姚志湘，馬鑫，張景清，蘇譽(yù)婷，粟暉

廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545006

化工領(lǐng)域除了傳統(tǒng)化工核心課程外，分析、建模、仿真、過程控制類等課程的相對(duì)重要程度也越來越高[1]?；瘜W(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展迫切需要交叉學(xué)科人才，我國(guó)在2021年批準(zhǔn)設(shè)置了新工科“化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)”專業(yè)，培養(yǎng)人才來應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略需要[2]。為了提升本科教學(xué)的前沿性和學(xué)術(shù)性，遵循新工科發(fā)展方向，體現(xiàn)化學(xué)工業(yè)等過程行業(yè)的最新技術(shù)需求，我們將科研成果中基于空間角轉(zhuǎn)換的多元體系組成快速跟蹤方法應(yīng)用于教學(xué)。

過程分析技術(shù)(PAT)是過程工業(yè)在新時(shí)代背景下發(fā)展的一個(gè)新領(lǐng)域，是化學(xué)工程學(xué)科中具有代表性的技術(shù)進(jìn)步。拉曼光譜的優(yōu)勢(shì)在于無損、無需樣品前處理，具有優(yōu)秀的實(shí)時(shí)響應(yīng)性，“在線拉曼光譜”技術(shù)已用于各種過程的實(shí)時(shí)檢測(cè)以及各類化學(xué)反應(yīng)的研究，實(shí)現(xiàn)過程中物料性質(zhì)和含量的快速表征[3]。

阿司匹林合成是經(jīng)典的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中涉及乙?；椒ǖ倪x擇、加料方式、溫度及反應(yīng)時(shí)間控制、產(chǎn)物的分離與純化以及結(jié)構(gòu)表征等多項(xiàng)內(nèi)容。目前教學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是在催化劑選擇、合成、純化、含量測(cè)定等方面進(jìn)行改進(jìn)[4]。我們?cè)诂F(xiàn)有基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了“文獻(xiàn)查閱-實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-合成制備-分析表征-過程分析”一體化的綜合設(shè)計(jì)性教學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中過程分析的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是引入了PAT的觀念，采用基于子空間角度轉(zhuǎn)換的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)阿司匹林合成產(chǎn)物的無損定量和反應(yīng)過程的趨勢(shì)跟蹤[5]。通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生對(duì)于化工新發(fā)展和新技術(shù)產(chǎn)生直接認(rèn)識(shí)，拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的前沿思想、創(chuàng)新思維及綜合實(shí)踐能力。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1) 了解阿司匹林合成的反應(yīng)機(jī)理和方法。

(2) 了解PAT的基礎(chǔ)理念及初步掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能。

(3) 學(xué)習(xí)拉曼光譜結(jié)合空間角轉(zhuǎn)換快速分析阿司匹林合成過程的方法。

2 實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理步驟

乙酰水楊酸(阿司匹林)為解熱鎮(zhèn)痛的非甾體抗炎藥，一般由水楊酸乙酰化得到。在其合成反應(yīng)體系中，主要包括的物質(zhì)有乙酰水楊酸、水楊酸、醋酸酐、乙酸和副產(chǎn)物，主反應(yīng)式如圖1所示。

圖1 乙酰水楊酸(阿司匹林)合成路線

這是一個(gè)復(fù)雜的多組分體系，涉及四個(gè)以上組分的同時(shí)定量分析。在電化學(xué)和傳統(tǒng)光譜法分析中，多組分體系分析往往缺乏良好的選擇性特征。采用傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的分析手段(如色譜等離線方式)難以在一個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)段(3 h)完成分析。本實(shí)驗(yàn)方案引入的光譜空間角定量方法對(duì)于多組分體系中各個(gè)分量都具有良好選擇性，可以較便捷地在合成實(shí)驗(yàn)完成的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)組分的實(shí)時(shí)定量，所用實(shí)驗(yàn)時(shí)間少于3學(xué)時(shí)數(shù)。

2.1 基本原理

作者前期采用空間角討論和評(píng)價(jià)了多元校正和分辨問題[6]。將多組分體系中每個(gè)組分的光譜視為方向不同的單一向量，各個(gè)向量的長(zhǎng)度(即模量)代表各物質(zhì)的含量，體系為多個(gè)向量構(gòu)成的空間，多組分定量即轉(zhuǎn)化為在空間中量取各個(gè)向量的模量問題。體系的空間關(guān)系如圖2所示。其中N表示待測(cè)樣本中所有組分光譜信號(hào)張成的子空間，v表示對(duì)照品信號(hào)，a表示樣本中被測(cè)物信號(hào)(a∈N)，a與v構(gòu)成夾角θ。當(dāng)a含量越接近v，a和v之間的夾角值越小，反之夾角值越大。

圖2 體系的空間關(guān)系圖

a和v的空間角可由矢量?jī)?nèi)積公式表示：

通過角度度量轉(zhuǎn)化思路，進(jìn)一步指出在一定濃度范圍內(nèi)，混合物信號(hào)N中被測(cè)物信號(hào)a (a∈N)與對(duì)照品信號(hào)v之間的夾角值θ和混合物體系中被測(cè)物含量C存在線性相關(guān)性，且該相關(guān)性不受測(cè)量條件變化影響[7]。

在實(shí)際測(cè)量中，拉曼光譜存在背景響應(yīng)大，光譜強(qiáng)度變化大(主要是乘性響應(yīng)干擾)等問題。需要對(duì)直接采集的光譜數(shù)據(jù)先進(jìn)行預(yù)處理予以消除干擾[8]。本實(shí)驗(yàn)在計(jì)算角度值前對(duì)原始光譜進(jìn)行降噪和求導(dǎo)處理以降低噪聲和背景響應(yīng)，進(jìn)一步通過角度定量消除乘性干擾。

對(duì)于本實(shí)驗(yàn)中的阿司匹林合成體系，可以將采集到的合成過程(或產(chǎn)品)的拉曼光譜N中的阿司匹林組分作為向量a，阿司匹林對(duì)照品的拉曼光譜為向量v。隨著反應(yīng)進(jìn)行，阿司匹林含量逐漸增大，a和v間的角度值會(huì)逐漸減小，若進(jìn)而生成副產(chǎn)物，其角度值會(huì)增大；反應(yīng)物水楊酸含量逐漸減少，對(duì)應(yīng)的過程光譜和水楊酸對(duì)照品的角度值會(huì)逐漸增大。也就是說，角度值θ可間接反映組成含量，利用角度值可跟蹤反應(yīng)過程各組成變化情況。

a和v之間的空間角θ與阿司匹林含量C存在近似線性關(guān)系，即θ = k1C + k2。通過直接采集過程(或各樣本)的光譜，調(diào)用算法計(jì)算得到角度值，代入線性方程可進(jìn)行定量分析。

2.2 夾角值的計(jì)算步驟和算法

以過程光譜中阿司匹林夾角值的計(jì)算為例，步驟包括：

1) 采集被測(cè)信號(hào)對(duì)照品阿司匹林的拉曼光譜v和反應(yīng)過程的拉曼光譜ai；

2) 將測(cè)量的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)；

3) 對(duì)光譜數(shù)據(jù)降噪處理；

4) 求取降噪后數(shù)據(jù)的一階或高階導(dǎo)數(shù)；

5) 求取反應(yīng)過程導(dǎo)數(shù)譜與對(duì)照品導(dǎo)數(shù)譜間的夾角值θ(采用Matlab中“subspace”命令求得)；

6) 以夾角的負(fù)值間接表示被測(cè)物阿司匹林在體系中的含量變化。

基于Matlab算法程序行如下：

更進(jìn)一步的，取反應(yīng)起點(diǎn)和終點(diǎn)樣品絕對(duì)定量后，將變化趨勢(shì)標(biāo)定至物質(zhì)的絕對(duì)量，即可得到各組分絕對(duì)物質(zhì)量(摩爾量)的動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)值。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 儀器與試劑

儀器：拉曼光譜儀(ExR610，西派特(北京)科技有限公司)，便攜式拉曼光譜儀(SEED3000，上海如海光電科技有限公司)，高效液相色譜儀(Primaide，日立科學(xué)儀器(北京)有限公司)，智能磁力攪拌器(ZNCL-GS，鞏義市予華儀器有限公司)，分析天平(CP214，奧豪斯儀器(上海)有限公司)。

試劑：乙酰水楊酸(阿司匹林) (AR)、水楊酸(AR)、醋酸酐(AR)、氨基磺酸(AR)，無水乙醇(AR)，甲醇(色譜純)。

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.2.1 乙酰水楊酸的制備

將選課班級(jí)所有學(xué)生分為9個(gè)小組，各小組同學(xué)按提前選定的實(shí)驗(yàn)條件，在150 mL三口燒瓶中依次加入一定量的水楊酸、乙酸酐，水浴加熱，磁力攪拌使水楊酸溶解，加入催化劑氨基磺酸，反應(yīng)一定時(shí)間。待反應(yīng)混合物冷卻至室溫后，冷水浴中攪拌并緩慢加入10 mL水，冷卻15 min。靜置，使晶體完全析出，抽濾，用冷的蒸餾水多次洗滌，再抽濾；烘干得到乙酰水楊酸粗產(chǎn)品。采用乙醇重結(jié)晶，得到重結(jié)晶后產(chǎn)品。

3.2.2 拉曼光譜結(jié)合空間角轉(zhuǎn)換快速分析合成產(chǎn)物

1) 樣本拉曼光譜采集。

取粗產(chǎn)品和重結(jié)晶產(chǎn)品共14份(S1-S14)，分別采集乙酰水楊酸對(duì)照品與14份合成產(chǎn)品的拉曼光譜。光譜采集條件：拉曼光譜儀(ExR610)，中心波長(zhǎng)532 nm，積分時(shí)間2000 ms，功率等級(jí)9。

2) 高效液相色譜分析合成產(chǎn)物中的阿司匹林。

配制1 mg·mL-1的乙酰水楊酸對(duì)照品標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次進(jìn)樣20、15、10、5、2.5、2 μL，進(jìn)行液相色譜分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

取14份產(chǎn)品分別用流動(dòng)相配制成濃度為1 mg·mL-1的溶液，進(jìn)行液相色譜分析；將液相色譜數(shù)據(jù)中乙酰水楊酸的峰面積分別代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計(jì)算出各產(chǎn)品中阿司匹林的含量。

液相色譜條件[9]：C18色譜柱(4.6 mm × 250 mm，5 μm)；流動(dòng)相為甲醇: 1%醋酸溶液(V : V =40 : 60)；流速為1 mL·min-1；室溫；檢測(cè)波長(zhǎng)276 nm；進(jìn)樣量20 μL。

3) 分析模型建立。

① 按液相色譜分析結(jié)果，從S1-S14中間隔選擇包含系列樣本最大與最小濃度的建模樣本6份；

② 分析建模樣本光譜與阿司匹林對(duì)照品光譜，選擇建模波長(zhǎng)范圍；

③ 對(duì)建模樣本光譜進(jìn)行求導(dǎo)降噪處理；

④ 分別計(jì)算得到各樣本導(dǎo)數(shù)譜與阿司匹林對(duì)照品導(dǎo)數(shù)譜的夾角值θ；

⑤ 建立θ與各樣本中阿司匹林含量C的線性方程。

4) 拉曼光譜法分析合成產(chǎn)物中的阿司匹林。

取S1-S14中除建模樣本外的其余8份產(chǎn)品作為驗(yàn)證樣本，依照建模的數(shù)據(jù)處理參數(shù)，分別計(jì)算得到各驗(yàn)證樣本光譜與阿司匹林對(duì)照品光譜的夾角值θ。代入步驟⑤建立的方程中，得到各樣本中阿司匹林的含量，并與液相色譜分析結(jié)果比較。

3.3 拉曼光譜法跟蹤阿司匹林合成過程組成變化

3.3.1 合成過程拉曼光譜采集

各小組依照選擇的實(shí)驗(yàn)條件，分別稱取一定量的水楊酸、乙酸酐加入100 mL的三口燒瓶中，磁力攪拌，待水楊酸完全溶解后加入氨基磺酸，80 °C恒溫反應(yīng)20 min (或根據(jù)實(shí)際情況定)。采用浸入式探頭每間隔1 min采集一次反應(yīng)體系的拉曼光譜，保存為Time (G1-G20)。取乙酰水楊酸(阿司匹林)對(duì)照品1 g左右，采集其拉曼光譜數(shù)據(jù)，記為B1(ASPL)。其中光譜采集條件：SEED3000 (如海光電)，中心波長(zhǎng)785 nm，功率500 mW，積分時(shí)間1 s (或根據(jù)實(shí)際情況定)，采集次數(shù)1次。

3.3.2 數(shù)據(jù)分析

將所采集的反應(yīng)過程光譜數(shù)據(jù)G1-G20和阿司匹林對(duì)照品光譜數(shù)據(jù)B1導(dǎo)入Matlab算法平臺(tái)；調(diào)用算法程序，對(duì)G1-G20和B1進(jìn)行求導(dǎo)降噪后，分別求取反應(yīng)過程G1-G20與B1的夾角值θ；繪制夾角θ和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖，得到合成過程中產(chǎn)物乙酰水楊酸(阿司匹林)的反應(yīng)趨勢(shì)。依照此方法可得到體系中其他主要組分的反應(yīng)趨勢(shì)。

4 結(jié)果與討論

4.1 拉曼光譜快速分析阿司匹林合成產(chǎn)物

4.1.1 液相色譜分析結(jié)果

以濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線為y= 8.7323x+ 95.724。利用標(biāo)準(zhǔn)曲線求出14份合成產(chǎn)品中阿司匹林的含量，見表1。

4.1.2 分析模型建立

采集的14份合成產(chǎn)品拉曼光譜如圖3所示，譜圖存在各組分光譜重疊、基線漂移和熒光干擾現(xiàn)象，會(huì)影響混合物中被測(cè)組分的測(cè)量準(zhǔn)確性。

圖3 直接采集的各樣本拉曼光譜圖

從14份樣本中選擇S1、S3、S9、S10、S11、S12這6個(gè)樣品作為建模樣本，液相色譜分析結(jié)果作為建模的真實(shí)值。分析建模樣本光譜與阿司匹林對(duì)照品光譜，截取555-923 cm-1、1025-1258 cm-1、2573-2915 cm-1波段的光譜數(shù)據(jù)，調(diào)用算法對(duì)建模樣本光譜進(jìn)行三階導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)降噪處理，經(jīng)過平滑降噪、微分處理后樣本的特征響應(yīng)信號(hào)增強(qiáng)，結(jié)果見圖4。然后計(jì)算各建模樣本光譜與阿司匹林對(duì)照品光譜的系列夾角值θ，建立θ值與含量的關(guān)聯(lián)方程，其中θ= - 0.013C+ 2.5799，相關(guān)系數(shù)r為0.9881。

圖4 建模樣本的導(dǎo)數(shù)譜

4.1.3 拉曼光譜快速分析合成產(chǎn)品

依照建模所得參數(shù)，求取其余8份驗(yàn)證樣本光譜與阿司匹林對(duì)照品光譜的夾角值θ，將所得θ值代入建立的方程中，得到各驗(yàn)證樣本阿司匹林含量，并與液相色譜分析測(cè)定值比較，結(jié)果見表2。

表2 基于角度轉(zhuǎn)換拉曼光譜法測(cè)定驗(yàn)證樣本中阿司匹林百分含量的結(jié)果

由表2看出，高效液相色譜法預(yù)測(cè)值與拉曼光譜結(jié)合角度轉(zhuǎn)換快速分析方法預(yù)測(cè)值的絕對(duì)誤差在0.29%-6.36%之間，相對(duì)誤差在0.32%-6.93%之間，驗(yàn)證了所建立的拉曼光譜快速分析方法的可行性。

對(duì)于該實(shí)驗(yàn)體系，模型建好后，后續(xù)只需要直接采集待測(cè)樣本的拉曼光譜，將光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入算法平臺(tái)，利用編寫好的算法程序可計(jì)算得到樣本中阿司匹林含量，方法快捷，30 s出結(jié)果，可無損測(cè)量且無試劑消耗。

4.2 拉曼光譜法跟蹤阿司匹林合成過程組成變化

采用便攜式拉曼光譜儀，采集不同時(shí)間下反應(yīng)過程的拉曼光譜圖見圖5。按2.2步驟分別求取反應(yīng)過程光譜與水楊酸、乙酸酐、阿司匹林和乙酸的分析純光譜的夾角值，得到各組分夾角值在不同反應(yīng)時(shí)間下的變化趨勢(shì)圖。由于角度值和含量呈線性負(fù)相關(guān)，為直觀考慮，縱坐標(biāo)選取角度值負(fù)值，見圖6。若分別建立角度值和各組分含量的關(guān)聯(lián)方程，采集某一時(shí)間下的光譜，則可得到該時(shí)間下體系中的各組成含量。

圖5 反應(yīng)過程的拉曼光譜圖

圖6 不同反應(yīng)時(shí)間下各組分夾角值的變化趨勢(shì)

教學(xué)過程中各實(shí)驗(yàn)小組選擇不同的反應(yīng)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將各小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算平臺(tái)，截取148-815 cm-1、986-1318 cm-1、1563-1745 cm-1的波段光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪和2階導(dǎo)數(shù)預(yù)處理，然后求取反應(yīng)過程光譜與阿司匹林對(duì)照品光譜的夾角值。圖7給出了學(xué)生實(shí)驗(yàn)得到的三種具有代表性的反應(yīng)趨勢(shì)。

圖7 學(xué)生實(shí)驗(yàn)得到的反應(yīng)過程阿司匹林含量變化圖

從圖7可以看出，對(duì)于同一個(gè)合成實(shí)驗(yàn)，不同實(shí)驗(yàn)小組得到的反應(yīng)趨勢(shì)各不相同。在實(shí)際操作過程中，存在反應(yīng)條件如反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度以及光譜采集時(shí)間未能較好控制等各種問題。如圖7(a)實(shí)驗(yàn)小組較好地控制了反應(yīng)條件，實(shí)驗(yàn)操作較為規(guī)范，隨著反應(yīng)進(jìn)行阿司匹林含量逐漸增大，在10 min后趨于平緩，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期。圖7(b)小組同學(xué)在實(shí)際操作過程中，水楊酸和醋酐加入反應(yīng)瓶保溫反應(yīng)一段時(shí)間后才開始進(jìn)行光譜采集，體系在開始反應(yīng)前已充分分散，從圖中趨勢(shì)可看出，在6-9 min阿司匹林含量已趨于平衡，后續(xù)階段，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，乙酰水楊酸進(jìn)一步生成水楊酰水楊酸酯等副產(chǎn)物，體系中阿司匹林含量受副反應(yīng)消耗而減小。圖7(c)實(shí)驗(yàn)小組溫控保持不良，反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)速度較慢，阿司匹林達(dá)到反應(yīng)平衡時(shí)的含量也較低。

由于采用新的過程表征手段，獲取了豐富的反應(yīng)過程信息，使學(xué)生對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)有了更直觀和感性的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，各小組操作條件的不同，無形中也豐富了學(xué)生對(duì)于同一反應(yīng)多個(gè)側(cè)面的觀察，“全息化”實(shí)現(xiàn)對(duì)過程的理解，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段難以達(dá)到的。

5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)方案及教學(xué)效果

5.1 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方案

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、過程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的要求，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索精神。在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)教學(xué)過程中，教師首先要提出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，學(xué)生進(jìn)行深度預(yù)習(xí)，完成預(yù)習(xí)報(bào)告。教師根據(jù)提交的預(yù)習(xí)報(bào)告，針對(duì)共性問題，提出指導(dǎo)意見。預(yù)習(xí)要求包括查閱文獻(xiàn)，了解過程分析技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；學(xué)習(xí)空間角轉(zhuǎn)換的基本原理；理解數(shù)據(jù)處理的基本方法；寫出預(yù)習(xí)中遇到的問題。學(xué)生選擇好實(shí)驗(yàn)組別后獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前教師分小組逐一講解，就實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題組織小組討論。每位學(xué)生通過分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的問題及教學(xué)措施：(1) 就如何控制反應(yīng)條件、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作、有效采集拉曼光譜等問題組織學(xué)生討論；不規(guī)范的操作可能會(huì)導(dǎo)致采集的光譜數(shù)據(jù)不理想，所以教師要教導(dǎo)學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)并正確對(duì)待實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2) 由于大部分同學(xué)在前期的學(xué)習(xí)中從未接觸過程分析技術(shù)，對(duì)原理的理解不夠清楚，需要教師在實(shí)驗(yàn)過程中向每一小組學(xué)生進(jìn)行原理和算法解釋。(3) 部分學(xué)生在具體的實(shí)驗(yàn)操作過程中，依葫蘆畫瓢，只是按照提供的操作方法和數(shù)據(jù)處理步驟逐步完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還有部分學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)，卻仍然不能明白實(shí)驗(yàn)的目的是什么。針對(duì)這些問題，教師要隨堂指導(dǎo)，允許學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中存在變通。

5.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

整個(gè)實(shí)驗(yàn)完成的過程中都需要學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣吆涂蒲兴刭|(zhì)培養(yǎng)非常有利，體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究素質(zhì)、提高思維訓(xùn)練的教學(xué)目標(biāo)。本?；I(yè)實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)為24，“阿司匹林合成及過程分析”是其中一個(gè)“文獻(xiàn)查閱-實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-合成制備-分析表征-過程分析”一體化的綜合設(shè)計(jì)性教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所占學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí)，其中過程分析部分占3學(xué)時(shí)。通過化工17級(jí)、化工18級(jí)連續(xù)兩屆學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)新技術(shù)、新方法的研究興趣有所增加，主動(dòng)思考和獨(dú)立思考訓(xùn)練效果明顯；部分學(xué)生通過學(xué)習(xí)，將理論和算法應(yīng)用到自己的畢業(yè)環(huán)節(jié)課題研究中。本實(shí)驗(yàn)還可從兩個(gè)方面進(jìn)一步改進(jìn)和拓展：(1) 加強(qiáng)理論背景知識(shí)的介紹和算法解釋；(2) 利用該技術(shù)原理，增加阿司匹林合成的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的參與性。

6 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)合成反應(yīng)快速，光譜采集便捷，調(diào)用算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理過程簡(jiǎn)單，減少了現(xiàn)有色譜離線測(cè)量的溶劑消耗，綠色環(huán)保，可滿足本科教學(xué)的時(shí)長(zhǎng)及安全性要求。在教學(xué)中建立反應(yīng)產(chǎn)物的快速分析方法，提出一種新的實(shí)驗(yàn)手段可實(shí)時(shí)描述反應(yīng)體系，使學(xué)生構(gòu)建了“無損測(cè)量和過程分析”的科學(xué)思想。將教師科學(xué)研究成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提升了教學(xué)的學(xué)術(shù)深度，開拓了學(xué)生視野，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合實(shí)踐能力。后續(xù)可研發(fā)適合該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)裝置，包括算法的改進(jìn)、軟硬件集成，并拓展到均相催化實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)研究、過程中間體跟蹤等系列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，改善目前因?qū)嶒?yàn)手段欠缺導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)粗放、原理描述不到位等問題。