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1、天然药物化学实验教学中环保理念的培养 【摘 要】基于绿色化学的环保理念,针对天然药物化学本科实验教学中存在的废液排放等问题,本文将从教学实践出发,对减少源头污染,优化实验内容和回收利用“三废”等方面提出了建议。 近年来,环保问题已是世界各国大力研究的重要课题之一,雾霾、PM2.5更是成了公众关注的热点话题。经济和科学发展不能以牺牲环境为代价,要实现环境、资源、人口的可持续协调发展,必须以绿色环保为前提。天然药物化学实验是药学专业大学生的必修课,有着较强的实践性。实验内容主要是对“天然产物”进行提取、分离、纯化和结构鉴定,但是整个实验过程并不“天然”,常用的药品大多是具有挥发性和毒性的有机溶剂,
2、如氯仿、甲醇、乙醚等等。实验教学是分小组进行,实验规模较小,药品和试剂的用量看似很少,所以溶剂的后续处理往往被忽略。而国家目前还没有专门针对实验室污染控制方面的法规和条例,实验室污染也未纳入环保部门的检测范围,处在法律监控之外,致使这些有机溶剂和酸碱溶液被随意地处理甚至直接排放,造成污染。因此,在天然产物化学的实验教学中,应该采取一些切实有效的办法解决实验造成的环境污染问题,在培养学生实验技能的同时,增强他们绿色化学、环境保护的观念。本文结合教学实践,依据自身体验,提出以下建议: 一 整合实验内容,体现环保理念 教学内容和课程体系直接反映了教学目的和人才培养目标,是教育创新的核心。根据天然药物
3、化学内容丰富、理论深刻、实践性强、与生药学和药理学等多门学科互相交叉渗透的特点,在实验项目的选择、内容的设计以及实验的具体实施上进行精心策划,选择一些有代表性、综合性强、毒性小的实验内容。如大黄蒽醌类成分的分离提取实验,不仅贯穿了很多基本实验操作技能,如薄层色谱、索氏提取、萃取以及柱色谱操作等,还是采用策略性方法分离特殊物质的经典例子。学生在一次实验课上就可以学习到进行现代天然产物研究的多项操作技能,达到利用有限教学资源和教学课时来完成较多教学内容的效果。这种低耗高效的教学方法,正体现了绿色环保理念。 二 半量或小量实验代替常量实验,实验过程渗透环保意识 由于天然产物化学不太适合微型化实验,所
4、以在保证实验科学合理、安全简便的基础上,再从保护环境着手,采用药品投放量少、试剂毒性小、实验效果好的原则。同时在整个过程中努力做到零排放和零污染,以此降低实验污染,提高学生的环保意识。如大黄蒽醌类化合物提取分离实验中,对于提取物大黄称取量可以采用一半量,这样后续整个pH梯度萃取溶剂的使用量也都相应缩小一半,分离到大黄酸、大黄素、大黄酚以及芦荟大黄素,进行重结晶和柱层析时,每两组合并相同组分,一组做前两种化合物的纯化,另一组做后两种化合物的纯化,如果一个小组做四个化合物的纯化,由于课时有限,时间无法保证,也就难以保证实验质量。通过这样的安排,每组实验样品的总量在没有减少的情况下,四种化合物都能够
5、得到有效地分离提纯,保证了实验效果。另外,还可以尝试保留大黄进行酸化处理后的酸洗液,经过对其进行过滤处理后,用于后续实验中碱性溶液萃取后的pH值调节,这样可以避免酸液的排放,降低了废物对环境的污染程度,同时减少了药品的使用量,以上这些在整个实验过程中都潜移默化地向学生渗透了环保意识,可谓一举多得。 三 通过对“三废”的回收利用,强化学生的环保意识 天然药物化学实验会产生大量的废弃物,如废液、废渣和废瓶等,若不妥善处理,既会影响实验室设施,还会严重污染水、空气和土壤,恶化我们生存的空间。如果进行有效处理,不仅可以重复使用实验材料,节约实验成本,还可以降低有机溶剂的日排量。对于实验中使用的有机溶剂
6、可以采用分类、分体系回收原则,在不影响实验效果的前提下,通过回收处理达到再利用的目的。如在从秦皮中分离七叶内酯和七叶苷的实验中,采用了乙醇提取,提取液蒸馏浓缩,得到回收的乙醇,通过干燥处理可以用于下一次使用。一组乙醇回收量如果是300ml,一个班12组就是3600ml,医药学院2008级学生一共有5个班,总计18L。每一个实验小组看似溶剂用量不大,但整体用量并不少。另外,实验过程中提取溶剂不单单是采用毒性相对较小的乙醇,还有乙酸乙酯、乙醚或氯仿,如果随意排放,都会带来污染环境的恶性循环。有道是:“勿以恶小而为之,勿以善小而不为。”对于生成的废液统一回收,鼓励并带动学生在休息日,利用学过的化学知
7、识进行处理,既可以提高学生的环保意识,又巩固了学过的知识。实验剩下的废瓶,可以送交废品回收公司,既有收入又保护了环境。而实验所得产品,既可留作下一级学生的对照品,亦可用于教师和学生的课题实验,实现产品链式的良性利用循环。 四 大力开展虚拟仿真实验 虚拟仿真实验是以真实的实验原理、实验现象、实验过程和实验数据为基础,通过配置、连接、调节和使用虚拟实验仪器设备进行实验,经过计算机的可视化过程实施假想的实验操作。实验可以反复进行,整个过程都不涉及化学试剂,没有废液排放,避免火灾、爆炸等隐患。可以说,虚拟仿真实验既节省了资源又没有环境污染问题,极大地保证了实验的“绿色、安全”。 总之,在天然药物化学实验中引入绿色化学理念,加强 学生的环保意识是非常有益的工作。但是目前一些高校由于缺乏对实验室污染控制的经费投入,缺乏对实验室废弃药品的组织回收和管理,如果教师能在实验过程中坚持统筹兼顾、适当安排,合理利用,不仅能变废为宝,变害为利,在激发学生学习兴趣的同时,还能增强学生的环保意识,进而不断为全社会的环境保护事业做出贡献。
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