~14A和TO~15方法[3]。该法避免了采用吸附剂时的穿漏、分解及解吸,可直接进样分析多组分样品,灵敏度高,无需溶剂。高度钝化的不锈钢罐,可保证样品在运输和储存过程中的完整性和稳定性,样品保存时间长。[2]
1 实验部分
1.1 原理
将已先抽至10mtorr真空度的不锈钢采样罐以瞬间吸入或固定流量采集方式收集空气中挥发性有机化合物,利用冷冻捕集方式浓缩一定量的空气样品,经三级冷凝吸附再加热解吸,将待测样品导入气相色谱质谱仪中测定样品中挥发性有机化合物的含量。
1.4 样品采集
瞬时采样:将经过前处理的不锈钢采样罐,携至选定的采样点后,在预定的采样时间内打开不锈钢采样罐进样阀,使周界空气进入不锈钢采样罐内,采样时间约30s,罐充满后再将进样阀关闭,并记录样品编号、采样时间、采样地点、温度、湿度等相关参数,将样品带回实验室进行分析。
定流量采样:经过前处理的不锈钢采样罐,携至选定的采样点后,将不锈钢采样罐与限流装置连接后,进行定流量采样,达到所需体积后,关闭进样阀,记录采样时间、采样地点、温度、湿度及不锈钢采样罐压力,将样品带回实验室进行分析。
1.5.3 标准气体的配制
将清洗干净并抽完真空的苏码罐连接到4600A动态稀释仪上,TO14标气与仪器连接好,通过设置氮气和标气的的流量来配制不同浓度的标气。如标气浓度为1ppm,设置氮气流量为980mL/min,标气流量为20mL/min,则将标气稀释了50倍,配置的标准气体浓度为20ppb。平衡10min后再开始充气,苏玛罐的压力达到25~35psi即可。
1.6 定量方法
1.6.1 定性分析
目标化合物以保留时间进行定性,如果检出的色谱峰的保留时间与标准样品相一致,并在扣除背景后的质谱图中,特征离子均出现,则可判断试样中存在这种化合物。对于样品检出的非目标化合物只进行定性分析,通过谱库检索定性,记录下总离子谱图峰面积。
1.6.2定量分析
用校准曲线对目标化合物进行定量,采用外标法进行定量。
2 结果与讨论
由于环境空气中挥发性有机物种类繁多,本文采用美国Spectra Gases的VOC标气(含64种化合物)和PAM标气(含57种化合物)作为分析对象,分别进行了方法的检出限、精密度和准确度实验。对浓度为0.25ppb的标准气体平行测定7次,计算相对标准偏差;连续6次对2.5ppb的标准气体进行准确度测定,测定结果见表1、表2。图1、图2为挥发性有机化合物的总离子流图。
3 结论
采用苏码罐采样,预浓缩与GCMS联用测定环境空气中挥发性有机化合物的分析方法,具有采样方便,灵敏度好,准确度高,同一样品可多次测定,样品保存时间长等优点,可广泛应用于环境气体中挥发性有机化合物的监测。
参考文献
[1]肖珊美,何桂英,陈章跃.苏码罐采样预浓缩-GC-MS测定空气中的挥发性有机化合物[J].光谱实验室,2006,23(1):671-675.
关键词:有机化学;石油化工;煤化工;职业教育;问卷调查
中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)18-0229-02
0 引言
近年来,高等职业教育迅速崛起,成为影响高等教育体制变革的一件大事。以高职院校为主体的培养技能型人才的高等职业教育发展到与普通高等教育等量齐观的地步,来势迅猛,发人深思。高职教育围绕知识的应用,注重以职业能力为本位的工作过程体系,培养的是在生产、建设、服务与管理第一线工作的高端技能型人才。 “工学结合”的高职教育人才培养模式,“基于工作过程”的课程体系设计,“必须、够用”的课程内容选取,充分体现了高职教育以培养学生职业能力、应用能力为主的特色。
《有机化学》是高职院校化工技术类专业(精细化学品生产技术、石油化工生产技术、应用化工技术等专业)必修的一门专业基础课,有机化学研究的内容包括有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用以及相关理论和方法学问题等。显而易见,专业方向和就业倾向不同,对于《有机化学》课程学习内容的侧重点也就不同。为了改善我院目前《有机化学》课程的教学现状,课题组拟将《有机化学》课程的教学内容分为基础模块和拓展模块,基础模块学内容,拓展模块则根据在相关化工企业调研的结果,针对专业方向、就业倾向的不同,对教学内容进行不同的选择性组合,以适应不同的工作岗位任务要求。
本调查通过走访我省部分大中型石油化工、煤化工企业、咨询企业人力资源部门和技术部门负责人、回访在企业工作的我院毕业生等形式,对企业人才结构与知识需求状况进行问卷调研,并结合教学现状,收集不同专业方向、职业倾向学生对《有机化学》课程的知识技能要求,旨在获得石油化工、煤化工企业职工日常工作“必须、够用”的《有机化学》课程知识与技能的基本要求,以便于制定出更加符合石油化工、煤化工专业学生就业需要的《有机化学》课程教学大纲,进而为企业和社会培养出更多更优秀的石油化工、煤化工行业高端技能型人才。
1 调查情况介绍
1.1 调查方式 本次调查采取重点走访和发放问卷两种主要途径进行。
重点走访对象包括省内石油化工、煤化工、天然气化工企业人事部门主管5人,企业技术人员5人,省内石油化工专业职教专家1人。
进行问卷的企业除了要求专业针对性强外,考虑到目前学生就业实习需要,我们选择了一下三类大中型企业:①接收我院毕业生就业较多的企业;②我院的长期生产实习基地单位;③学生期望能够就业的单位。共选择大中型石油化工、煤化工企业5家。问卷的五家大中型石油化工、煤化工企业分别为:延长油田集团有限责任公司、中国石油长庆石化有限责任公司、延长石油北京化工工程有限责任公司、陕西渭河煤化工有限责任公司、咸阳天然气化工有限责任公司等。
1.2 调查内容 本次问卷调查表以化学工业出版社出版,高鸿宾主编的高职高专教材《有机化学》(第二版)和周志高等主编的高职高专教材《有机化学实验》(第二版)为基础素材,并进行了充实和完善。问卷调查内容分理论和实践两部分。理论部分按照有机物类型的不同进行划分,共18个教学项目,具体包括绪论、烷烃、环烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇和酚、醚和环氧化合物、醛和酮、羧酸、羧酸衍生物、含氮有机物、杂环化合物、碳水化合物、氨基酸和蛋白质、对映异构等。实践部分包括安全教育、有机基本操作、有机合成、性质与鉴定、综合实验等5个项目。要求被问卷人在其认为必须掌握的知识点对应序号上做出标记,同时,如果认为还需要增加那些内容,一并添加在相关知识点附近。
1.3 问卷对象 发放问卷120份,回收有效问卷117份。按性别统计如下,男性76.92%,女生23.08%。按学历统计如下,硕士0.85%,本科11.97%,高职72.65%,中专1.17%,未填写12.82%。按第一学历专业统计如下,化工类专业75.21%,非化工类专业5.98%,未填写18.81%。
2 理论部分调查统计与分析
2.1 项目整体调查结果与分析 统计结果显示,各个教学项目的必要性从高到低依次排列如下:烯烃、绪论、烷烃、环烷烃、醇和酚、炔烃、芳香烃、醛和酮、氨基酸和蛋白质、含氮有机物、碳水化合物、二烯烃、卤代烃、醚和环氧化合物、羧酸衍生物、羧酸、杂环化合物、对映异构等。
从问卷结果可以看出,对于石油化工、煤化工行业从业人员来说,使用频率较高的有机化学课程内容主要有:烯烃、烷烃、环烷烃、醇和酚、炔烃、芳烃等。相对来说,烃的含氮衍生物、含卤衍生物、复杂含氧衍生物、碳水化合物等知识使用的频率较低。这一问卷结果和石油化工、煤化工专业学生从业岗位密切相关。其中,传统上将一个国家乙烯产量的高低用来衡量一个国家石油化学工业的发展水平,说明了乙烯在石油化工行业的重要性,反映在调查结果中,与烯烃相关的教学内容是此次问卷调查对象认为最重要的有机化学课程知识。同样,石油以及石油产品,汽油,煤油,柴油等均是不同的烃类化合物,因此石油化工行业职工日常接触最多的也就是这些有机物,反映在问卷结果中,这些相关内容也被认为相对来说比较重要。对于烃的衍生物,相对来说,醇等简单含氧衍生物比较重要,这应该与当前能源不足,大量醇类被单独或者混合作为燃料使用,导致以煤为原料生产甲醇的企业增多有关。
2.2 项目内部不同任务的调查与分析 以烯烃这一项目为例,不同任务的必要性从高到低依次排列如下:烯烃的化学性质、烯烃的来源和制法、烯烃的鉴定、烯烃的物理学性质、乙烯的结构、烯烃的异构与命名。有机化学教材对于每一种类型的化合物,都分别从分类、异构、命名,结构、物理性质、化学性质、来源等方面进行了介绍。从各种项目的统计结果来看,有机化合物的化学性质在各个项目统计中均处于前列,说明有机化学物的化学性质很重要,这一点显而易见。各种有机化合物的来源和制法、鉴定与生产密切相关,从调查结果来看也靠前。而有机化合物的结构、异构等深奥的理论知识,仅从调查结果来看,必要性不是特别强。
3 实践部分调查统计与分析
从统计结果来看,有机化学实验的基本操作、有机化学实验基础知识、有机化合物的性质与鉴定这三个项目比较重要。基本操作项目中,蒸馏、加热与冷却、萃取与洗涤等三个任务相对重要,这些都是石油化工、煤化工生产中的常见生产操作。基础知识项目中,事故的预防与处理相对重要,因为石油化工、煤化工行业是危险行业,掌握必要的事故预防与处理常识就尤为必要。有机化合物的性质与鉴定项目中,未知物的常规鉴定方法、常见有机化合物的性质与鉴定相对重要,这些是石油化工、煤化工行业常用的化学分析检验方法和操作。
4 对《有机化学》课程教学的一些建议
4.1 石油化工、煤化工专业的《有机化学》课程教学内容要有选择性 与精细化工行业调查结果不同(调查结果另文发表),石油化工、煤化工行业职工认为相对重要的教学内容是烃、烃的简单含氧衍生物,这就要求在石油化工、煤化工专业,要加强这些内容的教学,为学生毕业从事相关领域工作进行必须和够用的知识积累。
4.2 在教学中,要重视与生产实际以及科技前沿相结合 从调查可以看出,醇、醚等烃的简单含氧衍生物也相对比较重要。近年来,能源紧缺、环保要求提高,导致大量使用甲醇、甲基叔丁基醚等含氧化合物作为燃料、汽油抗爆剂,省内出现多家煤制甲醇、合成甲基叔丁基醚企业,这就要求在课程开发中要重视结合生产实际,加强开发相关教学题材。同时,随着科学技术的发展,有机化学中的一些不完善的理论不断的被更新,这也要求在教学过程中,要密切关注科技前沿。
4.3 要重视有机化合物化学性质的教学 在教学过程中,以有机化合物化学性质的教学为中心,让学生理解、掌握以至于能够应用有机化合物化学性质为生产生活服务,这是有机化学教学的最终目的。实际操作过程中,可以将这些内容设计成基于工作过程的教学项目,按照“教学做”一体化的模式进行项目化教学,让学生在实际操作中完成相应知识的构架。
4.4 在实践教学中,要重视基本操作、基础知识的教学 在《有机化学》实践课程教学中,要加强基本操作、基础知识的教学,使学生掌握必须的实验技能、必要的事故预防与处理常识。在实际教学过程中,应该强化基础操作的训练,譬如炼油工业中常用的常减压蒸馏、加热与冷却、分馏等,使学生从理论到实践的熟悉这些操作。
4.5 要重视加强石油、煤、天然气化工安全教育 无论是问卷调查企业职工,还是重点走访专家,都一致认为要重视“实验室事故的预防与处理”、“化学危险品安全常识”教育。近年来,石油化工领域不断发生的危险事故,将石油化工安全推向人们的视野,成为大家关注的焦点。在实际教学中,可以通过灭火防火模拟演练、事故危害分析、展示事故图片等手段加强化工安全教育。将厦门PX项目纷争、兰州石化公司爆炸着火事故、河南伊川煤矿爆炸事故、西安液化气爆炸事故等典型案例引入相应教学环节,增强学生的安全意识。
参考文献:
[1]高鸿宾,王庆文,高振胜.有机化学[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2]陈淑芬,汤长青.有机化学(理论篇)[M].大连:大连理工大学出版社, 2009.
[3]孙宾宾,王芳宁.高职有机化学课程教学现状和改革探讨[J].甘肃科技,2008,24(7):170-171.
【关键词】情境教学法;高职院校;有机化学
有机化学作为高职院校化学相关专业的一门重要基础课,是学生学习后续课程的基础课程之一。随着有机化合物应用不断渗透到各个领域,鉴定、分析有机化合物就成了化学分析常规的工作。有机化学作为一门“实用性”的学科,它在材料能源、工程技术及环境科学等领域广泛应用,为学生毕业后从事水质及化学分析、检验等工作奠定了基础。作为具有初高中化学基础能力的高职院校学生,思维活跃,具备一定查找分析信息的能力,如何激发学生学习有机化学的兴趣,调动学生参与、探究科学的热情,是高职院校化学教师必须面对以及克服的难题。本文就情境教学法应用于高职《有机化学》教学实践进行一些探讨。
1情境教学法简介
在教学活动中,教师通过有目的地创设生动、具体的场景,使学生获得初步的情感体验,进而帮助学生理解教学内容,最终发展学生的认知机能的教学方法———情境教学法。情景教学法起源于20世纪30年代,从1960年以后开始已经为英国的外语教学界所采用,并逐步扩展到更多的学科领域的教学实践中。以教师的主动讲授、学生的被动接受为主要特征的传统教学法,在授课过程中,教师主要通过单纯的语言来传授知识。在教学活动中尤为突出教师的主导地位,而常常忽略学生的主体地位[1]。有些老师不乏满腹珠玑,但讲起课来平淡的语调,使整节课成为“独角戏”,而讲台下的学生却显得兴趣缺乏,导致整个课堂气氛沉闷异常。笔者认为,传统的“填鸭式”教学模式往往忽视了教学中的情感因素。与以往以教师讲授为主的教学过程相比,情景教学法充分体现了学生的主体性。它是以“建构主义”基本理论为基础形成的。该理论认为,学习者获得新知识主要不是靠教师的传授,而是自身在教师或学习伙伴的帮助下,搜集一些必要的学习材料,并与学习情境相结合,通过有意义的建构方式获得。“建构”既是对新知识意义的一种建构,同时又包含对原有经验的改造和重组[2]。通过创建教学环境,让学生带着具体的问题去学习。在整个活动中,学生通过对问题的探索,实现主动学习,教师能动地引导和激发学生的学习兴趣,使学生真正掌握知识内容,并通过任务的完成实现举一反三[3]。因而,情景教学法与传统教学法相比,其基本特征是:以学生为中心,以任务或问题为动力和手段,学生在实践中运用已有的知识、技能进行延伸和扩展,获得新知识和提高技能[4]。
2情境教学法在《有机化学》教学中的应用
笔者以高职有机化学教学中“有机化合物的概念”为例,从“问题导入—启发思考—共同分析—交流评价—构建知识”五个具体教学环节进行实施。
2.1问题导入
教育学家赞可夫指出:“我们要激发学生独立的、探索的思想,而这种思想又是跟活生生的情绪有机地联系着的。好的情绪使学生精神振奋,反之则会抑制他们的智力活动[5]。”在有机化学教学过程中,从身边熟悉的实例入手,结合实际生活,引导学生发现问题、启发学生思考问题,从而获得一定知识。“有机化合物的概念”是学习有机化学的第一个重要概念,单纯的文字概念及其枯燥乏味甚至难于理解,这就要求教师在教学过程中,首先提出问题:“什么是有机化合物?有机化合物在组成上有什么特征?”通过导入问题,让学生结合已有的化学知识来思考,在脑海中形成一个初步的概念。
2.2启发思考
在完成问题导入之后,教师应创设直观生动的学习情境,引导学生思考,激发学生积极主动地学习新知识。例如,一首打油诗“地沟油的油条,苏丹红的蛋,三聚氰胺的奶,甲醇勾兑的酒,双氧水的立虾,尿素的豆芽,石蜡翻新的米饭,硫磺熏的馒头。和这些相比,毒胶囊实在只是个小小的新发明而已……”,在这些食品添加剂中哪些是有机化合物?引导学生分析问题特征,先自己总结得到有机化合物的概念。通过这些与我们生活息息相关的实例,激发学生的好奇心,进而增加他们学习的动力。
2.3共同分析
在进行具体分析前,教师将每八个学生分为一组,要求各组组内讨论“根据已有的化学知识分析哪些是有机化合物?”使每个学生都参与到讨论过程,鼓励学生参与交流,然后整组协作,共同分析总结。在学生讨论过程中,教师从旁指导,鼓励学生充分发表自己的意见,并针对学生出现的问题及时纠正。
2.4交流评价
在分组进行分析后,要求每组指派一名学生对自己小组的讨论结果进行汇报,其它小组进行评价。最后,教师要对每一组的讨论结果进行总结,得出出有机化合物的概念,进而引出关于有机化合物的两个经典定义。这一过程不仅使学生更好的掌握理论知识,同时可以使学生获得学习的成就感,从而提高学习效率和兴趣。
2.5构建知识
通过讨论总结发现:有机化合物含有碳元素,引出有机化合物就是含碳化合物这一概念。在整个情境教学过程中,体现了有机化学与日常生活息息相关,通过学生参与,教师引导,激发学习兴趣,调动学生学习积极性,同时配合形象化的图片等教学手段,便于学生理解和掌握有机化学的基本概念。
3结束语
笔者将情境教学法应用于《有机化学》教学中,经过实践,获得了良好的教学效果。有效的改变了以往“一言堂”的教学方法。学生在情境教学过程中,主动探索及研究,教师的的主导性地位变为更多地引导、评价,并适时总结、归纳。另外,情境教学法转变了学生的学习方法,使学生明确了学习的目的性,主动地查阅材料参与讨论,提高了学生的综合素质及参与学习的自信心。因此,作为高职院校化学教师,选择合理的教学方法,并结合多媒体等现代教学技术,让学生变被动学习为主动学习,不断激发学生学习有机化学的兴趣。
【参考文献】
[1]李学琴.浅析高职有机化学教学方法与能力的培养[J].现代教育科学:教学研究,2011(10):30.
[2]陈福北.高职有机化学教学情境设置与技能提高的探究[J].广州化工,2011(40):195.
[3]赵辉爽,刘巧云,等.高职《有机化学》课程项目化教学初探[J].职业教育研究,2011(9):80.
[4]吴颖.提高化学学习积极性初探[J].职业教育:教材教法,2007(02):72.
我院有机化学的教学现状不理想,表现在课程内容多、学生掌握不了;有些内容较为抽象或实践性较强,学生难以理解,且不少学生缺乏动脑动手的主动性和能动性。由于文理科学生混合组班,部分学生入学时化学知识水平整体基础较差,学生对于基础性知识缺乏足够的学习兴趣和耐心,学习还处于被动状态,自主学习能力较弱,对有机化学的学习没有足够重视。传统的教学已不适合现在的教学发展,为此,我们必须对有机化学教学进行改革。
2有机化学课程的能力目标
为使教学改革符合我院学生,我们走访了与学院联系紧密的医药企业,向企业中有经验的师傅请教,并选派教师在企业顶岗实践,调研了企业中关键岗位对有机化学能力与知识的需求;并与药学专业的老生、专业课教师、兄弟院校有机化学教师等进行了深入交流,学生根据自己的学习与工作经历分享了在学习中的体会及有机化学在后续学习及工作中的应用,各专业课老师对有机化学的教学内容的选取提出了合理的建议。也有院校依然沿用理论加实验的模式,但有的院校进行了尝试,如常州工程职业技术学院的赵辉爽等在《有机化学》课程项目化教学改革过程中,将教学与就业相结合,将理论与实践相结合,探讨教学改革的思路、内容及特色,取得了良好的教学效果。陕西国防工业职业技术学院化学工程系的孙宾宾在《有机化学》课程中进行项目化教学实践后的思考中提到,项目化教学突破传统的封闭式教学模式,将理论与实践结合,激发了学生兴趣,提高了教学效果。根据调研情况,将有机化学课程的能力目标制定如下:
(1)能正确判断有机化合物所属类别,并能正确写出常见的有机化合物的名称和结构式。
(2)能运用有机化合物的物理性质和化学性质进行典型有机化合物的分离纯化;能根据所学有机化合物的化学特性,参照《中国药典》2010版的标准,对给定的各类重要有机化合物进行鉴别;能运用有机化合物的化学性质,进行不同类型有机化合物之间的转化(会简单合成设计)。
(3)通过有机实验单元操作训练,能正确使用有机化学实验常用仪器及设备;熟练进行蒸馏、回流、萃取、洗涤、干燥、重结晶、抽滤、测熔点、测沸点、测旋光度等基本操作技术;根据工作任务,依照《中国药典》2010版的标准,通过查阅文献和组内协作,能正确选择原料、仪器进行实验;并能综合运用所学知识,正确处理操作过程中出现的问题;能规范记录实验现象及实验数据,正确分析实验数据,并能根据实验中得出的结论写出实验报告。
3项目化教学改革探索
结合我院学生特点,我们对药学类专业的有机化学课程进行了包括确定课程目标、改革教学内容、设计课程项目、设计一体化教学过程、设计考核方案等一系列改革。
3.1制定教学项目根据能力目标的要求,设计了八个有机化学课程项目,每个项目都有具体的任务作为支撑。首先明确要达到的目标,根据目标设计教学内容,从而制定出适宜的教学项目。以项目五“以苯胺和醋酐为原料制备乙酰苯胺”为例做一介绍,如图1。本教学项目涵盖了传统教学的羧酸衍生物、胺等理论教学内容,将理论与实践相结合,使教学做能够一体化,整合了丰富的教学资源,能更有效的学习知识,提高能力。
3.2项目实施步骤项目按照项目准备、项目实施、项目评价三个步骤来完成。
3.2.1项目准备(1)提出任务;(2)将学生分组,每组5到8人;(3)学生利用网络、数据库、学院图书馆等查阅并收集资料,了解制备乙酰苯胺所用原料及制备工艺,了解乙酰苯胺的性质、在药学上的用途等;(4)学习以苯胺和醋酐为典型代表的胺类和羧酸衍生物类有机化合物的知识;(5)小组讨论设计制备方案。
3.2.2项目实施(1)按照分组情况,每组将讨论方案整理,陈述制备方案;(2)教师对方案进行指导,确定制备方案;(3)教师强调操作过程要点;(4)教师对学生进行安全教育和环保教育;(5)每组按照方案进行实施,制备乙酰苯胺,检查产品并对产品进行熔点测定。
3.2.3项目评价项目评价采取过程评价与结果评价相结合,学生互评与教师评价相结合的方式进行。(1)教师对每组学生所查阅的资料情况及讨论方案评价。(2)在实施过程中对每组的操作过程评价;(3)教师对每组的产品状态及实验数据评价;(4)小组成员之间互评。(5)项目结束后,每人完成报告,分析项目过程中出现的问题,写出体会。(6)教师归纳总结,结合项目进行知识的升华。
4结语
【关键词】说课 有机反应重要类型
【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)06-0192-02
一、教材分析
(一)教学目标
[知识与技能目标]结合学生已经学习过的有机化学反应,认识加成、取代和消去、氧化、还原反应的特点,并能根据有机化合物结构特点,分析具备何种官能团的有机化合物与何种试剂能发生何种反应,生成何种产物。
[过程与方法]使学生能够判断给定化学方程式的反应的类型,也能书写给定反应物和反应类型的反应的化学方程式。
[情感态度与价值观]通过对有机化学反应主要类型的学习,体会有机化学在生产和生活中的巨大作用。使学生在学习的过程中更加关注有机化学的发展,增强学习无机化学的兴趣。
(二)本节课在教材中的地位及作用
本节的理论知识和思想方法是在学习了必修二常见有机化合物的基本有机知识之后,对有机化学反应类型进行整合提升,并且从理论的角度让学生更深的理解这些反应类型,为后面烃的衍生物性质的学习提供了很好的理论和方法平台。学生值此平台可以形成预测具有一定结构的有机化合物可能与什么样的试剂发生什么类型的反应、生成什么样的物质的能力,使学生对有机化合物性质和反应知识学习的难度大大降低。为后面有机合成的学习奠定了坚实的基础。本节课分两课时。
(三)教学重点和难点
1.有机化学反应的类型。
2.学会利用“结构决定性质”的方法预测有机物的主要性质。
3.有机化学反应的理论解释。
二、说教学方法
本节课主要采用引导探究式教学方法,要在“导”字上下功夫。即创设情境探究讨论归纳小结反馈纠正,使学生在获得知识的同时能够掌握方法,提升能力。
三、说学法指导
本节课的教学过程中,通过创设教学情景,通过学生自主学习,讨论、交流、反馈所遇到的问题,培养学生观察、理解、表达、分析、交流等多种能力。
四、说教学过程
课堂引入:
(一)有机化学反应的重要类型
1.加成反应
(1)定义:有机化合物分子中的不饱和键两端的原子与其他原子或原子团结合,生成新化合物的反应。
(2)特点:只上不下。
(3)与碳碳双键加成的试剂有卤素单质(X2)、氢卤酸(HX)、硫酸(H―SO3H);与碳氧双键、碳氮叁键加成的试剂有氢氰酸(H―CN)、氨(H―NH2);碳碳三键能与以上所有试剂加成。
(4)作用:在发生加成反应时,原有机物中的不饱和键发生了变化,生成了具有另一种官能团的有机物。
(5)机理:以下列实例进行分析:
(6)加成反应的规律:
①一般规律:
2.取代反应
(1)定义:有机化合物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团代替的反应。
(2)特点:有上有下。
(3)烷烃、苯发生取代反应时是碳氢键上的氢原子被取代;与碳原子相连的卤素原子、羟基等也能被取代。
烯烃、炔烃、醛、酮、羧酸分子中α―C 上H被取代。
(4)取代反应作用:容易实现官能团的转化,在有机合成中具有重要作用。
(5)机理:
(6)取代反应的规律
①一般规律:
新课引入:乙烯的产量是衡量一个国家石油化工水平的重要标志。工业上,通过石油裂解来制乙烯。
①药品:无水乙醇和浓硫酸[实验室制备乙烯](体积比约为1:3,共取约20mL)、酸性高锰酸钾溶液、溴水。
②仪器:铁架台(带铁圈)、烧瓶夹、石棉网、圆底烧瓶、温度计(量程200℃)、玻璃导管、橡胶管、集气瓶、水槽等。
③无水乙醇与浓硫酸的混合:先加无水乙醇,再加浓硫酸。
④碎瓷片的作用:避免混合液在受热时暴沸。
⑤温度计液泡的位置:插入混合液中。
⑥为什么要使混合液温度迅速上升到170℃?减少副反应发生,提高乙烯的纯度。
实验室中是这样制备乙烯的反应原理:
我们把这种类型的有机反应称为消去反应。
3.消去反应
(1)定义:在一定条件下,有机化合物脱去小分子物质(如H2O、HBr等)生成分子中有双键或叁键的化合物的反应。
(2)特点:只下不上。
(3)醇类的消去反应:反应条件:浓硫酸、加热。
消去条件:与羟基相连的碳的邻碳上有氢。
消去的小分子:H2O。
(4)消去反应作用:利用醇或卤代烃等的消去反应可以在碳链上引入双键、叁键等不饱和键。
4.课本53页迁移应用。
(二)有机化学中的氧化反应和还原反应
(3)用氧化数来讨论氧化反应或还原反应:
自主学习教材54页拓展视野“氧化数的计算”。
结论:碳原子氧化数升高,为氧化反应;碳原子氧化数降低,为还原反应。
讨论练习:从氧化数角度认识氧化反应、还原反应。
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
五、效果分析
关键词:人造板状材料;民用建筑室内;空气质量;空气污染
引言:人造板材在我国建筑装修工程当中有着广泛的应用,但是由于其中含有大量的化学胶粘剂,存在着危害建筑室内空气质量的安全隐患,需要合理的策略进行控制。为避免人造板材影响民用建筑室内空气质量,危害民用建筑室内居民身体健康,势必要通过合理的策略控制人造板材对于民众建筑室内空气质量的影响,最大程度上保障民众建筑室内居民的身体健康,免受人造板材挥发化工物质侵害。
人造板材空气影响因素相关概述
胶合板、细木工板、刨花板、中纤板等人造板材是由木材加工过程中产生的边皮、碎料、刨花、木屑等废料制成,其中含有大量的化工胶粘剂,在一定条件下就会产生甲醛的释放。人造板材在生产和使用过程中会不断向环境中释放甲醛、苯系物等挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,VOCs),这些物质会影响室内空气质量(Indoor Air Quality,IAQ),危害人类健康。由于人们日常的起居和主要活动均在室内进行,有研究表明人一天中有超过80%的时间待在室内,室内空气质量与人体健康息息相关。自从2003 年起,我国就一直是人造板生产第一大国,且装修装饰材料和家具产值均稳居世界前列。随着人造板材在室内的广泛应用,VOCs的释放量也逐渐增加,其对环境的影响、人体的危害越来越不可忽视[1]。人造板材化工胶粘剂一定条件下释放甲醛与苯系物等挥发性有机化合物(VOC)对于民用建筑室内空气质量极大,更会危害到民用建筑室内居民的人身生命安全,人造板材的空气影响因素势必要重视起来。
人造板材对民用建筑空气质量影响问题
在当下人造板材产品使用的过程中,存在着的民用建筑室内空气污染问题迫在眉睫。人造板材生产会使用大量的有机溶剂,挥发后的有机溶剂,即挥发性有机化合物(VOC)高温情况下会产生油烟、油膏等物质,严重影响空气质量的同时还会危害人体健康。人造板是建筑装饰和家具制作中使用较为广泛的材料,这种材料在人工生产的过程中大量的使用胶粘剂等化学制剂,因而含有大量的甲醛,人造板家具在具体使用过程中,会在很长的一段时期内释放出甲醛,并且有机溶剂挥发后还会吸附在其他家具或衣物上,对建筑室内居民造成二次伤害。甲醛容易致癌,会导致产妇流产和胎儿畸形,并且还会进一步诱发白血病,给人的身体健康和生命带来严重的威胁[2]。甲醛浓度在每立方米空气中达到60 ~70 μg/m3;时,呼吸道敏感的儿童就会发生轻微气喘;当室内空气中甲醛含量为100 μg/m3;时,成人也会感觉到异味与呼吸道不适感;达到500 μg/m3;时,可直接刺激人的眼睛,引起流泪现象;当室内空气中甲醛含量达到600 μg/m3;时,则会引起呼吸道的严重不适甚至疼痛;而当浓度更高时,会引起恶心呕吐,咳嗽胸闷,严重气喘,肺部水肿,甚至死亡。
除此之外,
人造板材对空气质量影响问题控制策略
降低人造板材甲醛排放量
大多数降低人造板甲醛排放量的措施应用于工业产生中并获得了一定的效果[3]。降低人造板材甲醛排放量的第一个关键点就在于人造板材胶粘剂的选取,尽量避免使用可挥发性有机化合物含量高的化工胶粘剂,尽可能减少人造板材在生产以及使用过程中的甲醛排放量。其次应当选取密度较高的木材废料进行人造板材的制作,密度越小的木材材质其甲醛挥发能力就越强。最后应当确保人造板材的制作工艺足够完善,板材热压过程中应当确保胶粘剂彻底固化,避免化工胶粘剂中有机化合物结构不稳定发生分解从而产生甲醛的释放。通过此项策略控制了人造板材对于民众建筑室内空气质量的影响,最大程度上保障了民众建筑室内居民的身体健康,免受人造板材挥发化工物质侵害。
加强有机化合物挥发防治
以挥发性有机化合物的防治措施为例,挥发性有机化合物(VOC)的防治措施主要是物理回收与生化销毁。物理回水即通过改变废气物理性质,并选择吸附性较强的物质对废气进行吸附,或者通过冷凝技术或者膜分离技术对废气进行吸附处理,例如活性炭纤维吸附技术。而生化销毁则是通过化学反应将有机物转化为二氧化碳与水等无害物质,例如蓄热氧化燃烧处理方式。通过此项策略控制了人造板材对于民众建筑室内空气质量的影响,最大程度上保障了民众建筑室内居民的身体健康,免受人造板材挥发化工物质侵害。除此之外,人造板材企业还应当全面推行挥发性有机化合物(VOC)的泄漏检测与修复技术,建成挥发性有机化合物(VOC)排放在线连续监测系统;制订并下人造板材行业的挥发性有机化合物(VOC)排放控制标准;出台人造板材行业的挥发性有机化合物(VOC)排放治理最佳技术实践。最大程度上避免甲醛释放影响民用建筑室内空气质量,危害民用建筑室内居民身体健康。
人造板甲醛危害知识普及
普及人造板材释放甲醛的危害相关知识,提高人民群众的建筑装修相关人造板材空气污染防治意识,才能最大程度上避免人造板材胶粘剂挥发甲醛以及苯系物等可挥发性有机化合物(VOC)影响民用建筑室内空气质量、危害居民身体健康。空气质量保护以及有机化合物污染防治相关单位应当大力推广普及人造板材释放甲醛的危害等相关知识,加强甲醛防治工作顶层规划,保证甲醛防治知识普及贯彻的系统性;把控困难知识点,加强普及贯彻的针对性;紧抓甲醛防治落实,保障甲醛防治贯彻的实用性。结合互联网手段,通过抖音、微博、微信公众号、知乎等多种平台,通过短视频、音频、图片等多媒体形式提高人民群众的建筑装修相关人造板材空气污染防治意识。此举措结合新媒体传播推广形式,控制了人造板材对于民众建筑室内空气质量的影响,最大程度上保障了民众建筑室内居民的身体健康,免受人造板材挥发化工物质侵害,防患人造板材影响民用建筑室内空气质量、危害室内居民身体健康于未然。
结束语:综上所述,人造板材含有的大量化工胶粘剂,在一定情况下会释放甲醛以及苯系物等可挥发有机化合物,极大的影响民用建筑室内的空气质量,危害民众建筑室内居民居民的人身健康,严重的情况下甚至会威胁到民众建筑室内居民的人身生命安全。势必要采取合理的策略控制人造板材影响民众建筑室内空气质量的因素,最大程度上避免人造板材释放出的有机化合物危害居民身体健康,为民众建筑居民的人身生命安全提供有力的保障,为我国生态环保事业添砖加瓦。
参考文献
[1]蒋利群. 人造板挥发性有机化合物释放限量初探[D].东北林业大学,2019.