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1.1特殊的教學對象
1)目前多數學生是獨生子女,自我為中心的意識很強,他們渴望成功卻又缺乏吃苦耐勞的精神,心里想學習卻又不具備自我約束的能力;2)基礎課程的上課方式多為同專業、甚至是不同專業的多個班級的合班課,學生人數較多,化學基礎知識層次不齊,任課教師在課堂上很難做到照顧每一個學生的學習情況,再加上學時數的壓縮,學生的學習效果直接面臨一些困惑和難題:聽課效果不好、抄作業現象常有發生、考試結果不盡如人意、無法與后續專業課程銜接等等;3)非化學專業學生對化學基礎課的學習較被動,創新的主動性與積極性不強[3].以某高校園藝專業為例,在大一學年的第二學期,“分析化學”課程往往與英語及一些專業課程同時開課,相比而言,分析化學知識零碎,各類公式多,且抽象、難以理解,學生學習起來有枯燥無味之感,普遍反應記不住,因而缺乏興趣,積極主動性不高,甚至出現畏懼心理;同時“重專業知識,輕基礎知識”的現象也普遍存在.因此如何激發學生學習基礎課的興趣與主動性,最大程度地發揮他們的潛能,是擺在大學基礎課教師面前的一個新課題.
1.2繁雜的課程內容
“分析化學”學科在整個學習階段起著承上啟下的作用.它由一系列分析方法所構成,主要包括化學分析法和儀器分析法,經典的化學分析法又可分為重量分析法和滴定分析法;儀器分析法主要有光學分析法、電化學分析法、色譜分析法等等,其中每一種分析方法因響應信號機制不同還可進一步細分.不同的分析方法具有不同的原理、條件、儀器、特點和適用范圍等,既相互聯系又各自成體系,涉及的知識很廣,并且還在以日新月異的速度向前發展,各種新理論、新方法和新技術層出不窮.因此在這樣的大背景下,如何在“分析化學”學科的教學中營造一種活躍思維、主動學習、充分體現學生主體地位的氛圍,真正地提高課堂的教學效率,是每一位承擔這門課程的教師值得思考和探討的問題.
1.3機械的實驗教學
在實驗設計方面,簡單的驗證性實驗多,綜合設計的研究性實驗較少[4],實驗內容不能及時反映分析化學的發展現狀與相關學科間的滲透交叉,并且多數實驗都是在教師的“精心安排”下進行“照方抓藥”,學生只需按部就班地跟著教材走就能完成實驗,獨立思考的機會不多,嚴重缺乏在方案設計、樣品前處理及數據處理等方面的創造性鍛煉.在實驗授課方面,多數實驗課程仍采用傳統的“教師先講解原理———學生接受,然后動手實驗”的模式.教師“傾囊相授”,希望將所有的知識點都傳授于學生,但與教師的教學熱情相反,學生的積極性卻往往不高,無動于衷,對實驗內容的理解與設計基本依賴于教師的講解,缺乏對未知知識的探求精神以及獨立進行實踐操作的能力.在實驗操作方面,對于移液、稱量等基本操作,雖然教師已詳細講解并演示,學生操作仍不規范,如在減量法稱量時直接用手接觸稱量瓶,未用紙條和紙片;滴定時不注意觀察標準溶液滴落點周圍的顏色變化,卻不時地抬頭觀察滴定管的讀數;未進行半滴操作等.還有一些儀器較為精密、貴重,數量偏少,不能保證每個學生都能掌握所有實驗細節,再加上操作步驟較多,一些學生怕操作不當得不到理想的數據,只簡單做一些輔助的配合工作,甚至站在旁邊“冷眼觀看”,基本上是學無所獲.綜上所述,不難看出,目前“分析化學”實驗教學相對比較機械.所以,如何建立新型的分析化學實驗課程體系,采用新穎的教學方法,賦予學生更廣闊、更自主的學習空間,使學生在知識和能力上獲得雙豐收,是一個巨大的挑戰.
1.4單一的評價方式
多年來,“分析化學”課程的考核方式為期末閉卷考試這種單一的考核形式,課程最終成績為期末考試的卷面成績、實驗成績和平時成績加權后的總評成績.成績高的學生可能是“臨時抱佛腳”即考前幾天突擊復習的結果.這種考核方式雖然能較好地考察學生對“分析化學”課程基礎知識的儲備情況,卻不能很好地反映出他們綜合分析問題、解決問題的能力.因此,要使學生的創新能力、綜合運用知識能力得到真正的提高,必須要建立一套科學的評價方式.
2“分析化學”課程教學改革的主要措施
2.1激發學生興趣
美國教育家杜威指出:教育不是一件“告訴”和“被告訴”的事情,而是一個主動建設的過程.因此,在教學過程中應充分調動學生的積極性,激發他們的學習興趣.為此,可采取在傳統授課方式的基礎上,增加圖片、動畫效果、視頻等多樣化的多媒體內容幫助學生理解晦澀難懂的理論內容,并注重與相關學科之間的銜接與聯系,適時地把一些化學史、應用實例或社會熱點問題引入課堂,使學生認識到理論源于實踐,又能指導實踐.對于食品類專業的學生,在講解色譜分析法時,可介紹2008年我國發生的非法添加三聚氰胺的毒奶粉事件,進而向學生提出可用高效液相色譜法測定飼料和植物蛋白粉中的三聚氰胺,此外還可介紹引起社會廣泛關注的二噁英、蘇丹紅、瘦肉精等食品安全事件及奧運會期間興奮劑的檢測;針對生物學專業的學生,在介紹緒論“分析化學”課程的重要性及應用性時,如果只是泛泛地說分析化學在生物醫學領域有著非常重要的作用,學生其實并沒有深刻的體會,這時可列舉在生物大分子研究領域做出重大貢獻而獲得2002年諾貝爾化學獎的三位分析化學家約翰•芬恩、田中耕一和庫爾特•維特里希,緊接著介紹分析化學在他們熟知的領域,如基因組學、蛋白質組學和代謝組學中發揮的重要作用.這種講授方法不但會使學生進一步認識到“分析化學”課程在其所學專業的重要地位和作用,而且還能開拓他們的視野,最大程度地激發他們的求知欲和創新性,進而參與到分析化學的科研工作中來.另一方面,還應在現代教學理論的指導下,以“教師為主導、學生為主體,并凸顯主體”為研究突破口,發揮學生主觀能動性,把教師的“教”和學生的“學”統一起來,探索以學生為主體的教學模式,改變現在普遍存在的學生學得枯燥,教師教得艱難,大家都感到無所適從的局面,以達到在教學過程中,學生真正成為學習的主人,“快樂學習”、“學會學習”,最終達到提高人才培養質量的目標.例如,在教學實踐中可采取學生參與的方式,先由教師提出分析任務,如水環境中As含量的測定、重要藥物溶菌酶的測定[5]等,學生依據興趣自由分組,先完成綜述小論文,再由教師指導討論各種分析方法的優缺點.這樣,學生先是對這些分析任務產生濃厚興趣,水環境中As的含量究竟是多少?國家標準允許的含量是多少?經常飲用超標水,會對當地人、畜產生怎樣的不良后果?在此基礎上,深刻認識到準確測定的重要性.通過查閱文獻資料,了解到As的測定方法有滴定分析法、原子吸收光度法、電分析方法及紫外-可見吸收光譜法等,最后根據環境水樣中As的含量范圍及實驗室現有的儀器資源,確定選用紫外-可見分光光度法.在此過程中,學生可將課堂中學到的分析方法的評價指標及各種分析方法的原理用于解決實際問題,逐步形成為達到分析目的而應采取的分析化學專業思維的方式和方法.
2.2優化教學內容
“分析化學”課程教材難度大、內容多、學時少,因此,教學改革首先要以優化教學內容為核心,重點突出專業性和實用性:
1)對課程內容進一步優化和精簡,壓縮同其他基礎課程中相同或相近的內容,如氫離子濃度的計算等,這些在普通化學部分章節已經提到,可略講甚至不講,讓學生自己去復習.
2)對于相似的知識點,應培養學生歸納、比較和觸類旁通的能力.在滴定分析法中,可精講酸堿滴定法,包括滴定分析法的共性(基本原理、滴定曲線、突躍范圍及影響因素、指示劑、終點誤差和應用等),然后通過對比和歸納手段,講解配位滴定法和氧化還原滴定法;在講授紫外-可見分光光度法時,可以給學生列舉蛋白質含量測定的光度方法,如考馬斯亮藍染色法、雙縮脲法(Biuret法),并將這些方法和之前學習的凱式定氮法相比較,使學生了解各種方法的優缺點.通過這樣前后知識的貫通融合,達到了以點帶面、以小見大、觸類旁通的作用,不但大大節約了課時,也培養了學生自主學習的能力.
3)對于儀器分析內容,應把握教學重點,理清知識主線,突出方法間的聯系與區別[6].儀器分析的主要內容實際上就是響應信號與被測物性質(與結構有關)、濃度之間的關系,教師應讓學生徹底理解并掌握“利用峰位置可進行定性分析,峰高或峰面積可進行定量分析”這一基本規律.在三大類分析中(包括光譜分析、電分析和色譜分析),利用各自的峰位置可推斷被測物的結構信息,而峰面積或峰高則可以反映被測物的含量或濃度信息.這種講授方法會使學生對儀器分析知識有一整體性的認識,在此基礎上再對不同方法進行比較.這樣不僅可以收到較好的教學效果,還能幫助學生掌握學習知識的方法,最終達到雙贏的目的.
4)將學科的前沿發展動態引入課堂教學.徐光憲院士指出,應把21世紀分析化學生龍活虎、立體多維的形象展示給學生,引起學生對該課程的極大興趣.因此在實際教學中,應結合課程進度,適度地把學科最前沿的知識和最新的研究動態介紹給學生,注重知識面的補充和延伸.例如,在講解分光光度法時,可引進現今發展最為迅速的碳納米材料.碳材料的基本組成元素雖然相同,但由于這些元素的空間排布不同繼而可形成不同的形態,有零維的碳點、一維的碳納米管、二維的石墨烯等,不同的碳材料在紫外-可見光區域有不同的吸收峰,根據吸收峰(尤其是最大吸收波長)的位置可進行定性分析,區分不同的碳材料,根據吸光度的大小可進行定量分析,確定碳材料的濃度或含量.同時可利用透射電鏡、原子力顯微鏡等進一步確定碳材料內部的精確結構,用共聚焦顯微成像儀可觀察其在細胞內的成像情況,為將其進一步應用在重大疾病的診斷和治療方面提供理論依據.另外,對于現代分析化學中單細胞實時分析、單分子檢測等前沿技術,可以專題的形式介紹給學生.最后,還可以讓學生通過圖書館的網絡資源(如中文的CNKI和英文的WebofScience)追蹤相關領域的最新動態,這樣不僅為課堂注入了新鮮血液,而且能激發學生探索科學的興趣,有利于創新能力的培養.
2.3強化實驗環節
“分析化學”是一門以實驗為基礎的學科,實驗教學起著課堂教學不可替代的特殊作用,它不僅能使學生驗證和鞏固理論知識,而且能培養學生觀察、分析和解決問題的能力,養成嚴謹、細致、實事求是的科學態度.因此,如何使學生的實驗效率最大化,用“心”體會實驗內容,一直是“分析化學”教育工作者長期以來不斷追求的目標.最近幾年,有關實驗教學的改革如火如荼,筆者所在的學校也積極響應號召,針對“分析化學”實驗教學進行改革.
1)在實驗內容的安排上,保留具有代表性的經典實驗,通過這些實驗的練習,使學生規范地掌握基礎實驗的分析方法和操作要領.除此之外,增加一些與實際生活有緊密聯系的綜合設計性實驗,內容的選擇注重各專業的通用性,如食醋中總酸度的測定、日用衛生紙中熒光增白劑的檢測,并讓學生自行提供樣品.這些實驗很好地鍛煉了學生在文獻檢索、實驗方案設計、樣品前處理、儀器操作及用計算機軟件處理數據等方面的能力,大大地提高了學生的參與感和成就感,全方位地培養學生的化學素養.
2)在實驗講授和學生的操作訓練方面,摒棄教師“一切包辦”的理念和“老師講,學生聽”的單一模式.對于分析天平、滴定管等常規儀器,在課前預習的基礎上,教師對每一項基本操作技能(包括操作規范、操作要點和技巧、注意事項及影響實驗成敗的關鍵因素等)邊講邊示范,讓學生先在感官上對基本操作技能有初步的印象,然后再通過大量的獨立操作練習得以強化;對于一些涉及到精密貴重儀器的實驗內容,可采用“虛擬實驗”的方式,通過圖片、視頻等多媒體仿真動畫教學,將儀器工作原理和實驗過程通過三維虛擬動畫的模式直觀展現出來,教師要適時地對操作中可能出現的問題進行講解與引導,盡可能提示操作可能出錯的地方以及出錯所導致的不良結果,增強學生的感性認識,減少實驗中由于操作不當等造成的不必要的損失和浪費.
2.4科學評價學生成績
要培養適應社會發展需要的多元化創新人才,必須要有科學的評價方式.基于此,要改變以“考試分數論英雄”的做法,強化對學習過程、學習能力的評價,構建多元評價體系.筆者在授課過程中均采用結構評分來組成課程的總成績,即總成績=平時成績(10%)+實驗成績(30%)+期末考試成績(60%)綜合考察學生學習情況,其中平時成績改變以往所用的點名或簽到次數計算的方式,而是通過對學生在課前預習、隨堂練習、課堂討論及課后復習的總體表現來確定;實驗成績采用綜合評定標準,包括預習報告、實驗操作、實驗報告、紀律清潔四部分,學生編造實驗數據及結果的不良風氣得以糾正.實踐證明,這種成績評定方式有利于調動學生學習的主動性,激發其學習熱情,真實地反映了學生對“分析化學”課程“三基”知識的掌握情況,最終達到提高教學質量的目的.
3結語
堿基的組成和排列順序不同是DNA核苷酸之間存在差別的主要原因,因此,研究DNA分子中堿基的電化學性質也具有十分重要的意義。本文僅對DNA鏈中的堿基在單壁碳納米管復合聚吖啶橙(SWNTs/POAO)電極上的電化學行為進行研究。
(一)堿基對的氧化現象SWNTs/POAO電極既具有較大的比表面積大的π電子體系及大量的活性電位特點,又具有導電聚合物地性能。因此,在SWNTs/POAO電極上,嘌呤堿基和嘧啶堿基的氧化電位都隨著其結構環系上的取代基增多而產生反向移動,且氧化的峰電流會隨著濃度增加而出現線性增長。由于嘌呤堿基是由嘧啶和咪唑酬和而成的環系,多π芳雜環系和缺π芳雜環系都在其結構中存在,所以鳥嘌呤(GUA)和腺嘌呤(ADE)容易發生氧化,且氧化電流較大;而嘧啶堿基結構中只有缺π芳雜環,致使其比嘌呤堿基的氧化電位較正,氧化電流較小。由上所述,可以得出嘧啶堿基電氧化反應的靈敏度比嘌呤堿基低的結論。
(二)嘌呤堿基氧化過程分析以ADE和GUA為研究對象,分別分析研究了其在不同電極的反應(見圖2)。在圖中可以發現,只有嘌呤堿基對的氧化電流峰,而沒有還原峰,由此可以得知嘌呤堿基的電極反應是不可逆的過程。在圖中還可以看出,ADE和GUA的氧化峰電流在GCE(玻碳電極)和POAO(聚吖啶橙電極)上基本相同且都較小;而在SWNTs修屎電極上比在GCE上有明顯增加,這表明碳單壁納米管增加了GCE電極的有效面積,且其自身帶有的—COOH、—OH基團給電極提供了更多的反應點,催化了GUA、ADE的反應,峰電流明顯增大。而在SWNTs/POAO電極上,嘌呤堿基的氧化電流增加更加明顯。
二、DNA堿基與金屬離子的相互作用
脫氧核糖核酸與金屬離子的相互作用,主要有其對金屬離子的吸附作用以及核糖核酸上特點結合點與金屬離子發生配位作用。本文僅對DNA嘧啶堿基與汞、銀離子的相互作用進行分析。
(一)汞離子與胸腺嘧啶的相互作用汞離子與DNA的相互作用在1952年時就已經被Katz發現,但其觀點是汞離子與DNA鏈中的磷酸骨架發生了互相作用,到后來Thomas用紫外光譜證實汞離子是與DNA中的堿基發生作用。在這個發現之后,Katz于1963年又提出了T-Hg-T的假設,這個假設內容是汞離子與T堿基是以1:2的比例形成新配合物。近年來,日本人Ono等人通過溶解曲線、質譜以及核磁共振等手段進一步證實了T-Hg-T的假設[2]。由于有毒性是汞離子的具備的特點,利用DNA能夠與汞離子結合發生反應的特性,可以來進行環境汞離子含量的檢測。
(二)核糖核酸與胞嘧啶的相互作用銀離子與胞嘧啶的相互作用是在2002年才由Tanaka小組開始研究,他們通過研究銀離子與人工合成DNA雙鏈(含有嘧啶(Pyridine)修飾堿基形成的P-P錯配)發生特異性結合的現象,證實了銀離子與嘧啶反應能夠形成穩定的P-Ag-P結構。2008年,One小組提出了銀離子可以與胞嘧啶形成穩定的C-Ag-C結構,并通過變溫紫外的研究手段證實了銀離子具有能夠使錯配的DNA雙鏈更加穩定。根據銀離子的這種特性,可以將其設計成分子信標,應用在醫學診斷、生物工程研究等各個領域。
三、結語
BrukerAV-300,AV-500型核磁共振光譜儀;X4型數字顯示顯微熔點測定儀(溫度未校正);Agilent1100LC/MSDSL;LABCONCO冷凍干燥儀;JASCOP-1020旋光測定儀半制備型高效液相色譜儀Waters600型;檢測器Waters2487紫外雙波長檢測器;Agilent-1100高效液相色譜儀;柱色譜材料為硅膠(200-300目)、RP-C18(YMC;12nm)及SephadexLH-20(AmershamBiosciences);柱色譜試劑均為分析純,高效液相色譜試劑均為色譜純。
白芷根于200403采自江蘇省鹽城市洋馬鎮,經江蘇省中國科學院植物研究所袁昌齊研究員鑒定,憑證標本現存放于江蘇省中國科學院植物研究所標本館內。
2提取與分離
白芷根(38kg)用95%的乙醇提取3次,合并提取液,減壓濃縮至無醇味。提取液依次用石油醚、醋酸乙酯萃取,剩余部分為水部分。將水部分上樣于D101大孔樹脂柱,水-乙醇梯度洗脫,分為6個部分。其中50%洗脫部分分別進行硅膠柱層析,氯仿-甲醇(10∶1~7∶3)梯度洗脫,各流分采用薄層或高效液相檢識,合并相類似組分,反復反相柱層析分離,凝膠純化,得到6個化合物。
3結構鑒定
3.1化合物1
白色無定形粉末(凍干),mp170~172℃,[α]21.7D=-52.40(c=0.065甲醇:水=40:60),紫外燈365,254nm下均顯示藍綠色熒光。ESI-MSm/z:509[M+Na]+,示其分子量為486,結合1H-NMR,13C-NMR譜數據推斷分子式為C21H26O13。化合物的1H-NMR,13C-NMR,HMQC及HMBC譜數據詳見表1。綜合各譜數據及與文獻[1]對照鑒定化合物為7-O-β-D-Apiofuranosyl-(16)-β-D-Glucopyranosyl-Scopoletin(xeroboside)。表1化合物1的1H-NMR,13C-NMR,HMQC及HMBC譜數據(略)
3.2化合物2
白色無定形粉末(凍干),[α]21.7D=-55.20(c=0.065甲醇∶水=40∶60),紫外燈365nm及254nm下均顯示藍綠色熒光,ESI-MSm/z:495[M+Na]+,示其分子量為472,結合1H-NMR,13C-NMR譜數據推斷分子式為C20H24O13。化合物的1H-NMR,13C-NMR,HMQC及HMBC譜數據見表2。綜合以上各譜數據及與已知文獻[2]對照鑒定化合物為aesculetin-6-O-β-D-apiofuranosyl-(16)-O-β-D-glucopyranoside。
3.3化合物3白色無定形粉末(氯仿-甲醇),mp207℃,[α]21.7D=+47.75(c=0.07甲醇∶水=40∶60),紫外燈365,254nm下均顯示藍色熒光。ESI-MSm/z∶407[M+Na]+示其分子量為384,結合1H-NMR,13C-NMR譜數據推斷分子式為C17H20O10。化合物的1H-NMR,13C-NMR,COSY,HMQC及HMBC譜數據詳見表3。綜合各譜數據[3]鑒定化合物為tomenin。表2化合物2的1H-NMR,13C-NMR,COSY,HMQC及HMBC譜數據(略)表3化合物3的1H-NMR,13C-NMR,COSY,HMQC及HMBC譜數據(略)
3.4化合物4
白色無定形粉末(凍干),mp140~141℃,[α]19.4d=-52.30(c=0.06甲醇∶水=40∶60),紫外燈365及254nm下均顯示藍色熒光,結合1H-NMR,13C-NMR譜數據推斷分子式為C16H18O9。1H-NMR(Pyridine-d5500MHz)δ:6.27(1H,d,J=9.5Hz,3-H),7.56(1H,d,J=9.5Hz,4-H),7.62(1H,s,5-H),6.90(1H,s,8-H),3.70(3H,s,OCH3),5.65(1H,d,J=7.1Hz,1-H-Glc)。綜合以上數據及與已知文獻[4]對照鑒定化合物為isoscopolin。
3.5化合物5
白色無定形粉末(凍干),[α]21.7D=-55.20(c=0.065甲醇∶水=40∶60),ESI-MSm/z:455[M+Na]+,示其分子量為432,結合1H-NMR,13C-NMR譜數據推斷分子式為C19H28O11。1H-NMR(Pyridine-d5500MHz)δ:7.07(2H,d,J=8.5Hz,3-H和5-H),7.19(2H,d,J=8.6Hz,2-H和6-H),2.96(2H,t,J=7.4Hz,β-H),4.34(1H,dd,J=7.5,11.2Hz,3''''a-α),3.88(1H,dd,J=7.4,11.2Hz,3''''a-α),4.82(1H,d,J=7.1Hz,1-H-Glc),5.75(1H,d,J=2.6Hz,1-H-Api)。13C-NMR(Pyridine-d5125MHz)δ:129.53(C-1),130.50(C-2),116.13(C-3),157.23(C-4),116.13(C-5),130.50(C-6),71.12(C-α),35.88(C-β),104.58(C-1-Glc),74.95(C-2-Glc),78.45(C-3-Glc),71.12(C-4-Glc),77.08(C-5-Glc),68.87(C-6-Glc),111.07(C-1-Api),77.74(C-2-Api),80.37(C-3-Api),75.00(C-4-Api),65.48(C-5-Api)。綜合以上數據及與文獻[5]對照鑒定化合物為OsmanthusideH。
4結果與討論
前人從茜草科植物山石榴Xeromphisspinosa[1]以及Xeromphisobovata[6]中分到過此化合物1,故此次為首次從傘形科中分離得到。但化合物的熔點有文獻[1]報道為238~234℃,有文獻[2]報道為192~197℃,而本次實驗測得的熔點為170~172℃,具體原因有待進一步確定。
前人從忍冬科植物Loniceragracilipes[3]中分得化合物2,但是只報道了1H-NMR,13C-NMR譜數據,且C-6和C-7的歸屬顛倒了。本文通過對其進行HSQC,HMBC等二維譜的研究,糾正了前人的錯誤,豐富了該化合物的波譜數據。
日本學者Hasegawa[3]最早從薔薇科植物Prunustomentosa中分離得到化合物3,但沒有報道核磁數據,以后未見此化合物的報道。本文完善了該化合物的核磁數據,并且用二維譜進行了全歸屬,豐富了該化合物的波譜數據,并首次報道了此化合物的旋光值。
化合物6在自然界植物中分布廣泛,但在傘形科植物中此類化合物較少見。
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在初中化學教材中,基本概念幾乎每節都有,而化學概念是學習化學必須掌握的基礎知識,準確地理解概念對于學好化學是十分重要的。初中學生的閱讀和理解能力都比較差,因此,教師在教學過程中講清概念,把好這一關是非常重要和必要的。
一、講清概念中關鍵的字和詞
為了深刻領會概念的含義,教師不僅要注意對概念論述時用詞的嚴密性和準確性,同時還要及時糾正某些用詞不當及概念認識上的錯誤,這樣做有利于培養學生嚴密的邏輯思維習慣。
例如,在講“單質”與“化合物”這兩個概念時,一定要強調概念中的“純凈物”三個字。因為單質或化合物首先應是一種純凈物,即是由一種物質組成的,然后再根據它們組成元素種類的多少來判斷其是單質或者是化合物,否則學生就容易錯將一些物質如金剛石、石墨的混合物看成是單質(因它們就是由同種元素組成的物質),同時又可誤將食鹽水等混合物看成是化合物(因它們就是由不同種元素組成的物質)。
又如在初中教材中,酸的概念是“電解質電離時所生成的陽離子全部是氫離子的化合物叫做酸。”其中的“全部”二字便是這個概念的關鍵了。因為有些化合物如NaHSO4,它在水溶液中電離是既有陽離子H+產生,但也有另一種陽離子Na+產生,陽離子并非“全部”都是H+,所以它不能叫做酸。因此在講酸和堿的定義時,均要突出“全部”二字,以區別酸與酸式鹽、堿與堿式鹽。
二、剖析概念,加深理解
對一些含義比較深刻,內容又比較復雜的概念進行剖析、講解,以幫助學生加深對概念的理解和掌握。
如“溶解度”概念一直是初中化學的一大難點,不僅定義的句子比較長,而且涉及的知識也較多,學生往往難于理解。因此在講解過程中,若將組成溶解度的四句話剖析開來,效果就大不一樣了。其一,強調要在一定溫度的條件下;其二,指明溶劑的量為100g;其三,一定要達到飽和狀態;其四,指出在滿足上述各條件時,溶質所溶解的克數。這四個限制性句式構成了溶解度的定義,缺一不可。
又如在學習“電解質”概念時,學生往往容易將“電解質”與“非電解質”,甚至同金屬的導電性混淆在一起,導致學習中的誤解。因此教師在講解時,可將“電解質”概念剖析開來,強調能被稱為電解質的物質①一定是化合物;②該化合物在一定條件下有導電性;③條件是指在溶液中或熔化狀態下,二者居一即可,所以概念中用“或”不能用“和”。如NaCl晶體雖然不導電,但①它是化合物;②NaCl在水溶液中或熔化狀態下都能導電,所以NaCl是電解質。而NaCl溶液和Cu絲雖然能夠導電,但前者是混合物,后者是單質,所以它們既不是電解質也不是非電解質。在教學中若將概念這樣逐字逐句剖析開來講解,既能及時糾正學生容易出現的誤解,又有抓住特征,使一個概念與另一個概念能嚴格區分開來,從而使學生既容易理解,又便于掌握。
三、正反兩方,講清概念
有些概念,有時從正面講完之后,再從反面來講,可以使學生加深理解,不致混淆。
一、造成分化的原因
(一)缺乏學習數學的興趣和學習意志薄弱是造成分化的主要內在心理因素。
對于初中學生來說,學習的積極性主要取決于學習興趣和克服學習困難的毅力。筆者對四處初中的抽樣調查表明,284名被調查學生中,對學習數學有興趣的占51%,其中有直接興趣的47人,占15%;有間接興趣的85人,占30%;原來不感興趣,后因更換老師等原因而產主興趣的17人,占6%;對數學不感興趣或興趣軟弱的占49%,其中直接不感興趣的20人,占7%,原來有興趣,后來興趣減退的118人,占42%。調查中還發現,學習數學興趣比較淡薄的學生數學學習成績也比較差,學習成績與學習興趣有著密切的聯系。
學習意志是為了實現學習目標而努力克服困難的心理活動,是學習能動性的重要體現。學習活動總是與不斷克服學習困難相聯系的,與小學階段的學習相比,初中數學難度加深,教學方式的變化也比較大,教師輔導減少,學生學習的獨立性增強。在中小銜接過程中有的學生適應性強,有的學生適應性差,表現出學習情感脆弱、意志不夠堅強,在學習中,一遇到困難和挫折就退縮,甚至喪失信心,導致學習成績下降。
(二)掌握知識、技能不系統,沒有形成較好的數學認知結構,不能為連續學習提供必要的認知基礎。
相比小學數學而言,初中數學教材結構的邏輯性、系統性更強。首先表現在教材知識的銜接上,前面所學的知識往往是后邊學習的基礎;其次還表現在掌握數學知識的技能技巧上,新的技能技巧形成都必須借助于已有的技能技巧。因此,如果學生對前面所學的內容達不到規定的要求,不能及時掌握知識,形成技能,就造成了連續學習過程中的薄弱環節,跟不上集體學習的進程,導致學習分化。
(三)思維方式和學習方法不適應數學學習要求。
初二階段是數學學習分化最明顯的階段。一個重要原因是初中階段數學課程對學生抽象邏輯思維能力要求有了明顯提高。而初二學生正處于由直觀形象思維為主向以抽象邏輯思維為主過渡的又一個關鍵期,沒有形成比較成熟的抽象邏輯思維方式,而且學生個體差異也比較大,有的抽象邏輯思維能力發展快一些,有的則慢一些,因此表現出數學學習接受能力的差異。除了年齡特征因素以外,更重要的是教師沒有很好地根據學生的實際和教學要求去組織教
二、減少學習分化的教學對策
(一)培養學生學習數學的興趣
興趣是推動學生學習的動力,學生如果能在學習數學中產生興趣,就會形成較強的求知欲,就能積極主動地學習。培養學生數學學習興趣的途徑很多,如讓學生積極參與教學活動,并讓其體驗到成功的愉悅;創設一個適度的學習競賽環境;發揮趣味數學的作用;提高教師自身的教學藝術等等。
(二)教會學生學習
有一部分后進生在數學上費工夫不少,但學習成績總不理想,這是學習不適應性的重要表現之一。教師要加強對學生的學習指導,一方面要有意識地培養學生正確的數學學習觀念;另一方面是在教學過程中加強學法指導和學習心理輔導。
(三)在數學教學過程中加強抽象邏輯思維的訓練和培養。
要針對后進生抽象邏輯思維能力不適應數學學習的問題,從初一代數教學開始就加強抽象邏輯能力訓練,始終把教學過程設計成學生在教師指導下主動探求知識的過程。這樣學生不僅學會了知識,還學到了數學的基本思想和基本方法,培養了學生邏輯思維能力,為進一步學習奠定較好的基礎。
(四)建立和諧的師生關系
論文摘要介紹掃描探針顯微鏡教學演示軟件。該軟件將CAI技術和SPM技術結合在一起,主要運用文字說明,靜態圖像,三維動畫,模擬仿真等方法,對SPM的初學者進行SPM的原理介紹和使用培訓,可以大大縮短他們的學習時間,并能使其在較短的時間內對SPM有一個較為深入和全面的了解。
ApplicationofScanningProbeMicroscopeinMachineryTeaching//YueRui,ZhuWengsheng
AbstractThissoftwarecombinesCAItechnologywithSPMtechnologyandmainlusesmethodsoftextexplanation,three-dimensionanimationaswellasmathematicalsimulationtotrainthebeginnersofSPM.Afterusingthesoftware,thebeginnerscanquicklygetdeepandwholeknowledgeofSPM.
KeywordsscanningtunnellingmicroscopeofNANOVISUAtape(STM);Pictureprocessing:ScanningProbeMicroscope(SPM);AtomicForceMicroscope;teachingeffictiveness
Author’saddress
1.GraduateSchool,NanjingAgricultureUniversity,210095,Nanjing,China
2.LianshuiVocationEducationCentre,223400,Lianshui,Jiangsu,China
1引言
1982年,IBM瑞士蘇黎士實驗室的葛·賓尼(G.Binning)和海·羅雷爾(H.Rohrer)研制出世界上第一臺掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnellingMicroscope,簡稱STM).STM使人類第一次能夠實時地觀察單個原子在物質表面的[1]排列狀態和與表面電子行為有關的物化性質,在表面科學、材料科學、生命科學等領域的研究中有著重大的意義和廣泛的應用前景,被國際科學界公認為20世紀80年代世界十大科技成就之一。為表彰STM的發明者們所作出的杰出貢獻,1986年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學獎金.NanoVisual,教學型掃描隧道顯微鏡可在機械教學中發揮良好作用。
2教學型NANOVISUAL掃描隧道顯微鏡
NanoVisual是針對高等院校實驗課程和中學素質教育而設計的教學型掃描隧道顯微鏡。為了適應教學要求,NanoVisual去繁就簡,掃描部件高度集成,操作流程簡練便捷,具備工作原理清晰、穩定性優越等特點。在線控制軟件和后處理軟件用戶界面友好,輔以生動的教學課件,引導學生輕松掌握掃描隧道顯微鏡的原理和基本操作方法。[2]NanoVisual掃描隧道顯微鏡具有一定的可擴充性,可以根據需要增加某些功能部件,從而具備一定科研能力。
3主要性能
掃描圖像BMP/TIFF全兼容文件格式,當前全部工作環境參數同步保存。基于WindowsXP/2000/9X的在線控制軟件和后處理分析軟件,簡約化的掃描隧道顯微鏡探頭,初學者只需經簡單的培訓即可掌握操作方法,具有I-V曲線等測量分析功能,具有圖形刻蝕模式和矢量掃描模式的納米加工技術,樣品尺寸直徑30mm、厚度10mm。主控制系統采用德州儀器(TI)32位數字信號處理器(DSP),每秒可實現高達10億次32位運算。主控制系統采用10M/100M快速以太網(FastEthernet10/100)與計算機連接。[3]全數字控制,系統狀態、儀器類型、掃描器和探針架參數智能識別和控制。具針尖表征及圖像重建功能(針尖形貌估計/圖像重建/用已知針尖重建圖像)。按功能模塊劃分的縱向插卡式結構,便于日后系統維護和升級。
3.1.技術指標
1)軟件系統:基于WindowsXP/2000/9X的在線控制軟件和后處理軟件。
2)系統功能:掃描隧道顯微鏡(STM)。納米加工和操縱,包括圖形刻蝕模式和矢量掃描模式。
3)參數性能:電流檢測靈敏度:≤10pA。圖像分辨率:128X128,256X256,512X512,1024X1024。掃描角度:0~360°。掃描頻率:0.1~100Hz。預置隧道電流:0.1~10nA。偏置電壓:-2~+2V。
4)電子控制系統:8通道16-bitDAC,建立時間1.5微秒。通信接口:10M/100M快速以太網(FastEthernet10/100)接口。
5)機械性能:樣品尺寸:最大可達直徑30mm,厚度10mm。全自動步進電機控制進樣系統。
4掃描隧道顯微鏡(STM)[1,2]原理分析
掃描隧道顯微鏡(STM)的基本原理是利用量子理論中的隧道效應。將原子線度的極細探針和被研究物質的表面作為兩個電極,當樣品與針尖的距離非常接近時(通常小于1nm),在外加電場的作用下,電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一電極。這種現象即是隧道效應。隧道電流I是電子波函數重疊的量度,與針尖和樣品之間距離S和平均功函數Φ有關.[4]。
隧道電流強度對針尖與樣品表面之間距非常敏感,如果距離S減小0.1nm,隧道電流I將增加一個數量級,因此,利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定,并用壓電陶瓷材料控制針尖在樣品表面的掃描,則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品表面的起伏。
將針尖在樣品表面掃描時運動的軌跡直接在熒光屏或記錄紙上顯示出來,就得到了樣品表面態密度的分布或原子排列的圖象[5]。這種掃描方式可用于觀察表面形貌起伏較大的樣品,且可通過加在z向驅動器上的電壓值推算表面起伏高度的數值,這是一種常用的掃描模式。對于起伏不大的樣品表面,可以控制針尖高度守恒掃描,通過記錄隧道電流的變化亦可得到表面態度的分布。這種掃描方式的特點是掃描速度快,能夠減少噪音和熱漂移對信號的影響,但一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品[6]。
是利用SPM進行納米加工的客觀依據。同時也說明,SPM不是簡單用來成像的顯微鏡,而是可以用于在原子、分子尺度進行加工和操作的工具。
5教學課程安排
1)第一周:原理簡介與上機模擬。課后著手資料定向查詢并準備實驗報告。
2)第二周:演示與學生實驗。先用鐵絲作探針練習,熟練后再用鉑銥合金絲制作針。指定樣品(光柵)的測量。
3)第三周:改變電壓及掃描角度重新掃描,進行圖像處理。課后資料定向查詢并完成實驗報告。報告內容:心得、體會及建議,STM在某個領域的應用或STM儀器的某部件的原理。
4)第四周:宣講實驗報告,每人15分鐘(包括5分鐘提問)。
6圖像處理
1)平滑處理:將像素與周邊像素做加權平均。
2)斜面校正:選擇斜面的一個頂點,以該頂點為基點,現行增加該圖像的所有像數值,可多次操作。
3)中值濾波:傅立葉變換。對圖像的周期性很敏感,在做原子圖像掃描時很有用.
7結束語
在線控制軟件和后處理軟件用戶界面友好,輔以生動的教學課件,引導學生輕松掌握掃描隧道顯微鏡的原理和基本操作方法.作為一種CAI軟件,本軟件界面好,操作簡便。采用文字、圖形、三維動畫等方式將SPM這一尖端復雜儀器的原理和使用與計算機輔助教學這一形式結合起來,經部分人員試用后,效果明顯,反應良好。可大大增加操作者學習SPM的興趣,并能起到事半功倍的效果,提高課堂教學效果。不足的是AFM和SNOM的數學模型還有待進一步研究。
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現代醫學研究表明,花錨屬植物的主要化學成分為(口山)酮及(口山)酮苷類、裂環烯醚萜類、三萜類、黃酮類以及一些生物堿類化合物等。
1.1(口山)酮及(口山)酮苷孫洪發等[4]從橢圓葉花錨中得到五種(口山)酮成分,分別為1,7-二羥基-2,3,4,5-四甲氧基(口山)酮,1,5-二羥基-2,3,7-三甲氧基(口山)酮,1,2-二羥基-3,4,5-三甲氧基(口山)酮,1,5-二羥基-2,3-二甲氧基(口山)酮和1,7-二羥基-2,3-二甲氧基(口山)酮。
孫洪發等[5]又從橢圓葉花錨中得到3種(口山)酮苷成分,分別為1-o-[β-D-木吡喃糖-(1-6)-β-D-葡萄吡喃糖]-2,3,5,7-四甲氧基(口山)酮,1-o-[β-D-木吡喃糖-(1-6)-β-D-葡萄吡喃糖]-2,3,5-三甲氧基(口山)酮和1-o-[β-D-木吡喃糖-(1-6)-β-D-葡萄吡喃糖[-2,3,4,5-四甲氧基(口山)酮。其中1-o-[β-D-木吡喃糖-(1-6)-β-D-葡萄吡喃糖]-2,3,5,7-四甲氧基(口山)酮(花錨苷)和1-o-[β-D-木吡喃糖-(1-6)-β-D-葡萄吡喃糖[-2,3,5-三甲氧基(口山)酮(去甲氧基花錨苷)為該屬植物抗肝炎的兩種有效成分。
張德等[6]采用元素分析(EA)、核磁共振波譜(NMR)、質譜(MS)、紅外光譜(IR)、紫外光譜(UV)、差示掃描量熱(DSC)等分析方法首次從藏藥花錨中分離得到兩種針狀結晶化合物,分別為1-羥基-3,7,8-三甲氧基(口山)酮(1-hydroxy-3,7,8-trimethoxyxanthone)和1,7-二羥基-3,8-二甲氧基((口山))酮(1,7-dihydroxy-3,8-dimethoxyxanthone)。
高潔等[7]從橢葉花錨乙醇提取物醋酸乙酯萃取部分分離得到8個(口山)酮化合物,分別為1,7-二羥基-2,3,5-三甲氧基(口山)酮,1-羥基-2,3,4,7-四甲氧基(口山)酮,1,7-二羥基-2,3,4,5-四甲氧基(口山)酮,1,7-二羥基-2,3-二甲氧基(口山)酮,1,5-二羥基-2,3-二甲氧基(口山)酮,1-羥基-2,3,5-三甲氧基(口山)酮,1-羥基-2,3,4,5-四甲氧基(口山)酮和1-羥基-2,3,5,7-四甲氧基(口山)酮。
1.2其它成分Rodrigaez等[8]從花錨中分離得到了一種的黃酮類葡萄糖苷;高光躍等[9]從橢圓葉花錨全草中測出含有獐牙菜苦苷和當藥苷;Dhasmana等[10]從橢圓葉花錨全草中分離得到齊墩果酸和谷甾醇葡萄糖苷;Rodrigaez等[11]從花錨中分離得到了一種二糖酯裂環烯醚萜。
2藥理活性
花錨為藏蒙藥中治療肝膽系統疾病的常用藥物,其主要分布于我國的、青海、四川、甘肅等地藏民族地區,目前對花錨藥理活性的研究報道較少,有待進一步深入研究。
2.1保肝降酶作用張經明等[12]采用花錨煎劑(含花錨苷)對CCl4造成的肝損傷模型的研究表明,花錨苷可明顯增加核糖核酸;藥理實驗證明,花錨中的花錨苷和去甲氧基花錨苷具有明顯的保肝作用,可增加核糖核酸,增加肝糖元,促進蛋白質的合成,促進肝細胞的再生,加速壞死組織的修復,是該植物抗肝炎的主要有效成分。周富強[13]通過不同劑量西寧花錨對CCl4實驗性肝損傷后肝糖元的含量的研究,發現西寧花錨對CCl4損傷后小鼠肝糖元的儲存的恢復有一定的藥效,可顯著提高肝糖元的含量。
馬學惠等[14]在齊墩果酸防治CCl4引起的大鼠急性肝損傷作用的研究中,發現該藥物能使血清GPT明顯下降,肝內甘油三酯積累量減少;同時,能使肝細胞變性、壞死明顯減輕,糖原蓄積增加,具有明顯的保肝降酶作用。宮新江等[15]的齊墩果酸對環磷酰胺所致大鼠肝細胞損傷的保護作用的研究表明,齊墩果酸能抑制環磷酰胺所致的肝細胞上清液ALT,AST及LDH活力升高,肝細胞MTT值減小,說明齊墩果酸可抗環磷酰胺所致肝細胞損傷。
王曉峰等[16]采用原代培養的小鼠肝細胞,以3H-胸腺嘧啶和3H-亮氨酸摻入的方法,研究經齊墩果酸預處理后的小鼠的肝細胞DNA和蛋白質合成速率的變化,結果發現齊墩果酸能促進肝細胞DNA及蛋白質合成,且合成速率明顯增高,具有保肝作用。另外王曉峰等[17]報道齊墩果酸在對小鼠肝內谷丙轉氨酶及谷草轉氨酶的直接作用時,小鼠血清樣品與不同濃度的齊墩果酸分別作用后,谷丙轉氨酶活性則顯著降低,說明齊墩果酸對谷丙轉氨酶活性具有明顯抑制作用。
2.2降血糖作用苗德田等[18]研究了齊墩果酸對大鼠血糖的影響,結果顯示,齊墩果酸對化學性高血糖模型大鼠有顯著的降血糖作用。柳占彪等[19]用齊墩果酸對高血糖大鼠治療,結果發現單一的齊墩果酸具有降低高血糖的作用,同時在血糖降低時肝糖原和血清胰島素均有明顯升高。
2.3抗炎作用戴岳等[20]采用多種實驗性炎癥模型證實齊墩果酸對二甲苯與乙酸引起的小鼠皮膚和腹腔毛細血管通透性增高及對角叉菜膠等多種致炎物引起的大量足墊腫脹都具有明顯抑制作用。
2.4抗氧化活性肝細胞膜的脂質過氧化是造成肝損傷的重要原因之一,高潔等[7]在研究藏藥花錨中(口山)酮類成分及其抗氧化活性時,從橢葉花錨乙醇提取物醋酸乙酯萃取部分分離得到8個(口山)酮化合物,且該類化合物在一定程度上能顯著抑制Fe2+-Cys誘導大鼠肝微粒體丙二醛的生成,有效降低肝微粒體膜的氧化損傷。因此,具有一定的抗氧化活性。
2.5其他作用橢圓葉花錨的干浸膏可提高單核-巨噬細胞吞噬功能,具有調節體液免疫的作用,使降低的血清溶血素及脾細胞免疫溶血活性提高到正常水平[21]。另有報道橢圓葉花錨全草的氯仿可溶部分(富含口山酮葡萄糖苷)具有抗阿米巴作用[22]。
3人工栽培
高原野生重要植物資源的持續發展必須建立在生物資源可持續利用和生態環境保護的基礎上,培育地道地產中藏藥材是實現高原地區中藏藥資源可持續利用的主要途徑之一,也是保證中藏藥產業持續發展的必然選擇。
3.1人工栽培的重要意義花錨屬與獐牙菜屬植物等同屬于藏茵陳類藥物,被稱為“藏藥中的奇葩”,是治療肝中毒、肝炎的最佳藥物之一。但是這種藥物資源一般生長在人跡罕至的高寒缺氧環境中,其再生周期較長甚至不能再生,藏茵陳供需矛盾也由此變得越來越突出。
盡管野生橢圓葉花錨在青藏高原地區分布廣泛,資源較為豐富。但是近十多年來,隨著我國民族醫藥特別是藏藥事業的迅速發展,越來越多的企業開始投資藏醫藥領域,橢圓葉花錨的藥用資源需求量快速增加。但是,藏藥產業一度出現重成品生產輕藥材來源、重開發輕保護的問題,造成過度的采挖及收購現象,特別是在植物生長階段的花期大量采收導致資源量銳減,野生植物資源日益枯竭。因此,對作為原料植物藥的橢圓葉花錨進行人工栽培的研究具有十分重要的意義。
3.2人工引種栽培為了解決藏茵陳類藥材資源嚴重短缺的實際問題,中國科學院西北高原生物研究所經過3年的栽培與試驗,成功地解決了以往藏茵陳種子萌發率低、出苗率低、人工栽培難以成活等關鍵技術問題。3種藏茵陳類藥用植物——川西獐牙菜、抱莖獐牙菜和花錨人工種植成功,并通過鑒定。經過專家的監測和對比分析,這次人工栽培的3種植物,其主要有效成分齊墩果酸和芒果苷的含量基本接近于天然野生資源,川西獐牙菜的有效成分含量甚至顯著高于野生資源,人工條件下栽培藏茵陳類藥用植物的質量及其本身的藥用價值完全可以得到保證。隨著青海省產業結構的調整,橢圓葉花錨人工引種栽培技術的開發研究,青海省橢圓葉花錨人工種植規模逐漸擴大。橢圓葉花錨人工引種栽培試驗在該省也初見成效。陳桂琛等[23]對橢圓葉花錨的引種栽培的研究表明,栽培的橢圓葉花錨植株在植株高度、分枝數量、單株生物量等生長狀況指標明顯高于野生植株,其有效化學成分接近野生狀態的水平,說明野生橢圓葉花錨的人工栽培是可行的。吉文鶴等[24]運用RP-HPLC建立了花錨中青蘭苷、去甲氧基花錨苷和花錨苷的含量分析方法,為栽培花錨替代野生花錨入藥提供一定的科學依據。研究表明,栽培花錨中花錨苷和去甲氧基花錨苷的含量和在野生花錨中的含量相比無明顯差別,可以初步證明栽培花錨可以替代野生花錨入藥。紀蘭菊等[25]在研究栽培花錨的品質能否代替野生花錨入藥時,通過指紋圖譜的相似度分析,得出結論:同一產地的野生與栽培花錨藥材色譜分離圖疊加比較,顯示了良好的相似度。證明栽培花錨中的主要化學成分及數量符合花錨藥材的指紋特征,可以代替野生花錨藥材入藥。
3.3組織培養隨著對花錨屬植物藥用成分不斷深入的研究,藥用潛力的挖掘,該屬植物的需求量大大增加,造成了該屬植物野生資源的日益匱乏且面臨枯竭。該屬植物的人工引種栽培技術在一定程度上已經可行,但是,還需要通過多種途徑來提高對其的培育效率。
藥用植物的組織培養技術及應用已有多年的發展歷史,但還有相當多的植物目前尚沒有相應的離體培養技術。目前,花錨屬植物的組織培養技術至今尚未見成功的報道,仍然是個空缺。因此,建立該屬藥用植物的離體快繁技術的需求日漸增加,它也是實現高原地區中藏藥資源可持續利用的主要途徑之一。
4最佳采集時期
從生物量的角度考慮,花期的生物量高于果期,更高于其他時期。楊慧玲等[26]在研究不同地區和生長物候期藏藥花錨有效成分齊墩果酸的含量變化實驗中,比較了野生狀態下不同海拔、栽培條件下不同生長時期花錨的齊墩果酸含量,為確定該藥材的采收時期、不同地區藥材的質量以及栽培地點的選擇提供理論依據。該研究發現花錨花期齊墩果酸含量最高,而幼苗期、蕾期和果期都低于花期的含量。因此,花期得到的藥材最多質量也最好。
吉文鶴等[24]研究了花錨中去甲氧基花錨苷和花錨苷的含量隨著不同生長期的變化趨勢,為藥材的合理栽培和采收提供科學依據。該研究表明,去甲氧基花錨苷和花錨苷含量在營養期含量最高,從6~9月逐漸降低,從抗肝炎活性成分的含量角度考慮,6月份(營養期)為花錨的最佳采收期。
5結語
花錨屬植物是藏蒙藥中治療肝炎類疾病的常用藥物,全草入藥,具有重要的藥用價值。該屬植物的主要有效成分為(口山)酮及(口山)酮苷、裂環烯醚萜類、三萜類化合物及其它黃酮苷等,具有抗肝炎、抗氧化活性和降血糖等功效。在我國,該屬植物藥用歷史較長,故具有很高的藥理研究價值,特別是有關抗肝炎方面的研究顯示出較大的市場潛力,值得進一步深入研究;其降血糖作用、抗氧化活性和調節體液免疫的藥理活性研究報道較少,這些研究工作都亟待進一步的深入;另外對野生植物的過度采挖造成資源貧乏,采用人工的方法達到該藥物資源的可持續利用也已成為目前及今后對該屬植物重點研究的目標。
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Inova-600型核磁共振儀(中國人民軍事醫學科學院分析中心);BrukerAM-500型核磁共振儀(微量化學研究所分析中心)ZabspecE型質譜儀(軍事醫學科學院分析中心);BuchiR-200型旋轉蒸發儀;Buchi615中壓液相色譜儀;Waters515型高壓液相色譜儀,Waters2996檢測器;Empower工作站;YMC-PackPh(5μm,250mm×10mm,I.D.)半制備柱;柱層析用硅膠(100~200與200~300目,硅膠H)均為青島海洋化工廠產品;聚酰胺100~200目為浙江省臺州市路橋三甲生化塑料廠產品。
實驗所用材料豆葉霸王(全草)11.5kg為李國強博士于200408間采自我國新疆維吾爾族自治區,全部實驗材料均經李國強博士鑒定其學名,原植物或原生藥憑證標本藏于中國醫學科學院藥用植物標本館(IMD),中國科學院新疆生物土壤地理研究所植物標本館(XJBI),新疆農業大學植物標本館(XJA)。
2方法與結果
2.1提取與分離豆葉霸王11.5kg,粉碎成粗粉,先用95%乙醇浸泡24h,然后用10倍量95%乙醇加熱回流提取3次,4h/次,然后再用60%乙醇回流提取3次。濾過,減壓蒸干溶劑,分散于水中,分別用石油醚、氯仿、醋酸乙酯、正丁醇萃取。對低極性部分進行了系統分離,得到了7個化合物。
2.2結構鑒定
2.2.1豆甾-4-烯-3-酮(Ⅰ)白色粉末(CHCl3),mp95~96℃,分子式為C29H48O。Libermann-Burchard反應陽性;EIMSm/z(%):412(M+,21),271(11),229(32),124(100);1HNMR(600MHz,CDCl3)δ:5.72(1H,s,H-4),1.18(3H,s,Me-19),0.93(3H,d,J=6.0Hz,Me-21),0.86(3H,t,J=7.2Hz,Me-29),0.84(3H,d,J=7.8Hz,Me-26),0.82(3H,d,J=7.8Hz,Me-27),0.73(3H,s,Me-18);13CNMR(150MHz,CDCl3)δ:35.7(C-1),34.0(C-2),199.7(C-3),123.7(C-4),171.7(C-5),32.9(C-6),32.0(C-7),35.6(C-8),53.8(C-9),38.6(C-10),21.0(C-11),39.6(C-12),42.4(C-13),55.9(C-14),24.2(C-15),28.2(C-16),56.0(C-17),12.0(C-18),17.4(C-19),36.1(C-20),18.7(C-21),33.9(C-22),26.1(C-23),45.8(C-24),29.1(C-25),19.8(C-26),19.0(C-27),23.1(C-28),11.9(C-29)。以上數據與文獻報道的豆甾-4-烯-3-酮[1]一致,故鑒定為豆甾-4-烯-3-酮。
2.2.2正二十八烷醇(Ⅱ)白色粉末(CHCl3),mp82~83℃,分子式為C28H58O;EIMSm/z(%):392(M-H2O,1),364(1),139(8),125(15),111(28),97(55),83(57),69(42),57(100),55(42);1HNMR(600MHz,CHCl3)δ:3.64(2H,t,J=6.6Hz,H-1),1.57(2H,m,H-2),1.25(50H,brs,H-3~H-27),0.88(3H,t,J=7.2Hz,H-28);13CNMR(150MHz,CDCl3)δ:63.1(C-1),31.9(C-2),29.7,29.6,29.5,29.4(C-4~C-26),25.7(C-3),22.7(C-27),14.1(C-28)。以上數據與文獻報道的正二十八烷醇[2]一致,故鑒定為正二十八烷醇。
2.2.3正三十二烷醇(Ⅲ)白色粉末(CHCl3),mp88~89℃,分子式為C32H66O;EIMSm/z(%):448(M-H2O,28),420(10),392(15),364(7),139(15),125(25),111(50),97(88),83(100),69(65),55(95);1HNMR(600MHz,CHCl3)δ:3.64(2H,t,J=6.6Hz,H-1),1.57(2H,m,H-2),1.26(58H,brs,H-3~H-31),0.88(3H,t,J=6.6Hz,H-32);13CNMR(150MHz,CDCl3)δ:63.1(C-1),31.9(C-2),29.7,29.6,29.5,29.4(C-4~C-30),25.7(C-3),22.7(C-31),14.1(C-32)。以上數據與文獻報道的正三十二烷醇[3]一致,故鑒定為正三十二烷醇。
2.2.4胡蘿卜苷(Ⅳ)白色無定形粉末,mp295~297℃,難溶于氯仿、甲醇,Liebermann-Burchard反應和Molish反應均為陽性;EI-MS(m/z):414(M+,M-glc,13),396(100),397(85),381(17),329(8),303(10),255(20),213(18),145(25),81(22),69(20)。與胡蘿卜苷對照品混合熔點不下降,薄層層析Rf值。
2.2.5β-谷甾醇(Ⅴ)白色針狀結晶,mp140~141℃,Liebermann-Burchard反應為陽性;EI-MS(m/z):414(M+,100),396(50),381(38),329(40),303(55),255(40),213(43),145(45),81(45),69(35)。與β-谷甾醇對照品混合熔點不下降,薄層層析Rf值與β-谷甾醇一致。
2.2.6紫云英苷(Ⅵ)黃色針狀結晶,mp170~171℃,鹽酸鎂粉反應陽性;1HNMR(400MHz,MeOD)δ:8.00(2H,d,J=8.8Hz,H-2′,6′),6.83(2H,d,J=8.8Hz,H-3′,6′),6.56(1H,d,J=1.2Hz,H-8),6.29(1H,d,J=1.2Hz,H-6),5.20(1H,d,J=6.8Hz,H-1"),3.16~3.71(6H,m,H-2"~6");13CNMR(100MHz,MeOD)δ:156.9(C-2),133.9(C-3),177.9(C-4),161.5(C-5),98.4(C-6),164.6(C-7),93.3(C-8),157.5(C-9),104.1(C-10),121.2(C-1′),130.7(C-2′,6′),160.0(C-4′),114.4(C-3′,5′),102.6(C-1"),74.2(C-2"),76.5(C-3"),69.8(C-4"),76.9(C-5"),61.1(C-6")。以上數據與文獻報道的紫云英苷[4]一致,故鑒定為紫云英苷。
2.2.73-O-[β-D-glucopyranosyl]-quinovicacid(Ⅶ)白色粉末,mp266~268℃,分子式:C36H56O10,Liebermann-Burchard反應和Molish反應均為陽性,薄層酸水解檢測含有葡萄糖;FAB-MSm/z:649[M+1]+,671[M+Na]+;1HNMR(400MHz,pyridine-d5)δ:5.99(1H,m,H-12),1.12(3H,s,H-23),0.94(3H,s,H-24),0.83(3H,s,H-25),1.08(3H,s,H-26),1.21(3H,d,J=6Hz,H-29),0.79(3H,d,J=6.4Hz,H-30),4.77(1H,d,J=7.6Hz,H-1′);13CNMR(100MHz,pyridine-d5)δ:40.6(C-1),28.0(C-2),90.0(C-3),41.3(C-4),57.0(C-5),19.9(C-6),38.2(C-7),40.7(C-8),48.4(C-9),38.8(C-10),24.6(C-11),130.2(C-12),135.4(C-13),58.1(C-14),27.7(C-15),26.8(C-16),50.0(C-17),56.2(C-18),39.0(C-19),40.3(C-20),31.9(C-21),38.4(C-22),29.3(C-23),18.4(C-24),17.8(C-25),20.2(C-26),181.3(C-27),179.3(C-28),19.5(C-29),22.6(C-30),108.2(C-1′),77.0(C-2′),79.5(C-3′),73.1(C-4′),80.0(C-5′),64.4(C-6′)。以上數據與文獻報道的3-O-[β-D-glucopyranosyl]quinovicacid[5]一致,故鑒定為3-O-[β-D-glucopyranosyl]-quinovicacid。
3討論
前期的文獻工作表明皂苷類和黃酮類化合物是駝蹄瓣屬植物特征化學成分,我們的研究結果也表明了這一點,具有一定的化學分類學意義,為將來進一步的研究該類植物提供了一定參考價值。
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1.1儀器島津GCMS-QP-5000型氣質聯用儀。
1.2試劑乙醚、無水Na2SO4(均為AR)。
1.3藥材金針菇樣品由廣東省蠶桑研究所提供,經該所所員劉學銘研究鑒定,為白蘑科菌類植物金針菇Flammulinavelutipes。
2方法
2.1供試品溶液的制備藥材切成約1.5~2cm的段,取約80g,按照《中國藥典》附錄XD揮發油測定法——甲法[4]操作,加蒸餾水800ml,加熱4h,收取揮發油提取器中油層和部分芳香水層,乙醚萃取,萃取液用無水Na2SO4脫水后備用。
2.2GC-MS分析
2.2.1色譜條件GC:DB-1石英毛細管色譜柱(30m×0.25mm),樣口溫度250℃;接口溫度230℃;載氣為氦氣;流速1.3ml·min-1;柱壓80kPa;分流比10∶1;進樣量為1.0μl。升溫程序:初始柱溫60℃,保持1min,以10℃·min-1的速率升到280℃,保持5min。
2.2.2質譜條件EI源(70ev),350V,雙燈絲;質量范圍m/z40~450全程掃描,掃描間歇1.0s。檢測電子倍增器電壓1.4kV。檢索譜庫名稱NIST。
3結果
依法操作,得到揮發性成分的總離子流圖。扣除乙醚溶劑本底后分離得到30個組分,對相對含量較高的組分進行質譜分析,通過計算機檢索并與標準譜圖對照,鑒定出其中的6個組分。以扣除溶劑峰的色譜圖的全部峰面積作為100%,用歸一化法確定了各組分在揮發油中的相對含量。分析結果見表1,總離子流圖見圖1。表1金針菇揮發性成分中的化學成分及相對百分含量(略)
4討論
從GC-MS總離子流圖及GC-MS檢測結果可以看出,金針菇揮發性成分以亞麻酸為主,其相對含量達到32.74%。亞麻酸具有增長智力、延緩衰老、降低血壓和膽固醇、抗菌、抗炎、抗腫瘤等活性[5~7],是降血壓、降血脂藥物和保健品的重要原料之一,應進一步研究,加以利用。
本研究首次從金針菇揮發性成分中鑒定出亞麻酸(32.74%)、軟脂酸(6.41%)、鄰苯二甲酸異丁酯(5.23%)、軟脂酸乙酯(4.96%)、鄰苯二甲酸丁酯(3.07%)、苯乙醛(1.95%)等成分,占其揮發性成分相對含量的54.36%,但還有24個組分尚未能鑒定出其結構,可能是由于金針菇揮發性成分屬首次研究,其中一些成分尚未收入NIST檢索譜庫,有待于今后深入研究。
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