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中圖分類號: G642 文獻標識碼: B 文章編號: 1008-2409(2009)06-1109- 03
科研就是探討未知,而求證 未知是人類偉大的稟性,只有人類才有思維和創(chuàng)新。同志曾講過“創(chuàng)新是一個民族進 步的靈魂”。高等學校就是培養(yǎng)這種靈魂的場所。作為醫(yī)科院校的大學生應及早了解科研、 接觸科研和參與科研,使自己具備新世紀學子應具備的學識和眼光。醫(yī)學院校開設醫(yī)學科研 導論課程,向學生介紹最新的醫(yī)學發(fā)展趨勢、研究進展和基本的研究方法,使學生擴大眼界 ,拓寬思路,受到科研思維的教育和啟迪,為以后的醫(yī)學學習和科研以及臨床實踐打下一定 基礎。筆者從醫(yī)學科研的定義、方法及醫(yī)學研究的進展幾個方面來闡述醫(yī)學院校開設醫(yī)學科 研導論的必要性。
1 醫(yī)學生首先應了解醫(yī)學科研的概念及分類
科學是知識和學 問之意,是在一定社會環(huán)境中對知識的探求,而醫(yī)學是科學的分支,是一門古老的科學。醫(yī) 學作為一種認識現(xiàn)象,是一種特殊的社會意識形式,是關于人體正常和異常的生命過程以及 同疾病作斗爭和增進健康的科學知識體系,是人類長期與疾病作斗爭的實踐經驗的總結。醫(yī) 學研究是一種自然現(xiàn)象,它研究對象是人,它主要研究人體生命過程及其與外界環(huán)境的相互 關系規(guī)律,研究人體疾病的發(fā)生、發(fā)展、痊愈及其防治的規(guī)律,研究增進人類健康、延長人 類壽命和提高勞動能力的有效措施。根據(jù)研究對象、內容和方法的不同,把醫(yī)學科學分為基 礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學和預防醫(yī)學。基礎醫(yī)學是研究人體的生命活動和作用于人體的致病因子、 藥物、毒物以及疾病發(fā)生發(fā)展的本質和普遍規(guī)律的科學體系,是整個醫(yī)學發(fā)展的基礎和先導 。臨床醫(yī)學是研究認識疾病和治療疾病的科學體系,是醫(yī)學中的技術科學和應用科學的龐大 體系。預防醫(yī)學是研究預防和消除病害、講究衛(wèi)生、增強體質、改善和創(chuàng)造有利于健康的生 產環(huán)境和生活條件的科學體系。以上的分類不是固定不變的,它將隨著醫(yī)學的發(fā)展而發(fā)展。 傳統(tǒng)的醫(yī)學分類已經不能充分地概括醫(yī)學領域各分支學科的現(xiàn)狀和全貌。基礎醫(yī)學、臨床醫(yī) 學、預防醫(yī)學三者相對獨立的傳統(tǒng)界線會日益模糊,三者之間相互滲透,漸趨融合,各種新 的學科分支不斷產生。
2 醫(yī)學科學研究促進了醫(yī)學的發(fā)展
隨著社會的發(fā)展,科學在社會中地位越來越重要,醫(yī)學作為科學一個分支也如此。20世紀以 來,現(xiàn)代醫(yī)學以空前的速度向前發(fā)展,為保障人類的生命和健康作出了重大貢獻。未來醫(yī)學 發(fā)展前景如何?人類將遇到哪些困擾?將采取何種對策去迎接未來的挑戰(zhàn)。這就需要醫(yī)學院 校的學生打下扎實的科研基礎去面對。
2.1 近代醫(yī)學研究的發(fā)展
醫(yī)學的產生已有4000多年,早在文藝復興時代,比利時醫(yī)生維薩里就明確宣言:“我要以人 體本身上的解剖來闡明人體的構造。”他還認為科學不應該盲從,必須從實際出發(fā),因此不 顧教會不準解剖尸體的禁令,夜間從刑場偷回尸體,從事人體解剖的研究。1543年,維薩里 發(fā)表了《人體的構造》,奠定了人體解剖學的基礎。1628年,英國醫(yī)生哈維在活體實驗的直 接觀察的基礎上,發(fā)表了《論動物的心臟運動與血液運動》,把生理學確立為科學。自此人 們由認識人體的結構形態(tài)進而認識活體的生理功能,開始了近代醫(yī)學的新時代。
18、19世紀,近代醫(yī)學取得了巨大進展,主要標志為實驗生理學的發(fā)展,細胞病理學的 建立,科學的微生物學說的興起。近代醫(yī)學研究均以實驗觀察為基礎,用實驗中觀察到的事 實來做結論。它們的特點為:分門別類,各自孤立的研究,由于分門別類的研究,積累了許 多新的事實,引起了近代醫(yī)學進一步分化。例如比較生理學、病理生理學、病理解剖學、胚 胎學、微生物學等,都形成了獨立的學科。
2.2 新世紀當代醫(yī)學研究的發(fā)展
二十世紀當代醫(yī)學發(fā)展的特點是人們的認識向微觀的深入和宏觀上的擴展,自然科學分科的 進一步發(fā)展,互相錯綜,形成一個網絡式的整體系統(tǒng)。醫(yī)學科學也隨著現(xiàn)代科學技術的重大 成就,發(fā)生了巨大的變化,從而形成了新的歷史特點。當代醫(yī)學科學發(fā)展具有既高度分化又 高度綜合的新特點,有力地表明了醫(yī)學研究既是多樣的,又是統(tǒng)一的。馬克思早就指出了科 學統(tǒng)一的前景,他說:“自然科學往后將包括關于人的科學,正像關于人的科學將包括自然 科學一樣,這將是一門科學”[1]。
醫(yī)學的分化趨勢與整體化趨勢:①新技術提供現(xiàn)代化研究手段,對人體和疾病的研究達到分 子水平,正向量子水平前進。這就促進了學科的高度分化,例如,當今的遺傳學就發(fā)展了許 多分支,諸如:毒理遺傳、免疫、生態(tài)、行為遺傳學等。傳統(tǒng)外科也出現(xiàn)了許多分支,例如 :普外、胸外、腦外、顯微外、移植外、整形外等。②整體化趨勢主要表現(xiàn)為臨床與基礎的 統(tǒng)一,預防與臨床、基礎的統(tǒng)一,例如:環(huán)境醫(yī)學、人體力學,生物材料學等。大生物學的 誕生就是當代醫(yī)學高度整體化的重要標志,它是把地球上所有以生物為研究對象或研究材料 的學科集合起來,對比它們的特性、相互關系及其地球環(huán)境對它們的影響。如地球溫室效應 、厄爾尼諾現(xiàn)象等。此外,中西醫(yī)理論上的結合也變成可能。西方醫(yī)學的成功是分析方法和 手段的勝利。而它的缺點主要是缺少整體觀與系統(tǒng)論造成的。西醫(yī)向更高層次的發(fā)展,將是 在實證科學的基礎上,吸收系統(tǒng)與整體論的觀點,走向生命現(xiàn)象的復雜系統(tǒng)論。這就是生物 模式向“環(huán)境-社會-心理-生物”模式轉變的基礎,也為中國傳統(tǒng)醫(yī)學與西方現(xiàn)代醫(yī)學在更 高層次的結合、創(chuàng)立“統(tǒng)一醫(yī)學”提供了可能性[2]。
總之,新世紀的醫(yī)學科研正向兩極方向高度發(fā)展,一方面向細胞分子、量子、納米生物學深 入。另一方面,則向有關種群生態(tài)及生物圈的研究領域展開。學生必須從這些醫(yī)學科研導論 中理解這些前瞻性知識對將來醫(yī)學臨床和科研的重要性,增加對醫(yī)學的興趣和作為醫(yī)生的責 任感。新世紀醫(yī)學的任務將從以防病治病為主逐步轉向以維護和增強健康,提高人的生命質 量為主,未來尋求醫(yī)學服務的不僅是患者,還有相當數(shù)量的正常人。尋醫(yī)問診的不僅是身體 缺欠,更多的是得到生活指導和心理咨詢,醫(yī)生開出的不僅是藥方還有生活處方。
3 研究方法
科學研究是以研究自然界物質運動規(guī)律為直接目的的,在實驗中,人們可以根據(jù)科學研究的 目的和要求,借助一些特定的儀器和設備,造成在研究中某些對象所需要的特殊條件,控制 某些因素或排除一些不利因素,把要研究的問題進行精細地、反復地觀察和研究,最后得出 科學結論。科學研究史的無數(shù)事例說明,科學研究已經成為科學知識新的源泉。醫(yī)學院校學 生需要掌握以下幾方面科研基礎知識和研究方法。
3.1 醫(yī)學研究的特點
醫(yī)學研究是認識疾病,掌握它的發(fā)生和發(fā)展過程,提示健康與疾病的轉化規(guī)律。因研究的對 象為人體本身,故在形態(tài)學、生理學具有生物學屬性外,在語言、思維和社會生活上又具有 社會屬性,因此人體現(xiàn)象不能籠統(tǒng)用一般生物學規(guī)律來解釋。另外,許多醫(yī)學實驗和觀察不 允許按研究者的意愿在人體上直接試驗。
3.2 掌握醫(yī)學科研的基本程序
①問題提出:愛因斯坦曾說“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要,因為解 決一個問題也許是一個數(shù)學上或實驗上的技巧。而提出新的問題,新的可能性,從新的角度 看舊問題,卻需要創(chuàng)造性的想象力,而標志著科學的真正進步”。可見,提出科學問題,尤 其是提出概念清晰的難題,更能對科學進步起到真正的推動作用。因此,學生應培養(yǎng)善于觀 察、發(fā)現(xiàn)問題的好習慣。②假說建立與驗證:根據(jù)經驗和知識,包括文獻、大體分析對象的 內部聯(lián)系,提出對該問題的可能答案或解釋,這種預先答案叫假說。進行醫(yī)學基礎或臨床實 驗均需先提出假說,然后通過實驗設計、觀察、統(tǒng)計等來對假說進行驗證。③結論與資料解 釋:此為科研中更深刻、更有理論和實踐意義的部分。對在實驗和臨床研究過程中收集的大 量資料和數(shù)據(jù)進行科學的整理和處理,也就是對臨床觀察的素材進行科學加工,對大量數(shù)據(jù) 資料進行統(tǒng)計分析,以便為分析判斷,得出科學的結論做好準備。④形成:醫(yī)學論 文是醫(yī)學研究的一個重要組成部分,完備的醫(yī)學論文應具有學術性、科學性和創(chuàng)新性。
3.3 需掌握科研課題的選定
3.3.1 掌握選題的基本要求 ①要有科學性:表現(xiàn)為科研設計是否嚴密、合理 ,研究方法是否正確、完善等。②要有創(chuàng)新性:科研忌無意義重復前人的工作。選題的創(chuàng)新 表現(xiàn)在研究方法、設計是否在前人的基礎上有所改進、提高和創(chuàng)新。③具體明確:醫(yī)學研究 的選題必須經過嚴格的核對、分析,真實明確地反映客觀存在的事實。對題目的選定要明確 ,不能含糊不清。④適當實施手段:慎重考慮本人技術水平和所在單位的設備狀況,不能脫 離本人和單位具體情況。
3.3.2 需掌握選題的種類 醫(yī)學科研選題分為:①調查研究:流行病學、衛(wèi)生 學。②實驗觀察:生理學、藥理學,需要實驗條件和觀察手段。③資料分析:需要既往的醫(yī) 療衛(wèi)生資料,統(tǒng)計分析,如死因分析等。④經驗體會:在自己的研究基礎上著重對某一問題 進行探討。總之,科學研究是醫(yī)學工作者的重要工作之一,然而,有關的科研方法在醫(yī)學院校教育中較 少涉及,僅在研究生培養(yǎng)過程中作為一般內容簡要介紹。因此,許多醫(yī)學本科生畢業(yè)后不知 怎樣進行科學研究。2000年《中華外科學雜志》的退稿率為74.49%,退稿稿件中科研方法不 正確者占76.25%[3]。表明在醫(yī)學科研工作中,科研方法的不合理應用已成為一種 普遍現(xiàn)象。要彌補醫(yī)學工作者的這一缺陷,必須加強在校醫(yī)學生的醫(yī)學科研能力的培養(yǎng)。開 設醫(yī)學科研導論課程就是其中一個重要的環(huán)節(jié),應引起各類醫(yī)學院校的重視。
參考文獻:
[1] 馬克思,恩格斯全集.經濟學哲學手稿[M].1844,42:128.
[2] 21世紀100個科學難題編寫組,21世紀100個科學難題[M].長春:吉林人 民出版社,1998:648.
1 現(xiàn)代醫(yī)學科學技術革命特點
1.1 現(xiàn)代醫(yī)學科技的集成化
現(xiàn)代科技衍生出不同的門類和亞類,不同的門類和亞類滲透衍生出不同的交叉學科。在醫(yī)學科技發(fā)展過程中,吸收物理學、化學和生物學、環(huán)境科學、信息學乃至人文科學新理念和新技術,極大地刺激了現(xiàn)代醫(yī)學科技的發(fā)展。如核磁共振技術的引入無論在臨床診斷還是在微觀藥物分子結構的研究中均發(fā)揮重要作用;藥劑學研究中引入納米技術和納米材料、藥質體、分子生物學技術等促進藥物的研發(fā)和使用,融合其他學科的技術、方法和理論。在原有醫(yī)學學科的基礎上,發(fā)展了分子藥理學、分子病理學等學科。因此,在醫(yī)學科技范圍內,單一的學科實際上已經集成了眾多的醫(yī)學技術,包括分子生物學、物理學、信息學方面的最新技術和知識。現(xiàn)代物理學、信息網絡技術可進一步推進醫(yī)學科技集成化,形成以某一學科為中心的技術群、知識網。
1.2 現(xiàn)代醫(yī)學技術的發(fā)展呈現(xiàn)快速化和全球化
現(xiàn)代醫(yī)學科學技術呈現(xiàn)快速化發(fā)展的特點,包括新的醫(yī)學科學技術的建立、推廣和應用。隨醫(yī)學科技的發(fā)展,醫(yī)學知識出現(xiàn)爆炸式的增長,醫(yī)學論文、專利、專著、方法等飛速發(fā)展,醫(yī)學知識的更新周期大大縮短。隨現(xiàn)代網絡“高速信息公路”的建立以及網絡的擴大和提速,醫(yī)學科技、醫(yī)學知識實現(xiàn)了實時傳播,全球共享醫(yī)學知識。無論普通百姓還是專業(yè)人士,均能及時獲得醫(yī)學知識的更新。
現(xiàn)代信息技術的高速發(fā)展,無線網絡和3G手機的普及使醫(yī)學科技普及更快,更全面。從局域網到有線互聯(lián)網時代,再到無線網絡,現(xiàn)代信息技術正加速醫(yī)學科技和知識的普及。醫(yī)學知識不再專屬于專業(yè)人士,而成為被普通大眾接受的知識。
1.3 現(xiàn)代醫(yī)學科技的理論和技術密切聯(lián)系
現(xiàn)代醫(yī)學科學技術的發(fā)展依賴于新技術和新理論,包括物理技術、生物技術的引入。而新技術的發(fā)現(xiàn)則依賴于全新理論的指導。在現(xiàn)代醫(yī)學技術發(fā)展過程中不斷發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象,形成新的醫(yī)學知識,多學科之間的融合與交叉催生新的理論,又促進技術發(fā)明,形成良性循環(huán)。因此,現(xiàn)代醫(yī)學科技中理論和技術密不可分,實際上是以醫(yī)學科技為核心的技術群落支持下的理論創(chuàng)新和實踐發(fā)明。
1.4 現(xiàn)代醫(yī)學科技的發(fā)展使不同醫(yī)學領域的專家合作更加密切
現(xiàn)代醫(yī)學科技的發(fā)展、新理論和新技術的不斷涌現(xiàn),任何人都不可能以個人的行為獨立完成技術和理論的創(chuàng)新。現(xiàn)代遠程醫(yī)療系統(tǒng)的研發(fā)使來自不同領域、區(qū)域和層次的醫(yī)學專家更加緊密地合作,為疑難雜癥的診斷和治療提供幫助。由于醫(yī)學科技集成化使科技合作在醫(yī)學科研中更加突出,能更有效地提高效率。
2 現(xiàn)代科技革命對醫(yī)學教育的影響
2.1 現(xiàn)代科技革命對醫(yī)學人才思維模式培養(yǎng)的影響
在人類社會實踐及現(xiàn)代科學技術革命發(fā)展中,沒有創(chuàng)造性思維很難產生創(chuàng)造性成果。現(xiàn)代科技革命尤其是醫(yī)學科學技術的飛速發(fā)展,新知識和新技術手段的涌現(xiàn)更加依賴于創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維關系到醫(yī)學科技發(fā)展的方向和速度,醫(yī)學生是未來醫(yī)學科學技術和理論應用與創(chuàng)新的主體,加強其創(chuàng)新思維的培養(yǎng)將提升未來醫(yī)學的發(fā)展速度。因此在醫(yī)學教育中,尤其是現(xiàn)代醫(yī)學生的培養(yǎng)中,要培養(yǎng)更強的創(chuàng)新思維,建立以創(chuàng)新思維為核心的人才培養(yǎng)模式,即在灌輸現(xiàn)有醫(yī)學知識的基礎上,強調其創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。如利用數(shù)學建模的方法預測疾病的研究,需要在醫(yī)學知識的基礎上進行創(chuàng)新,建立疾病和指標之間的數(shù)學模型,利用強大的計算機網絡和處理能力預測某一醫(yī)學現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律。要求研究者通過發(fā)散思維利用數(shù)學方法和計算機工具建立并處理某些命題。
2.2 現(xiàn)代科技革命要求培養(yǎng)醫(yī)學專業(yè)人才的團隊合作精神
首先,現(xiàn)代科技革命包括醫(yī)學科技革命使創(chuàng)新思維、創(chuàng)新成果評價的主體由科學家個體轉向科學家聯(lián)合體。醫(yī)學科技創(chuàng)新思維的提出往往來自團隊的智慧。醫(yī)學信息爆炸式增長的今天,如果沒有群體意識,或失去了社會聯(lián)系,任何一個醫(yī)學科學工作者將一事無成。其次,科技革命推動科學家之間的緊密合作,包括區(qū)域間乃至國際合作,反過來,這種合作促進科技革命向前發(fā)展,形成良性循環(huán)。現(xiàn)代科技革命尤其是信息化技術的發(fā)展,使合作更加突出,聯(lián)系更加緊密。最后,由現(xiàn)代科技革命引發(fā)的知識大爆炸時代已經形成,未來成千上萬的專業(yè)論文、專利、評論產品的出現(xiàn),知識和技術可能圍繞某一專題展開,尤其是在醫(yī)學研究方面的論著和專利發(fā)明,任何個體都不可能全部掌握,只有通過團隊合作的方式,群策群力,才可能較全面地掌握其發(fā)展動態(tài)和前沿。現(xiàn)代科技革命發(fā)展的主體,醫(yī)學科學家和其他科學工作者組成聯(lián)合體彼此緊密合作,解決科學問題。
2.3 現(xiàn)代科技革命要求快速更新醫(yī)學知識
在醫(yī)學教育基礎知識(成熟的理論體系)的傳授中,對新知識和理論體系的介紹較少。現(xiàn)代醫(yī)學科技的發(fā)展,帶來龐大醫(yī)學信息量,每天都有成熟或不成熟的技術和理論觀點出現(xiàn),這些知識可能在不久的將來被廣泛認同的醫(yī)學理論所替換或更新。在醫(yī)學技術飛速發(fā)展的今天,要求醫(yī)學教育加強新知識和新理論的傳授,為知識更新做好鋪墊。如近年來提出的網絡藥理學(諸如信號網絡藥理學等)、小分子RNA干擾技術理論的提出,使醫(yī)學工作者重新審視藥物作用及機理,根據(jù)不同的專業(yè)特點提出觀點并發(fā)展不同的技術。
2.4 現(xiàn)代科技革命對醫(yī)學教育方式和運作模式的影響
信息技術,尤其是網絡技術的快速升級換代,使復雜的醫(yī)學問題簡單化和實時化,在現(xiàn)代醫(yī)學教育中尤其明顯。遠程網絡控制技術、網絡會診、遠程課程等相關技術的發(fā)展在醫(yī)學教育、解決醫(yī)學難題和醫(yī)學繼續(xù)教育中的作用不容忽視。現(xiàn)代醫(yī)學教育已經不再局限于單一大學校園,而是向實現(xiàn)校際合作、教育資源和信息共享教育模式發(fā)展。如遠程醫(yī)學教育在繼續(xù)教育方面發(fā)揮重要作用,繼續(xù)學習不需要長途跋涉,而是就地學習、更新知識。
在現(xiàn)代科技革命的推動下,現(xiàn)代醫(yī)學教育產業(yè)的運作模式也悄然發(fā)生著改變。隨著醫(yī)學科學技術的發(fā)展,校際合作愈加緊密,諸如醫(yī)學院校之間互派學生,包括本科生、碩士和博士研究生,互派訪問學者等形式的合作。醫(yī)學教育資源的急速膨脹也為學生學習選擇范圍擴大、個性化、互動式的終生自主學習提供便利。這些現(xiàn)象充分說明現(xiàn)代科學技術革命背景下,尤其是醫(yī)學科技的進步和發(fā)展,使現(xiàn)代醫(yī)學教育具有開放性特點,這將沖擊乃至顛覆傳統(tǒng)教育模式。
3 對現(xiàn)代醫(yī)學科學教育發(fā)展的思考
3.1 轉變傳統(tǒng)教育觀念[2,4]
傳統(tǒng)的教育方式基本上是以教師為中心,圍繞某一層次的知識展開教學活動,往往忽視學生的自主學習活動。現(xiàn)代科技和醫(yī)學教育技術的發(fā)展,學生學習的范圍、方法、時間等可選擇性增強。來自互聯(lián)網的醫(yī)學傳播平臺,如各級精品課程網站、搜索引擎、論壇、各種在線即時通訊平臺,尤其是專業(yè)的醫(yī)學網站,均可提供各種醫(yī)學知識。因此,在現(xiàn)代醫(yī)學教學中,應逐步提高學生自主學習的能力,擴大可選擇范圍,逐步將以教師為核心的教育觀念轉至以學生為中心。
面對現(xiàn)代醫(yī)學科技的飛速發(fā)展,需要培養(yǎng)綜合素質高,社會工作適應性強的人才。根據(jù)社會需求設計培養(yǎng)目標,現(xiàn)代醫(yī)學教育主動適應社會,堅持“產學研”培養(yǎng)人才的模式,加強醫(yī)學基礎知識教育,拓寬專業(yè)知識面,提高技能。
3.2 改革醫(yī)學教育方式和運作模式
現(xiàn)代醫(yī)學科技革命促進全球化發(fā)展,醫(yī)學高等教育要適應科技革命,就必須改革運作模式,按現(xiàn)代科技發(fā)展提出的要求,建立多渠道、多方位的辦學模式,如公私并存、中外合資等辦學方式,提倡開放式辦學。現(xiàn)代科技革命導致社團之間,大學與社會之間的界限模糊,不能局限于校園內象牙塔式的辦學理念。高等教育機構必須充分利用社會資源為教育服務,醫(yī)學教育也不例外,即醫(yī)學高等教育與社會資源盡可能實現(xiàn)共享。醫(yī)學高等教育所負的社會責任不單是培養(yǎng)人才,同時也要普及醫(yī)學知識。隨現(xiàn)代科技革命的推進,開放式的醫(yī)學教育應為醫(yī)學知識的普及承擔更大的責任。
關鍵詞:化學需氧量;環(huán)境監(jiān)測;綜述
化學需氧量(COD)是評價水體污染的重要指標之一。COD測定的主要方法有高錳酸鹽指數(shù)法(GB11892-89)和重鉻酸鉀氧化法(GTB11914-89)。高錳酸鹽指數(shù)法適用于飲用水、水源水和地面水的測定。重鉻酸鉀氧化法(CODCr)適用于工業(yè)廢水、生活污水的測定,但此法要消耗昂貴的硫酸銀和毒性大的硫酸汞,造成嚴重的二次污染,且加熱消解時間長、耗能大,缺點十分明顯,已不適應我國環(huán)境保護發(fā)展的需求。為此,人們從不同方面進行了改進。
1標準法的改進
1.1消解方法的改進
為縮短傳統(tǒng)的回流消解時間,早期進行的工作包括密封消解法、快速開管消解法、替代催化劑的選擇等;近期的工作主要包括采用微波消解法、聲化學消解法、光催化氧化法等新技術。
1.1.1替代催化劑的研究重鉻酸鉀法所用的催化劑Ag2SO4價格昂貴,分析成本高。因此,畢業(yè)論文研究Ag2SO4的替代物,以求降低分析費用有一定的實用性。如以MnSO4代替Ag2SO4是可行的,但回流時間仍較長。Ce(SO4)2與過渡金屬混合顯示出很好的協(xié)同催化效應,如以MnSO4-Ce(SO4)2復合催化劑代替Ag2SO4[1],測定廢水COD,不但可降低測定費用,還可降低溶液酸度和縮短分析時間,與重鉻酸鉀法無顯著差異。
1.1.2微波消解法如微波消解無汞鹽光度法測定COD;微波消解光度法快速測定COD;無需使用HgSO4和Ag2SO4測定COD的微波消解法;氧化鉺作催化劑微波消解測定生活污水COD等。Ramon[2]等采用聚焦微波加熱常壓下快速消解測定COD。
與標準回流法相比,微波消解時間從2h縮短到約10min,且消解時無需回流冷卻用水,耗電少,試劑用量大大降低,一次可完成12個樣品的消解,減輕了銀鹽、汞鹽、鉻鹽造成的二次污染[3]。專著[4]對此作了較全面的總結。
1.1.3聲化學消解法盡管微波消解時間短,但消解完后要等消解罐冷卻至室溫仍需一定時間。而超聲波消解方便,設備簡單,且不受污染物種類及濃度的限制,近年來已有一些應用研究[5]。鐘愛國[6]使用自制的聲化學反應器對不同水樣進行了聲化學消解試驗,提高了分析效率,減少了化學試劑用量,COD測定范圍150mg·L-1～2000mg·L-1,標準偏差≤615%,加標回收率96%～120%。超聲波消解時,超聲波輻射頻率和聲強是兩個重要的影響因素。試驗表明,超聲波輻射標準水樣30min時,低頻(20kHz)、適當高的聲強(80W·cm-2)有利于水樣的完全消化。
1.1.4光催化氧化法紫外光氧化快速、高效,在常溫常壓下進行,不產生二次污染,因此對水和廢水分析的優(yōu)勢特別突出。近幾年來,半導體納米材料作為催化劑消除水中有機污染物的方法已引起了人們的廣泛關注。當用能量等于或大于半導體禁帶寬度(312eV)的光照射半導體時,可使半導體表面吸附的羥基或水氧化生成強氧化能力的羥基自由基(·OH),從而使水中的有機污染物氧化分解。艾仕云等[7]提出納米ZnO和KMnO4協(xié)同氧化體系,并據(jù)此建立了測定COD的方法,所得結果的可靠性和重現(xiàn)性與標準法相當。他們還使用K2Cr2O7氧化劑、納米TiO2光催化劑測定COD[8]。通過光催化還原K2Cr2O7生成的Cr3+濃度變化,可以獲得樣品的COD值。但反應仍需恒溫攪拌,反應液需離心過濾。操作煩瑣,且不能在線快速分析。
1.2測定方法的改進
1.2.1分光光度法分光光度法測定COD是在強酸性溶液中過量重鉻酸鉀氧化水中還原性物質,Cr6+還原為Cr3+,英語論文利用分光光度計測定Cr6+或Cr3+來實現(xiàn)COD值測定。Inaga等以Ce(SO4)2作氧化劑,加熱反應后測定吸光度,計算出COD值。Konno使用自制的比色計與PC機相聯(lián)測定COD,所得結果與標準法基本一致。光度法測得COD值快速、準確、成本低等。目前,國內外不少COD快速測定儀均是基于光度法原理。如美國HACH公司制造的COD測定儀是美國國家環(huán)保局認可的COD測量方法。
1.2.2電化學分析法
(1)庫侖法庫侖法是我國測定COD的推薦方法,該法利用電解產業(yè)的亞鐵離子作庫侖滴定劑進行庫侖滴定,根據(jù)消耗的電量求得剩余K2Cr2O7量,從而計算出COD。廣州怡文科技有限公司和中國環(huán)境監(jiān)測總站研制的EST22001COD在線自動監(jiān)測儀,采用庫侖滴定原理,測量范圍5mg/L～1000mg/L;測量時間30min～60min,測量誤差≤±5%FS;重復誤差≤±3%FS,與手動分析具有很好的相關性。
(2)電解法此法既不外加氧化劑,也不加熱消解水樣,而是利用電化學原理直接測量水中有機物的含量,是COD測定方法的突破。方法原理基于特殊電極電解產生的羥基自由基(·OH)具有很強的氧化能力,可同步迅速氧化水中有機物,較難氧化的物質(如煙酸、吡啶等)也均能被·OH氧化。羥基自由基被消耗的同時,工作電極上電流將產生變化。當工作電極電位恒定時,電流的變化與水中有機物的含量成正比關系,通過計算電流變化便可測量出COD值。作者在這方面作了一些探索工作,取得了初步的結果[9,10]。由于水樣不需消解,極大縮短了分析流程,還克服了傳統(tǒng)方法中“二次污染”的問題。目前,這類儀器代表產品是德國LAR公司的Elox100A型COD在線自動監(jiān)測儀h[11]。儀器測量范圍從1mg/L～10000mg/L,最大可到100000mg/L,測量周期2min～6min。此儀器在歐美各國已得到較廣泛的應用,在我國也獲得國家質量監(jiān)督檢疫總局計量器具型式批準證書。
(3)其他電化學分析法Dugin[12]提出以Ce(SO4)2為氧化劑,利用pH電極和氧化還原電極直接測定電勢從而測定COD值的方法。Belius2tiu[13]以兩種不同的玻璃電極組成電池,通過直接測定電池電動勢,對水樣中COD值進行測定。趙亞乾[14]以一定比例的反應溶液回流10min后,冷卻稀釋,用示波器指示終點進行示波電位滴定測定COD。
Westbroek等[15]提出Pt-Pt/PbO2旋轉環(huán)形圓盤電極多脈沖電流分析法,通過電化學方法產生強氧化劑,碩士論文有機污染物在圓盤電極表面直接氧化或與產生的氧化物質反應而間接被轉化。伏安計時電流法和多脈沖計時電流法測COD,可在幾秒中獲得結果,而且可以在線監(jiān)測。形成的強氧化媒介可使工作電極表面保持清潔。但方法檢測限較高,不適合地表水或輕度污染水的測定。但德忠等[16]提出混合酸消解和單掃描極譜法快速測COD的方法。該法基于用單掃描極譜法測定混合酸(H3PO4-H2SO4)消解體系中過量的Cr6+,從而間接測定COD。混合酸消解回流時間只需15min。Venkata等[17]使用示差脈沖陽極溶出伏安法(DPASV)進行電化學配位滴定確定有機金屬絡合物的絡合能力,從而測定COD。
.2.3化學發(fā)光法根據(jù)重鉻酸鉀消解廢水后其最終還原產物Cr3+濃度與COD值成正比關系,以及在堿性條件下,Luminol-H2O2-Cr3+體系產生很強的化學發(fā)光的原理,文獻[18,19]提出一種用光電二極管做檢測器測定水體化學需氧量的新方法。
1.2.4紫外吸收光譜法紫外吸收光譜法是通過測量水樣中有機物的紫外吸收光譜(一般用254nm波長),直接測定COD。已有工作表明,不少有機物在紫外光譜區(qū)有很強的吸收,在一定的條件下有機物的吸光度與COD有相關性,利用這種相關性可直接測定COD。這種方法不像COD、總有機碳(TOC)方法那樣明確,但在特定水體中有極高的相關性,也能真實反映有機物含量。基于紫外吸收原理測定COD的儀器已有生產。這類方法均不需添加任何試劑、無二次污染、快速簡單,但前提條件是水質組成必須相對穩(wěn)定。此方法在日本已是標準方法,但在歐美各國尚未推廣應用,在我國尚需開展相關的研究。
2自動在線分析技術
流動分析(FA)用于水樣COD的測定可將樣品消解和測定實現(xiàn)一體化,留學生論文使整個過程實現(xiàn)在線化、自動化。Korinaga[20]提出以Ce(SO4)2為氧化劑,采用空氣整段間隔連續(xù)流動分析法對環(huán)境水樣中的COD進行測定,采樣頻率達90次/h,但需特制的閥,且管長達18m。陳曉青等[21]提出測定COD的流動注射停流法,系統(tǒng)以微機控制蠕動泵的啟停,并記錄分光光度計檢測到的信號。由于停流技術的引入,解決了慢反應中樣品的過度分散問題。
Cuesta等[22]提出COD的微波消解火焰原子吸收光譜-流動注射分析法。用微波加熱消解樣品,未被樣品中有機物質還原的Cr6+保留在陰離子交換樹脂上,Cr6+經洗脫后用火焰原子吸收光譜法測定。這種方法在檢測中沒有基體效應的影響。
盡管流動注射分析的優(yōu)勢突出,但仍免不了傳統(tǒng)加熱方式。為了提高在線消解效率,不得不加長反應管或采用停留技術,這又導致分析周期延長或低的采樣頻率。醫(yī)學論文微波在線消解效果雖好,但去除產生的氣泡使流路結構復雜化。但德忠等[23]將流動注射和紫外光氧化技術引入高錳酸鹽指數(shù)的測定中,建立了紫外光催化氧化分光光度法測定高錳酸鹽指數(shù)的流動分析體系,并對多種標準物質(葡萄糖、鄰苯二甲酸氫鉀、草酸鈉等)進行了研究,反應僅需約115min,回收率8310%～11110%,檢測限為016mg/L。用此方法成功測定了COD質控標準(QCSPEX-PEM-WP)和英格蘭普利茅斯Tamar河水樣品。
Yoon-Chang[24]將光催化劑二氧化鈦鋪助紫外光消解與流動分析技術聯(lián)用測定化學耗氧量,獲得了好的相關性。李保新等[25]把化學發(fā)光系統(tǒng)和流動分析法結合測定高錳酸鹽指數(shù),有機物在室溫條件下發(fā)生化學氧化反應,KMnO4還原為Mn2+并吸附在強酸性陽離子交換樹脂微型柱上,同時過量的MnO-
4通過微型柱廢棄。吸附在微型
柱上的Mn2+被洗脫出來使用H2O2發(fā)光體系檢測。若換用職稱論文重鉻酸鐘氧化劑,在酸性條件下,重鉻酸鉀還原生成的Cr(Ⅲ)催化Luminol-H2O2體系產生強的化學發(fā)光可測定COD。該方法已用于地表水樣COD的測定。
基于流動技術,綜合電化學技術、現(xiàn)代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術、現(xiàn)代光機電技術研制的COD在線監(jiān)測儀,一般包括進樣系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分。進樣系統(tǒng)由輸液泵、定量管、電磁閥、管路、接口等組成,完成對水樣的采集、輸送、試劑混合、廢液排除及反應室清洗等功能;反應系統(tǒng)主要有加熱單元或(和)反應室,完成水樣的消解和的反應;檢測系統(tǒng)包括單片機(或工控機)、時序控制和數(shù)據(jù)處理軟件、鍵盤和顯示屏等,完成在線全過程的控制、數(shù)據(jù)采集與處理、顯示、儲存及打印輸
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