教学型仪器的研制&改进与实验教学

教学型仪器的研制&改进与实验教学

专刊投稿截止日期：2024-08-31

专刊客座编辑：

朱芳教授
中山大学化学学院，广州 510006
个人简介：朱芳，中山大学教授，博士生导师，广东省实验教学指导委员会副主任委员。曾任中山大学化学学院副院长，现任化学国家级实验教学示范中心（中山大学）主任、环境化学研究所所长。长期从事分析化学理论教学和实验教学，主持多项国家级、省级教育教学改革项目，担任《大学化学》期刊编委，主持省级一流课程，作为主要完成人获得广东省教学成果一等奖，获宝钢优秀教师奖；主要科研方向为样品前处理技术和环境分析，主持国家自然科学基金面上项目、省市级重点研发计划等多个项目，在Adv. Funct. Mater.、Chem. Sci.、Anal. Chem.、Environ. Sci. Technol.、Chem. Commun.、Appl. Mater. Inter.、J. Hazard. Mater.、Trend Anal. Chem.等期刊发表科研论文150余篇。

郑成斌教授
四川大学化学学院，成都 610064
个人简介：郑成斌，教授/博士生导师，四川大学人才办副主任、化学学院副院长。研究方向为现场环境分析方法与仪器研制。在Angew. Chem. Int. Ed.、Environ. Sci. Technol.等期刊上发表SCI论文140篇，论文被引5200余次；承担科技部重大仪器专项课题、国家自然科学基金优秀青年基金等项目；入选教育部新世纪优秀人才、四川省学术与技术带头人等；获中国化学会青年化学奖、教育部拔尖计划2.0优秀管理人员奖、国家教学成果奖二等奖、四川省教学成果奖一等奖等奖励；担任教育部高等学校化学类专业教指委委员、国家一流专业负责人、省级一流课程负责人、四川省高等学校化学类专业教指委秘书长等教学服务工作。

邓顺柳教授
厦门大学化学化工学院，厦门 361005
个人简介：邓顺柳，厦门大学教授，化学国家级实验教学示范中心（厦门大学）常务副主任。长期从事无机化学实验和理论教学，主持和参与多项国家级、省级教育教学改革项目，作为主要完成人获国家级教学成果奖二等奖、福建省教学成果奖特等奖。主要研究兴趣为碳基纳米材料化学，先后主持或参与国家自然科学基金重大研究计划培育项目、重点项目、面上项目、青年基金项目和科技部973计划项目等，在Science Advance、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表论文多篇。

专刊介绍
        以提高人才培养质量为目标，坚持化学实验教学高标准，将教学型仪器的研制&改进与实验教学相结合，丰富实验教学内容，拓展学生的创新思维和实践动手能力，进一步优化实验教学课程体系，同时促进教师和实验技术人员技术水平的提高，推动实验室建设。为此，《大学化学》编辑部推出“教学型仪器的研制&改进与实验教学(2024)”专刊。欢迎各高校从事化学实验工作的老师们分享经验，以点带面推动大学化学实验教学整体水平提升。
        稿件内容包括但不限于以下方面：
        (1) 教学仪器的设计、研制及其在实验教学的应用
        (2) 现有教学仪器的改进及其在实验教学的应用
        (3) 自制科研仪器转化为实验教学项目
        (4) 仪器自搭建特色实验

投稿
请于2024年08月31日前，在大学化学网站(http://www.dxhx.pku.edu.cn/JournalX_uc/authorLogOn.action)完成在线投稿。投稿时请注明“教学型仪器的研制&改进与实验教学”专刊。文章接受后即网络发表，并在特刊网页集中列出。
所投稿件不能已经出版或准备在其他地方出版。所有稿件都须经过严格的同行评议。更详细信息请见大学化学的征稿简则。

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新冠病毒光热/比色双模态定量综合性实验设

曾景斌, 王文静, 赵田雨, 郭庚辰, 矫春鹏, 江永忠, 温聪颖

大学化学 2025, 40 (2): 1 -10. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202402027

摘要（2220）

PDF （3318KB）（269）

设计了“新冠病毒光热/比色双模态定量综合性实验”，通过开发在近红外光下具有高效光热转换效率的标记纳米探针，结合自行搭建的小型光热成像仪，有效克服了商用胶体金试纸条灵敏度低和不能准确定量的问题。该法操作简便快速，只需15 min即可完成，能够实现裸眼比色定性和光热信号定量检测，检测限低至1.2 pg·mL^-1，相比于胶体金试纸条，不仅实现了准确定量，且灵敏度提高了近10000倍，极大地缩短了病毒检测的窗口期。教学实践表明，该实验能够提高学生的综合能力、开拓其学术视野，并培养学生的科研素养和创新潜能。

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纳米孔道单分子电化学测量仪的实验教学应用与课程设计探索

胡正利, 应佚伦, 王佳, 钟诚兵, 孔璇凤, 余晓冬, 章文伟, 张剑荣, 龙亿涛

大学化学 2025, 40 (2): 11 -19. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202402048

摘要（3893）

PDF （1965KB）（556）

“科研融合型”仪器分析与化学测量实验是南京大学化学类专业本科生“早期介入科研”的重要途径，以此类实验课程为载体融合思政教育，有利于帮助学生树立正确的价值观，对于全面培养学生的科研兴趣、科学品德和学术素养具有重要意义。本文以基于自制仪器开设的“纳米孔道电化学单分子测量”实验为例，探讨了“验证学习”到“自主探索”的两段式实验教学模式，提出课程思政整体设计框架，提炼严谨求实、自强创新、科技报国等思政元素有效融入实验教学全过程，引导鼓励学生主动学习科学前沿技术和科研成果，自觉将课堂知识延伸至课外自主探索科研活动，实现了价值-知识-能力“三位一体”育人目标，为“科研融合型”化学实验课程建设与教学改革提供借鉴。

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智能化自动滴定仪在大学化学实践教学中的应用

曹靖, 陈吉文

大学化学 2025, 40 (2): 20 -27. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202403052

摘要（3134）

PDF （1655KB）（334）

良好的教学平台是提升教学质量的重要措施之一。在化学滴定分析的实验教学中，传统手工滴定的实验原理验证其准确性往往依赖于操作者技能的经验和熟练程度，检测周期长、人为因素影响较大。为丰富滴定实验的教学方法，引导学生掌握不同的滴定方式，本文研制了基于智能算法的自动滴定系统并应用于大学化学实践教学领域。所研制仪器通过实时采集化学反应图像，利用神经网络算法瞬时判断滴定终点，具有精度高、可靠性强、操作简单、实验数据可追溯等优点。智能化滴定仪器的引入，不仅提升了学生实验的检测时效，减少了人为因素的干扰，提高了实验的可重复性和准确性，而且对实验操作技能、实验原理验证两个培养目标需求进行了资源的合理分配，进而展开教学效果的独立评估与监控，有助于及时调整教学策略，切实提高教学质量。

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高效液相色谱仪器拆装实验设计与实践

肖华, 陈滔, 胡水, 李洁, 曾尊祥, 陈洪燕, 许先芳, 朱芳

大学化学 2025, 40 (2): 28 -39. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202404020

摘要（2796）

PDF （5568KB）（342）

分析仪器基础知识与操作技能是高校化学专业的重要教学内容，也是高校科研探究必备的基本素养。高效液相色谱仪作为一种重要的分析仪器，广泛应用于化学、生命科学、制药工业、环境科学、食品科学和石化分析等领域。为了进一步加深学生对液相色谱仪器结构与原理的理解，融会贯通，将理论应用于实践，本实验设计探究性仪器拆装实验教学内容，重新利用已报废的高效液相色谱仪，设计仪器拆装实验，引导学生打开仪器外壳，深度探索仪器内部“世界”。在实验过程中，有机融入课程思政教育，坚持以学生为中心，以探究为导向，增强学生独立思考与解决问题的综合能力，激发其探索未知、勇于创新的实践精神，培育其科技报国的家国情怀。

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自制表面解吸大气压化学电离质谱装置检测不饱和脂肪酸

张小平, 胡平花, 张军, 杨文雯, 曹晶晶

大学化学 2025, 40 (2): 40 -49. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202405121

摘要（1826）

PDF （1244KB）（209）

为应对当前化学教学实验多以验证性实验为主且学生自主创新能力不足的现状，设计了一项新实验——“自制表面解吸大气压化学电离质谱装置检测不饱和脂肪酸”。通过让学生自主搭建常压电晕放电电离装置，他们可以深入理解电离与环氧化的原理，激发实验主动性。这种自制装置简便高效，大幅降低教学成本，同时避免使用有机试剂，体现绿色环保理念。在本实验中，学生将研究新型活性物种水自由基阳离子(H₂O)₂^+·与油酸的C＝C键的环氧化反应，以实现对植物油中油酸的快速定量分析。该实验考察了分析化学的基本操作及有机质谱实验技能，旨在培养学生的动手能力及科学创新思维，非常适合用于本科化学实验教学。

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教学微等离子体原子发射光谱仪在创新实验教学中的应用

邓羽蓉, 杨嘉慧, 张金懿, 郑成斌

大学化学 2025, 40 (2): 50 -58. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202407032

摘要（2789）

PDF （2450KB）（227）

介绍了模块化的教学微等离子体原子发射光谱仪的设计理念及其仪器基本构造, 并以此光谱仪为例，示范教学改革策略。自搭建仪器实验教学模式通过让学生设计和构建仪器，深化原理理解，提升动手和创新能力。结合3D打印和人工智能技术，提高教学效率，掌握先进技术的应用能力。模块化教学方法鼓励学生根据兴趣选择内容，支持个性化学习，培养综合分析能力和创造性思维。

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旧谱新声(生)——基于旧仪器改造的创新实验教学

吴晶, 王威, 兰景凤, 俞娥, 蒲巧生

大学化学 2025, 40 (2): 59 -66. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202408127

摘要（2378）

PDF （2286KB）（290）

当前仪器分析实验中所使用的商品化设备结构较封闭、自动化程度高，使用方便但不利于教学过程中功能单元和运行过程的展示，针对该问题我们对一台旧的核磁共振波谱仪进行了数字化改造。利用数据采集卡代替其原装的笔式信号记录仪及示波器，并编写专用程序，实现了对仪器模拟信号的数字化处理及计算机上谱图的显示、处理和存储。经改造，仪器功能更贴合教学需求，多维度地提升了仪器分析实验的教学效果，不仅有助于深化学生对理论的理解，还可激发学生的创新意识。

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开放式上转换荧光测试系统的构建和教学应用

张尚青, 唐荔明, 陈明丽

大学化学 2025, 40 (2): 67 -75. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202408128

摘要（2425）

PDF （2138KB）（150）

介绍了开放式上转换荧光测试系统的设计、搭建与应用。上转换荧光测试系统由激光光源、光束转折镜、样品池、光纤光谱仪和计算机部分组成。模块化的设计理念有利于帮助学生自主搭建荧光平台并进行性能调试，强化学生对荧光定量分析方法、荧光仪器原理和构造的认识，激发学生学习好奇心，培养创新精神，锻炼动手实践能力。

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“课程思政”与“模块化”仪器分析实验的融合——以教学微等离子体原子发射光谱仪的自搭建及应用为例

邓羽蓉, 杨嘉慧, 张金懿, 郑成斌

大学化学 2025, 40 (2): 76 -81. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202408134

摘要（4044）

PDF （1901KB）（144）

在当前教育改革的大背景下，以自搭建模块化仪器分析实验为平台的教学模式的革新，已经成为培养拔尖创新人才的重要途径。学生通过直观理解并参与仪器的设计和搭建，显著提升了实践操作能力和科研兴趣。结合课程思政，这种教学模式在增强学生的科学素养与专业技能基础上，更激发了他们的社会责任感和爱国情怀，为培养具有社会主义核心价值观的创新创造复合型科技人才提供坚实的基础，为我国科技发展贡献持续的创新动力和智力支持。

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积木式自搭建离子色谱仪的教学设计与实践

陈招斌, 李华敏, 彭淑女, 吴平平, 邓顺柳, 王翊如

大学化学 2025, 40 (2): 82 -88. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202408135

摘要（3214）

PDF （1179KB）（186）

针对化学测量学与技术专业的培养目标，在本科实验教学中引入自搭建离子色谱仪实验课程，学生通过亲自搭建和调试仪器，加深对离子色谱仪器原理及构造的理解，训练学生的实践能力和创新思维。实验中利用商品化的配件和自加工的零件组装搭建具有完整功能的离子色谱仪，完成仪器的参数调试和性能测试，并利用自搭建的仪器测定自来水、湖水和饮料等实际水样中阴离子的含量，取得良好的教学效果。本实验设计以教学离子色谱仪搭建为例，展示实验仪器的设计思路和实现过程，让更多老师和同学加入仪器设计和新方法开发的队伍中。

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BOD-Q水质测定仪的研制及其实验教学应用

宋诚, 王厦, 刘鸿

大学化学 2025, 40 (2): 89 -96. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409005

摘要（2835）

PDF （2132KB）（178）

生化需氧量(BOD)是水污染控制领域科学研究中关键的数据指标。传统BOD基于溶氧耗量的检测方法，具有测试周期长、结果误差大、重现性差、操作复杂等问题，严重制约着水环境水生态领域的发展和实验教学的应用。本文提出一种BOD检测的新原理、新方法、新仪器，阐述了一项原始创新科学仪器——“BOD-Q水质测定仪”的研制及其实验教学应用，结果表明，该仪器将BOD检测时间从传统的5天缩短至0.5-5小时，检测误差≤10%，将该仪器引入实验教学中可丰富教学内容，提高教学质量。

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EXS800教学质谱仪应用于仪器分析实验教学的实践及探索

邵伟, 张万群, 胡万群, 杨凯平, 李维维, 周强, 刘斯, 朱平平

大学化学 2025, 40 (2): 97 -103. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202407062

摘要（2542）

PDF （1502KB）（199）

质谱作为一种高端精密仪器，大多数是从国外进口。中国科学技术大学化学实验教学中心于2022年采购了厦门大学设计开发的EXS800教学型质谱，并将其引入本科生实验。本文介绍了教学质谱仪用于仪器分析实验的实践与探索。教学质谱仪的引入，可打破学生对于大型仪器的敬畏感，激发学生的好奇心，深化学生对于质谱内部结构的认识，提升其实践能力和创新意识。

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为解决尾气泄漏问题的新型实验发生装置的设计及其在大学实验教学的应用

汤煜平, 周丽诗, 王书雅, 张乐颜, 胡宇翔, 逯彩彩, 林慰, 吴梓昊

大学化学 2025, 40 (2): 104 -110. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202408073

摘要（1849）

PDF （1361KB）（181）

针对传统含尾气吸收实验装置在拆卸过程中普遍存在的残余尾气泄漏问题，本研究基于压力平衡原理设计了新型实验发生装置，可在免于拆除装置造成尾气泄漏的前提下取得有效产物，去除反应生成的有害气体产物，规避了在拆卸装置时可能发生的残余尾气泄漏风险。在介绍装置的设计思路、使用方法及操作步骤后，本文以本科生化学合成实验——二苯乙二酮的制备为例，通过实际实验对比，新型实验发生装置相比传统实验装置，在保证实验效果和效率的同时，其在实验结束拆除装置过程中的二氧化氮泄漏量大幅度减少，有助于减少尾气对实验操作者的危害，减少环境污染，显著提升了实验室实验教学的安全性和环保性，进一步促进了化学实验教学中环保理念的渗透与实践。

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金属纳米粒子的制备及光学性质探究与表面增强拉曼应用

裴昕迪, 王嘉祎, 樊橙希, 邓人豪, 裴银豪, 张则予, 王宇哲, 吴平平, 张华, 王翔

大学化学 2025, 40 (2): 111 -120. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409019

摘要（3557）

PDF （4645KB）（393）

旨在学习金属纳米粒子的光学性质及其在表面增强拉曼光谱(SERS)中的应用，涵盖金属纳米材料的合成制备、表征及应用，让学生在学习无机合成、光学表征方法的同时，体验目前科学研究中材料制备-性质表征-体系应用的实验逻辑和思路，适用于不同学习阶段的学生。具体来说，首先通过改变合成条件，制备不同粒径和形状的金属纳米粒子。继而通过紫外吸收光谱(UV-Vis)和扫描电子显微镜(SEM)等来表征相互关联的光学性质与形貌，并能与基本的纳米光学原理对应理解。最后在SERS的应用中体现如何通过前期制备和表征来优化检测效果。环环相扣的学习和设计，让学生在学习专业知识的同时，提升科学思维。

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暗场显微镜下的纳米颗粒识别与观测细胞膜上的扩散运动——推荐一个化学测量学实验<

孙元芳, 张然, 罗天, 张欣, 王翊如, 黄腾翔, 方宁

大学化学 2025, 40 (2): 121 -129. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409025

摘要（3854）

PDF （1455KB）（214）

单颗粒示踪是实现动态生物过程实时观测的重要技术突破，对于挖掘静态观察中所隐藏的机制尤为重要。随着光学显微成像的发展，商品化仪器能够轻松实现微观尺度下对于生物过程的实时观察。本实验采用纳米金、银材料作为成像探针，探讨了等离激元纳米材料的尺寸效应；并设计活细胞成像实验，通过观察金纳米棒在细胞膜上的扩散运动将单颗粒示踪技术引入本科生教学，并将其作为化学测量学的示范性试验。本实验内容丰富、趣味性强，面向已基本掌握化学、化学生物学等基础知识并对化学测量学感兴趣的二、三年级本科生，旨在将单颗粒示踪领域研究前沿融入本科生教学，引导学生自主探索，有利于激发学生的科研兴趣与培养专业素养。

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教学拉曼光谱仪的模块化组装及实验教学应用

叶为春, 杨海朋, 潘婷, 范祥花, 杨秀佳, 王然, 马萌萌, 徐鑫鑫, 张保新, 沈永雯, 曾智聪

大学化学 2025, 40 (2): 130 -136. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409014

摘要（2734）

PDF （2375KB）（358）

鉴于拉曼光谱在分析检测上的独特优势，本文研制一款体积小、成本低、适合拆卸组装的教学型拉曼光谱仪，以培养学生在化学测量学领域上的拔尖综合能力；利用自主开发的仪器部件进行模块化设计和组装，开展具有科学性和趣味性的拉曼光谱检测应用。在理解拉曼光谱技术原理的同时掌握拉曼测试技能，提升学生的知识综合应用能力、动手能力和创新意识，帮助学生深入理解科学仪器内在构造、仪器设计和性能优化，激发学生的仪器创制热情。

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单分子器件电学特性测量仪器的研制及教学设计

陈亚兰, 叶雨清, 刘豪杰, 刘俊扬, 吴文峰, 白杰, 李晓慧, 洪文晶

大学化学 2025, 40 (2): 137 -150. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202410042

摘要（2240）

PDF （4143KB）（275）

为了填补本科实验教学中单分子尺度电学表征实验教学的空白，我们自主研发了一款专为教学实验定制的高精度单分子器件电学特性测量仪器，并基于该仪器设计了一套完整的实验教学方案。该实验已被纳入厦门大学“化学测量学与技术”专业必修课及化学“101计划”——化学测量学实验课程，展现出鲜明的跨学科特性。通过开展单分子器件电学特性的测量实验，不仅能够激发学生对未来半导体和芯片技术前沿动态的思考，更能在实践过程中有效锻炼学生的跨学科思维能力，促进学生综合素养的全面提升。

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