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思政案例

思政案例

案例1 毛细管电泳技术的发展史

电泳现象发现于1807年,但是直到1937年瑞典科学家Tiselius才将其应用到血清蛋白的分离,从而开创了现代电泳技术的研究,并表明电泳过程不能使用过高的电压,否则会产生十分明显的焦耳热,影响样品的分离效果。1967年时,Tiselius的学生将电泳转移到玻璃管中,以较大的比表面积增强散热,从而有效地减少了焦耳热的不利影响,有力地推进了电泳技术向毛细管电泳方向的发展。到1981年时,美国科学家Jorgenson和Lukács在75mm的毛细管柱里实现了电泳,从而在1988年时商品化的毛细管电泳仪面世。随后毛细管电泳技术被成功用于人类基因组学计划。

从这里我们可以得出做研究,首先要有脚踏实地,锲而不舍的科学精神,还需要具备正确的认识问题、分析问题和解决问题的能力。

案例2 中国科学家拉曼光谱学中的贡献

拉曼辐射理论是1923年由德国物理学家A.Smekal首先预言,1928年,印度科学家 C.V. Raman 首先在CCl4的光谱中发现拉曼散射现象。1934年吴大猷先生在北京大学物理系实验室开始了中国最早的拉曼光谱学研究。1936年在中国化学学会志上发表了其第一篇拉曼光谱论文。抗战期间,在艰苦的条件下,吴大猷先生仍然在继续拉曼光谱学的研究。他在昆明西南联大的土墩木架上组建起摄谱仪进行研究,还发表了论文。1939年,他出版了英文著作《Vibrational Spectra and Structure of Polyatomic Molecules》。这是继1928年观察到拉曼效应后国际上第一部全面总结分子结构拉曼光谱研究成果的专著。1941年被美国翻版。60年后,这本书仍然被拉曼光谱学的研究者引用。1954年黄昆先生与玻恩合作出版学术专著《Dynamic Theory of Crystal Lattices》。书中黄昆先生进一步发展了拉曼光谱理论。黄昆先生成为世界拉曼光谱学发展中少数几位起重大作用的物理学家之一。

1998年中国科学院大连化学物理研究所中国科学院李灿院士及其研究团队成功研制出我国第一台具有自主知识产权的紫外拉曼光谱仪,解决了国际上拉曼光谱领域长期以来存在的荧光干扰问题,并在国际上最早将其应用到催化剂材料科学领域的研究。2004年李灿院士研究团队研制成功紫外-可见光全波段共振拉曼光谱仪,2008年与卓立汉光仪器公司合作,开始将紫外拉曼光谱仪产业化。2010年研制成功深紫外拉曼光谱仪,获得世界上第一张激发波长低至177nm的深紫外拉曼光谱。

在催化材料的研究中,李灿院士团队利用紫外共振拉曼光谱技术解决了一系列重要分子筛材料中有关骨架金属活性中心的结构鉴定难题,建立了微孔和介孔分子筛骨架过渡金属杂原子活性中心鉴定的表征新方法,不仅可大幅节约贵金属用量,而且单原子相对均一的催化环境有望实现化学反应的高选择性,减少副产物的出现,从而实现真正的绿色催化。利用紫外拉曼光谱研究了金属氧化物催化材料表面物相结构问题,发现金属氧化物的表面与体相常常具有不同相结构,物相形成过程中表面和体相的相变表现不同步。在太阳能光催化材料研究中,发现表面物相结构和光催化活性有直接关联,提出了“表面异相结和异质结增强光催化活性”的概念。他们还发展了水热催化材料合成中的原位紫外拉曼光谱技术,观察到分子筛合成初期的分子碎片以及模板剂与分子碎片的相互作用形成的微孔结构,提出了分子筛初期形成的重要中间体决定最终分子筛结构的机理。获得了具有与均相不对称催化相媲美的多相手性催化剂,可以有效地将药物中不起作用或有毒副作用的成分剔除,生产出具有单一定向结构的纯手性药物,从而让药物成分更纯,在治疗疾病时疗效更快、疗程更短。对手型药物的研究起到了重要的作用。

目前,紫外拉曼光谱已经在化学、物理和生命科学等诸多领域显示出巨大的优越性,成为一项重要的分子光谱技术。我国紫外拉曼光谱研究在国际上的领先地位,极大地促进了中国在这个领域的国际合作研究。

以此案例激发学生的家国情怀,文化自信和民族自豪感,同时培养坚忍不拔的科学探索精神,明确创新不出不在,科研创新更需要的是踏实的求实精神,对科研的热爱以及对祖国的无限深情,优渥的物质条件并不是创新的根本。

案例3 用波谱仪进行青蒿素的结构鉴定

屠呦呦在分离获得青蒿素后,在北京医学院和中国医学科学院药物研究所教授指导下,经过元素分析、红外光谱、质谱、核磁共振波谱和部分化学反应研究后发现其分子中不含氮原子,并推测此化合物的结构使一种具有倍半萜结构的新型抗疟疾药物。后交由上海有机所继续进行结构鉴定,在中药所多位研究人员配合下,研究了青蒿素一系列的化学反应,在我国多方科学家们的合作下,通过红外光谱、核磁共振谱、质谱、圆二色谱和一系列化学反应,最终确定了青蒿素的特殊结构是一种完全不含氮原子的倍半萜内酯,分子内具有过氧基和与其连接的醚链(O-C-O-C-O-C-O-O-C),而这个结构就可能是分子产生抗疟疾作用的部位。

由此案例引导学生理解多种波谱方法的配合才是结构解析的利器,同时培养团队合作意识及精益求精的科学精神。引导学生体会马克思主义理论中提出的“实践是认识发展的动力”。科学知识不是一成不变的,而是随着研究的深入,知识也在不断被挖掘和拓展,从而激发学生的主动学习积极性,带来解决问题的成就感,增强自信。