仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的分析方法。仪器分析课程是应用化学、化学工程与工艺、制药工程、环境工程、能源化学工程等近化学类专业重要的化学基础课程。本课程主要介绍各种仪器分析方法的基本原理、基本仪器和基本应用。通过课程的学习，使学生掌握常用仪器分析方法原理和应用，熟悉仪器结构，具备能够综合运...
课程负责人
杨屹，女，教授，博士生导师，1985年获吉林大学学士学位，1988年获武汉大学硕士学位，1991年获武汉大学博士学位，1991年8月起在北京化工大学工作。2001年起任教育部高等学校化学及化工学科教学指导委员会化学类专业教学指导委员会委员，2007年获第三届国家教学名师奖。享受国务院政府津贴。长期工作在本科教学第一线，主讲仪器分析、分离科学与技术等课程，负责的仪器分析课程被评为国家级精品课程和国家双语示范课程，负责的化学化工实验教学中心被评为国家级实验教学示范中心，负责的应用化学专业被评为国家级特色专业建设点。参加编写《仪器分析》和《大学...&
仪器分析（第二版）
ISBN：978-7-122-08400-2
主编：董慧茹
化学工业出版社
Principles of Instrumental Analysis（6th Edition）
ISBN：978-0-495-12570-9
主编：Douglas A. Skoog
THOMSON BROOKS/COLE
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&&&&&&&&&&&&仪器分析 - 临沂大学
&当前位置： -& -& 教学大纲
&&《仪器分析》课程教学大纲
课程代码：
总学时数：105学时 自学学时：70学时
授课学时：35学时
适合专业：化学、应用化学及化工各专业本科
先修课程：分析化学
课程负责人： 徐文军
大纲主撰人：徐文军
一、使用说明
1、课程性质：
仪器分析是分析化学重要的组成部分，是化学和相关专业的基础课程之一，也是分析化学的发展方向。本课程涉及的分析方法是根据物质的光、电、声、磁、热等物理和化学特性对物质的组成、结构、信息进行表征和测量，是继《化学分析》后，学生必须掌握的现代分析技术。它对于学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用，在整个教学过程中占有非常重要的地位，是化学、应用化学和化学工程与工艺专业的一门重要的必修基础课程。
2、课程的教学目的及任务：
使学生通过本课程的学习，牢固掌握若干常用仪器进行定性、定量和结构分析的基本原理以及仪器的各重要组成部分，各种分析方法的干扰因素、误差来源以及消除的方法。对各仪器分析方法的应用对象及分析过程有基本的了解。使学生在学习仪器分析基本理论和方法的同时，能培养严谨的科学态度和细致、踏实的作风以及做事认真、实事求是的人生态度，并初步具有分析问题、解决为提的能力。此外，通过本课程的教学，让学生对当今世界各类分析仪器及分析方法及发展趋势有一些初步的了解，从而为其今后的工作及更深一步地学习作必要的铺垫。
3、课程学时、学分、主要教学环节：
学时为面授35学时，自学75学时，总计105学时，学分为4，主要教学环节：光谱分析法、色谱分离技术、电化学分析法以及其他分析方法。
二、教学要求
通过本课程的教学，要求学生达到：
1、了解仪器分析在生产实际及科研工作中的重要意义，掌握仪器分析分中利用仪器进行定性、定量和结构分析的基本原理以及仪器各重要组成部分基本操作。
2、掌握仪器分析测定中各种分析方法的干扰因素误差来源及其消除的方法。
3、熟悉各种仪器分析方法的应用对象及基本的分析过程。
4、培养严谨的科学态度和细致、踏实的工作作风, 培养创新精神以及做事认真、实事求是的人生态度，并初步具有分析和解决实际问题的能力。
三、教材及教学参考用书
教材：曾泳淮编， 仪器分析 （专升本），北京：高等教育出版社， 2004
参考用书：
1、方惠群等编，仪器分析原理 （第二版），南京大学出版社，2001
2、夏心泉主编，仪器分析（第一版），中央广播电视大学出版社，1995
3、朱明华编，仪器分析（第二版），北京：高等教育出版社，1993
4、赵藻藩等编，仪器分析，北京：高等教育出版社，1990
5、《仪器分析》（第二版），曾泳淮、林树昌主编，高等教育出版社，2004
6、郭景文主编，林瑞超主审，现代仪器分析技术，北京：化学工业出版社，2004
7、孙凤霞，仪器分析，北京：化学工业出版社，2004
8、吴谋成主编，仪器分析，北京：科学出版社，2003（21世纪高等院校教材）
9、董慧茹，仪器分析，北京：化学工业出版社，2000
10、武汉大学编，仪器分析习题精解，北京：科学出版社，1999
11、刘志广主编，仪器分析学习指导与综合练习，北京：高等教育出版社，2005
四、教学内容
仪器分析主要包括仪器分析绪论、光谱分析法、电化学分析法、色谱分离技术以及其他分析方法；
光谱分析法主要包括原子吸收与原子发射光谱法、紫外可见吸收光谱法、红外光谱法、分子发光分析法；
电化学分析法主要包括电位分析、电解与库仑分析法、伏安和极谱法；
色谱分离技术主要包括气相色谱和液相色谱；
其他的分析方法包括质谱法等。
第一章 绪论
授课时数：1学时
教学目的与要求
1、理解仪器分析方法的内容和分类，仪器分析与化学分析的关系。
2、了解仪器分析方法的特点，作用和发展趋势，明确学习目的。
（三） 教学重点与难点:
仪器分析方法的内容和分类；
（四） 基本内容：
第一节 化学分析与仪器分析
第二节 仪器分析方法分类
第三节 仪器分析的特点
1. 仪器分析方法的特点 2. 仪器分析方法的局限性
第四节 21世纪的仪器分析
第二章 光学分析法导论
（一）授课时数：1学时
（二）教学目的与要求
了解电磁辐射的基本性质。
了解光学分析法的内容、分类、方法特点。
了解光谱法所用仪器。
（三） 教学重点与难点:
电磁辐射的基本性质。
光学分析法方法特点。
（四） 基本内容：
第一节 电磁辐射的基本性质
第二节 光学分析法分类
第三节 光谱法仪器
第三章 原子发射光谱法
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
1、理解原子光谱与分子光谱的区别。
2、掌握原子发射光谱分析法的基本原理，了解原子发射光谱仪的构造。
3、掌握原子发射光谱分析方法，包括定性分析、定量分析、半定量分析。
（三） 教学重点与难点:
1、原子发射光谱分析方法，包括定性分析、定量分析、半定量分析。
2、工作曲线法和内标法的计算。
（四） 基本内容：
第一节 原子发射光谱法概述
第二节 原子发射光谱法基本原理
1. 原子光谱的产生 2. 光谱特性与原子结构
第三节 原子发射光谱仪
1. 光源 2. 分光器 3. 检测器
第四节 分析方法
第四章 原子吸收及原子荧光光谱法
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
掌握原子吸收光谱分析法的基本原理。
了解原子吸收光谱仪的构造。
掌握原子吸收分光光度定量分析方法。
了解原子荧光光谱法。
（三） 教学重点与难点:
1、原子吸收分光光度定量分析方法中工作曲线法和标准加入法的计算。
（四） 基本内容：
第一节 原子吸收光谱分析法概述
1. 原子吸收光谱法的分析过程 2. 原子吸收光谱法与紫外-可见吸收光谱法的比较原子吸收光谱法的特点和应用
第二节 原子吸收光谱分析法的基本原理
1. 光谱的产生 2. 谱线轮廓，吸收定律 3. 峰值吸收系数及其测量
第三节 原子吸收光谱仪
1. 光源 2. 火焰原子化器 3. 石墨炉原子化器 4. 单色仪及检测系统
第四节 分析方法
1. 分析条件的选择
2. 定量分析方法 1) 标准曲线法 2) 标准加入法 3) 紧密内插法
第五节 干扰及其抑制方法
1. 光谱干扰 2. 化学干扰3. 电离干扰 4. 物理干扰
第六节 灵敏度与检出限
第七节 原子荧光学谱法
1. 基本原理? 2. 原子荧光光谱仪 3. 原子荧光光谱法的特点及应用
第五章 紫外-可见吸收光谱法
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
理解紫外-可见吸收光谱的产生。
了解紫外-可见吸收光谱法的定性分析和定量分析方法及其应用。
（三） 教学重点与难点:
1、紫外-可见吸收光谱法的定性分析和定量分析方法及其应用。
（四） 基本内容：
第一节 紫外-可见吸收光谱法概述
第二节 朗伯-比尔定律
第三节 有机化合物的紫外-可见吸收光谱
第四节 紫外-可见光分光光度计
第五节 紫外-可见吸收光谱法的应用
第六章 红外光谱法
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
理解红外光谱产生的条件、红外光谱与分子结构的关系以及环境因素的影响。
了解重要官能团及典型有机化合物的特征吸收频率、红外光谱定性分析、定量分析方法。
（三） 教学重点与难点:
红外光谱产生的条件、红外光谱与分子结构的关系以及环境因素的影响。
重要官能团及典型有机化合物的特征吸收频率、红外光谱定性分析、定量分析方法。
（四） 基本内容：
第一节 红外光谱法概述
第二节 红外光谱法基本原理
第三节 基团频率与分子结构的关系
第四节 红外光谱仪
第五节 红外光谱样品的制备
第六节 红外光谱法的应用
第七章 核磁共振波谱法*
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
理解核磁共振波谱法的基本原理及仪器主要部件的功能。
理解化学位移产生的原因及影响因素。
了解利用核磁共振波谱能正确解析一般化合物结构。
（三） 教学重点与难点:
核磁共振波谱法的基本原理及仪器主要部件的功能。
化学位移产生的原因及影响因素。
（四） 基本内容：
第一节 核磁共振的基本原理
第二节 弛豫过程
第三节 化学位移
第四节 自旋耦合和自旋裂分
第五节 一级谱及高级谱
第六节 核磁共振波谱议
第七节 核磁共振波谱法的应用
第八节 13C核磁共振波谱简介
*：本章根据学生的实际情况选讲。
第八章 分子发光分析法
（一）授课时数：2学时
（二）教学目的与要求
1、理解分子荧光和磷光的产生。
2、了解化学发光分析法及其应用。
（三） 教学重点与难点:
1、分子荧光分析及其应用。
（四） 基本内容：
第一节 分子荧光和磷光分析法
第二节 化学发光分析法
第九章 电化学分析法导论
（一）授课时数：1学时
（二）教学目的与要求
了解原电池和电解池的区别。
2、掌握电池的表示式和电池电动势的概念。
3、掌握能斯特方程式及其应用。
4、了解电极的类型及各种电极的电极电位的计算公式
（三） 教学重点与难点:
1、能斯特公式及其应用
2、各种电极的电极电位的计算公式
（四） 基本内容：
第一节 化学电池
第二节 电极电位
第三节 液体接界电位
第四节 电极的极化和超电位
第五节 电极类型
第十章 电位分析法
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
1、掌握电位分析法的基本原理，加深理解电极电位与浓度之间的关系。
2、掌握溶液pH值的测定方法、测定离子活度的方法。
3、了解电位分析仪的基本构造。
4、掌握离子选择性电极的相关知识点。
（三） 教学重点与难点:
1、电位分析法的基本原理。
2、溶液pH值的计算方法。
3、运用工作曲线法和标准加入法进行离子活度的计算
（四） 基本内容：
第一节 电位法测量溶液pH值
第二节 离子选择性电极的响应机理
第三节 离子选择性电极的主要类型
第四节 离子选择电极性能参数
第五节 直接电位法
第六节 电位滴定法
第十一章 电解与库仑分析法
（一）授课时数：1学时
（二）教学目的与要求
1、掌握电解和库仑分析法的基本原理。
2、了解电解时离子的析出次序及完全程度。
3、掌握法拉弟电解定律，恒电流库仑滴定
（三） 教学重点与难点:
电解和库仑分析法的基本原理。
电解时离子的析出次序及完全程度的计算过程。
（四） 基本内容：
第一节 电解分析的基本原理
1. 电解现象 2. 分解电压和析出电位 3电解时离子的析出次序及完全程度的计算过程
第二节 电解分析法及其应用
1. 恒电流电解分析法 2. 控制电位电解分析法 3. 汞阴极电解法
第三节 库仑分析的基本原理
1. 法拉第电解定律 2. 电流效率
第四节 库仑分析的方法及应用
1. 恒电位库伦分析法 2. 恒电流库伦分析法（库伦滴定）
第十二章 伏安法和极谱法
（一）授课时数：4学时
（二）教学目的与要求
掌握伏安分析法的基本原理，扩散电流议方程式及其影响因素，影响半波电位的因素。
掌握极谱定量分析方法。
了解现代极谱新技术的原理及特点。
（三） 教学重点与难点:
扩散电流方程式各因素的计算，影响半波电位的因素。
运用极谱定量分析方法即工作曲线法、比较法和标准加入法进行相关计算。
（四） 基本内容：
第一节 经典极谱法的基本原理
1. 极谱法的基本装置 2. 极谱法的基本原理 3. 极谱法的特点和应用
第二节 极谱定量分析基础-尤考维奇方程式
1. 扩散电流公式 2. 影响极限扩散电流因素
第三节 干扰电流及其消除方法
1. 残余电流 2. 迁移电流 3. 极谱极大 4. 氧波、氢波和叠波
第四节 极谱定量分析方法
1. 底液的选择 2. 极谱波高的测定方法 3. 极谱定量分析方法
第五节 极谱定性分析的依据-半波电位
1. 半波电位－极谱定性分析的原理 2. 影响半波电位的因素
第六节 单扫描极谱法
1. 基本原理 2. 电流-电位曲线 3. 单扫描极谱法的特点和应用
第七节 循环伏安法
1. 基本原理 2. 应用
第八节 脉冲极谱法
1. 基本原理 2. 特点和应用
第九节 电分析化学的新进展
1. 化学修饰电极 2. 超微电极 3. 光谱电化学
第十三章 色谱法导论
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
1、了解色谱法的分类、色谱图及基本概念。
2、掌握色谱法基本理论
（三） 教学重点与难点:
1、色谱流出曲线和有关概念。
2、色谱法基本理论及其相关计算。
（四） 基本内容：
第一节 色谱基本概念
1. 色谱法的分类 2. 色谱流出曲线
第二节 色谱法基本理论
第十四章? 气相色谱法
授课时数：3学时
教学目的与要求
1、掌握气相色谱法的基本原理。
2、了解气相色谱仪的构造及色谱操作条件的选择
3、掌握气相色谱定性定量分析方法。
（三）教学重点与难点及重点：
1、气相色谱法的基本原理。
2、气相色谱定性分析方法。
3、定量分析方法中校正因子、归一化法及内标法的计算。
4、色谱流出曲线和有关术语，气相色谱定性、定量分析方法。
（四）基本内容：
第一节 气相色谱仪
1. 气相色谱法的流程 2. 气相色谱仪的构造
第二节 气相色谱固定相
第三节 气相色谱最佳实验条件的选择
1. 色谱柱的选择 2. 柱温的选择 3. 载气流速的选择 4. 进样量、进样方式及进样时间的选择5. 气化温度的选择 6. 检测器的选择
第四节 气相色谱检测器
第五节 气相色谱定性、定量分析及应用
1. 定性分析
1) 保留值 2) 相对保留值 3) 保留指数 4) 经验规律 5) 与其它方法联用
2. 定量分析
1) 归一化法 2) 外标工作曲线法 3) 内标法
第十五章 高效液相色谱法
（一）授课时数：1学时
（二）教学目的与要求
1、掌握液相色谱法的基本原理。
2、了解液相色谱仪的构造，液相色谱法的分类。
3、掌握液相色谱分析方法的选择。
（三） 教学重点与难点:
1、液相色谱法的基本原理。
2、液相色谱分析方法的选择
（四） 基本内容：
第一节 高效液相色谱法的分类
第二节 高效液相色谱流动相
第三节 高效液相色谱仪
第四节 高效毛细管电泳
第五节 超临界流体色谱法
第十六章 质谱分析法
（一）授课时数：3学时
（二）教学目的与要求
理解质谱法原理及质谱仪主要部件功能。
了解质谱定性分析及图谱解析、定量分析方法。
（三） 教学重点与难点:
质谱法原理及质谱仪主要部件功能。
质谱定性分析及图谱解析、定量分析方法。
（四） 基本内容：
第一节 质谱分析概述
第二节 质谱仪
第三节 离子的类型
第四节 质谱法应用
第五节 色谱-质谱联用技术
五、教学进度与学时安排
第二学期，讲授总学时35学时。
六、考试考核方式
（1）考核采取“笔试+平时成绩”的做法，将学员出勤考查和平时参与课堂实践的表现列入考试成绩。
在BBS平台专门开设一个栏目，教师定期把学生的整体学习情况作出评价，如出勤情况，登陆使用BBS平台情况，完成课后作业在线情况等。
形成性评价：学员学习的活跃程度在平时成绩中占有一定比例，网上学习时间和次数系统有记录，作为平时成绩给分的一项重要记录，课后作业是教师与学员进行情感交流的有效方式，作业形式多种多样。
(2)建立试题库，实施考教分离。试题库是在充分调查研究、广泛收集资料、全面深入地领会大纲、全面细致掌握教材的基础上建立起来的，系统、客观、科学。
（3）考试成绩包括平时成绩（作业、出勤共占30％）和笔试成绩（70％）。笔试为闭卷。
七、教学手段、教学方法及教学配置条件等
教学手段：常规面授教学、媒体教学与网络远程教育相结合
教学方法：启发式、讨论式、辩论式、现场实物教学、学员主讲等教学方法
教学配置条件：建立了《仪器分析》学习网站，网上课堂，多媒体电子教案、系列参考书、试题库。精选一些国内知名大学的专家、教授的讲课录像片段和相关影视资料作为辅助教学手段，加深学员对所学内容理解和掌握。
八、实践环节及其安排
在课程设计中增加实验室现场讲授和到实习、实训单位参观学习及顶岗实习等项目，所有项目均在教学计划和教学进度中明确。仪器现场讲授由主讲教师配合实验员进行实施，外出参观学习和顶岗实习由分管教学的副院长和课程负责人共同到相关单位联系、协调，最后由主讲教师和学生辅导员组织实施。
版权所有：临沂大学化学化工学院　邮政编码:276000　
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《现代生物学仪器分析》课程教学大纲
课程代码：
课程负责人：梁毅
课程中文名称：现代生物学仪器分析
课程英文名称：Modern Biological Instrumental Analysis
课程类别：武汉大学研究生精品课程和研究生学科通开课
课程学分数：2
课程学时数：36
授课对象：生命科学学院全体硕士研究生
一、 教学目的
自然界很多有趣现象的发生和人类多种疾病的发病都和具体参与其中的蛋白质结构有关。例如，在绿色植物的体内，存在着由膜蛋白、色素分子和脂分子组成的蛋白脂质体复合物，常文瑞院士课题组运用X射线晶体衍射分析的方法，获得了这个“庞大”复合物的晶体结构，发现它是绿色植物俘获光能的有力武器。又如，RNA剪接是分子生物学中心法则中的关键步骤之一，施一公院士课题组运用电镜三维重构（冷冻电镜）的方法，获得了酵母剪接体这一“庞大”复合物的三维结构，发现该剪接体由37种蛋白质分子和4种RNA分子组成，对前体信使RNA分子进行精准剪接。现代生物学仪器分析的应用近年来取得多项标志性成果（例如2002年度、2003年度、2009年度、2012年度和2014年度Nobel化学奖）。因此现代生物学仪器分析在生物医学中有着十分广泛的应用，起着举足轻重的作用，当今生物医学的发展离不开现代生物学仪器分析的鼎力相助。生命科学学院作为武汉大学教学科研强院，为硕士研究生开设一级学科通开课《现代生物学仪器分析》很有必要，它将为生科院研究生教学与科研事业的进一步发展做出贡献。
本课程重点讲述现代生物学仪器分析中的“四大谱”（紫外-可见光谱、红外光谱、核磁共振波谱和质谱）和“三大法”（X射线晶体衍射分析、核磁共振波谱分析和电镜三维重构），系统讲述现代生物学仪器分析的应用（尤其是生物化学与分子生物学、细胞生物学中的应用），比较现代生物学仪器分析方法的优势和局限，介绍现代生物学仪器分析的新进展及面临的挑战。通过传授知识、培养兴趣和能力、提高科研素质为一体的教学，使生命科学学院研究生不仅较好地获得现代生物学仪器分析的知识，而且在动手能力和科研素质方面有较大提高；通过建设好本课程网站和举办精彩的现代生物学仪器分析讲座，提升生命科学学院在现代生物学仪器分析领域中的国际与国内影响力。
二、 教学方法
课堂多媒体教学为主，网上教学为辅（在本课程网站上展示现代生物学仪器分析的标志性成果与最新应用）
三、 教学内容
教学内容（每章或每讲的简要介绍，并注明学时）
内 &&&&&&&&&&&&&&容
第1章 绪论（梁毅教授主讲）
本章主要是对现代生物学仪器分析这门课程做总体介绍，包括本课程的主要内容简介和主讲教师简介。本章提出了现代生物学仪器分析中的“四大谱”和“三大法”，这些将是本课程的主要授课内容，还概要介绍了现代生物学仪器分析的应用和标志性成果，最后给出了本课程计分标准和参考教材。
第2章 X射线晶体衍射分析（梁毅教授、殷雷教授主讲）
X射线晶体衍射分析是现代生物学仪器分析中的“三大法”之一。本章以生物大分子（蛋白质、核酸等）三维结构解析为主线，以X射线晶体衍射分析技术为基础，贯穿蛋白质晶体学原理，讲授X射线晶体衍射解析生物大分子晶体结构的基本知识、理论和研究方法，介绍生物大分子结构研究的新成果、新进展、发展的趋势及面临的挑战。
第3章 核磁共振波谱分析（梁毅教授主讲）
核磁共振波谱分析是现代生物学仪器分析中的“四大谱”（核磁共振波谱）和“三大法”之一。本章主要讲授核磁共振技术发展的历史、核磁共振技术的基本概念和原理，介绍多维核磁共振波谱分析测定蛋白质三维结构的特点以及核磁共振技术测定蛋白质三维结构的步骤。本章还介绍核磁共振波谱分析的最新进展－固体核磁共振波谱分析。
第4章 电镜三维重构（冷冻电镜）（梁毅教授主讲）
电镜三维重构（冷冻电镜）是现代生物学仪器分析中的“三大法”之一。本章内容涵盖：(1) 电镜概述；(2) 电镜样品的制备方法，包括负染、葡萄糖包埋以及冷冻含水等方法；(3) 电镜图像的三维重构概述；(4) 电镜三维重构的优点及示例。与三维晶体的X射线衍射晶体学比较，生物大分子的二维结晶及电镜三维重构（冷冻电镜）技术有着显著优点，具有广泛的应用前景。用冰冻含水方法制备样品进行冷冻电镜（Cryo-electron microscopy）观察代表了电子晶体学的最新潮流，在最近5年取得飞速发展。
第5章 原子力显微技术（梁毅教授主讲）
原子力显微技术通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。本章内容涵盖：(1) 原子力显微镜的工作原理；(2) 原子力显微镜的工作模式，包括接触模式、非接触模式和轻敲模式及其特点；(3) 原子力显微镜的解析度、制样的关键以及该技术的优缺点，最后通过实例介绍原子力显微技术在生物学研究中的应用。
第6章 紫外-可见光谱（杜海宁教授主讲）
紫外-可见光谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。本章主要讲授紫外-可见光谱的基本原理，生色团与助色团、红移和蓝移以及摩尔消光系数的概念，紫外-可见分光光度计的基本构架，最后通过实例介绍紫外-可见光谱在生物学研究中的应用。
第7章 圆二色光谱（杜海宁教授主讲）
本章主要讲授圆二色光谱的基本原理、发展历史及其在生物大分子（蛋白质、核酸等）结构研究中的应用。内容涵盖：(1) 手性分子与圆二色光谱的关系；(2) 偏振光和圆二色性的基本概念及椭圆率的计算方法；(3) 圆二色光谱仪的工作原理和仪器的基本构造、配件的使用方法；(4) 固体圆二色光谱，最后通过实例介绍圆二色光谱在生物学研究中的应用。
第8章 荧光光谱（自学）
本章主要讲授荧光产生的原理、荧光光谱主要谱参量、天然荧光生色团和荧光探针等小节，最后通过实例介绍荧光光谱在生物学研究中的应用。
第9章 红外与拉曼光谱（梁毅教授主讲）
红外光谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。本章内容涵盖：(1) 红外与拉曼光谱的原理；(2) 红外与拉曼光谱的优缺点；(3) 傅里叶变换红外光谱仪和拉曼光谱仪的工作原理；(4) 红外与拉曼光谱生物样品的制备；(5) 红外与拉曼光谱的参数与数据分析，最后通过实例介绍红外与拉曼光谱在生物学研究中的应用。
第10章 质谱技术（郭林教授主讲）
质谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。本章内容涵盖：(1) 质谱的原理；(2) 蛋白质与蛋白质组；(3) 质谱测肽序列，包括肽质量指纹谱PMF和串联质谱MS/MS；(4) 肽质量指纹谱和串联质谱的优缺点；(5) 质谱的参数与数据分析，最后通过实例介绍质谱在在蛋白质组学和蛋白质修饰组学中的应用。
第11章 基因组技术（付向东教授主讲）
本章主要讲授基因组高通量测序技术（Next-Gen High Throughput Sequencing Technologies）的发展历史、原理和类型及其应用。内容涵盖：(1) 基因组高通量测序技术的概述；(2) 基因组高通量测序技术的原理和类型，包括Solexa/Illumina Sequencing by Synthesis、PacBio: Real-time imaging和FRET-based Nanomachine；(3) 数据的分析；(4) 该技术在生物医学研究中的应用实例。
第12章 等温滴定量热技术（梁毅教授主讲）
本章以生物大分子（蛋白质、核酸等）相互作用为主线，以等温滴定量热技术为基础，讲授等温滴定量热技术在分析生物大分子相互作用中所发挥的重要作用。内容涵盖：(1) 等温滴定量热技术的原理；(2) 该技术的重要热力学参数、用途以及应用范围；(3) 等温滴定量热技术的优点和局限性；(4) 新的等温滴定量热替代法。
第13章 激光扫描共聚焦显微技术（吴燕教授主讲）
本章主要讲授荧光显微镜的基本组成与成像原理、激光扫描共聚焦显微镜的基本结构与成像原理，介绍现代显微成像技术的特点与应用。内容涵盖：(1) 显微镜的种类及其应用范畴；(2) 荧光显微镜的结构与工作原理、荧光滤色镜组的组成与工作原理；(3) 激光扫描共聚焦显微镜的构造、工作原理、操作与使用方法及其注意事项；(4) 几种常用的现代荧光成像技术的工作原理与应用前景。用超高分辨率荧光显微镜（Super-resolved fluorescence microscopy）来清晰观察细胞中蛋白质及其他生物大分子的定位和运动代表了现代显微成像技术的最新潮流，在最近5年取得飞速发展。
第14章 流式细胞技术（黄赞教授主讲）
本章内容涵盖：(1) 流式细胞技术的发展史；(2) 流式细胞技术的工作原理及主要技术指标，散射光的测定及荧光测量，荧光补偿及细胞分选原理；(3) 数据的显示与分析；(4) 设门分析技术；(5) 流式细胞仪免疫分析的技术要求，最后通过实例介绍了流式细胞技术在生物医学研究中的应用。
现代生物学仪器分析讲座（外单位相关学科的著名专家教授，梁毅教授主持）
美国密歇根大学张阳教授和日本东京工业大学Fumio Arisaka教授等专家做现代生物学仪器分析相关讲座。
四、 团队成员的任务分配
教学团队成员的任务分配（注明主讲老师和课时）
团队成员姓名、职称
梁毅，985工程特聘教授，博士生导师
团队负责人，主讲绪论、X射线晶体衍射分析Ⅰ、核磁共振波谱分析、电镜三维重构（冷冻电镜）、原子力显微技术、红外与拉曼光谱和等温滴定量热技术等课程内容。
郭林，长江学者特聘教授，博士生导师
团队主要骨干，主讲质谱技术的课程内容。
付向东，“千人计划”特聘教授，博士生导师
团队主要骨干，主讲基因组技术的课程内容。
殷雷，“青年千人计划”特聘教授，博士生导师
团队骨干，主讲X射线晶体衍射分析Ⅱ的课程内容。
吴燕，珞珈学者特聘教授，博士生导师
团队骨干，主讲激光扫描共聚焦显微技术的课程内容。
黄赞，教授，博士生导师
团队骨干，主讲流式细胞技术的课程内容。
杜海宁，教授，博士生导师
团队骨干，主讲紫外-可见光谱和圆二色光谱的课程内容。
五、 课程重点、难点及采取的教学方法
（应注明主要教学手段和方式）
第1章 绪论
重点、难点：现代生物学仪器分析中的“四大谱”和“三大法”
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第2章 X射线晶体衍射分析
重点、难点：X射线晶体衍射解析生物大分子晶体结构的基本知识、理论和研究方法
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第3章 核磁共振波谱分析
重点、难点：核磁共振技术解析生物大分子溶液结构的基本知识、理论和研究方法
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第4章 电镜三维重构
重点、难点：电镜三维重构（冷冻电镜）解析生物大分子溶液结构的基本知识、理论和研究方法
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第5章 原子力显微技术
重点、难点：原子力显微镜的工作原理及工作模式
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第6章 紫外-可见光谱
重点、难点：紫外-可见光谱的基本原理及应用
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第7章 圆二色光谱
重点、难点：圆二色光谱仪的工作原理和仪器的使用方法
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第8章 荧光光谱
重点、难点：荧光光谱仪的工作原理和仪器的使用方法
采取的教学方法：网上教学
第9章 红外与拉曼光谱
重点、难点：傅里叶变换红外光谱仪和拉曼光谱仪的工作原理及数据分析
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第10章 质谱技术
重点、难点：肽质量指纹谱PMF和串联质谱MS/MS的工作原理及应用
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第11章 基因组技术
重点、难点：基因组高通量测序技术的原理和类型及数据分析
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第12章 等温滴定量热技术
重点、难点：等温滴定量热技术的原理及数据分析
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第13章 激光扫描共聚焦显微技术
重点、难点：激光扫描共聚焦显微镜的构造、工作原理、操作与使用方法，超高分辨率荧光显微镜的原理及应用
采取的教学方法：课堂多媒体教学
第14章 流式细胞技术
重点、难点：流式细胞技术的工作原理，荧光补偿及细胞分选原理
采取的教学方法：课堂多媒体教学
六、 教学参考资料目录
教学参考书：[1] 结构生物学（第二版），科学出版社，梁毅 主编，2010（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）
[2] 现代仪器分析（第二版），高等教育出版社，刘约权主编，2006
[3] 生物物理学，高等教育出版社，赵南明，周海梦，2000
[4] 流式细胞术，科学出版社，陈朱波，曹雪涛编著，2010
[5] 激光扫描共聚焦显微镜技术教程，袁兰主编，北京大学医学出版社，2004
[6] 蛋白质组学：从序列到功能，科学出版社，Pennington S.R. and Dunn M.J.编著，钱小红等译，2002
[7] Brian K. Kobilka et al. Crystal structure of the human b2 adrenergic G-protein-coupled receptor. Nature 450, 383-387, 2007
[8] Elaine R. Mardis. A decade’s perspective on DNA sequencing technology. Nature 470, 198-203, 2011
七、 考核方式
期末考核（50％）＋ 小考（16％）＋ 平时作业（24％）＋ 自学笔记（10％）
八、 课程网站建设情况
已完成《现代生物学仪器分析》精品课程网站的建设，该网站有6个组成模块：(1) 课程介绍；(2) 教学大纲及安排；(3) 教学团队成员简介及任务分配；(4) 教学课件及习题；(5) 站内公告；(6) 现代生物学仪器分析的标志性成果与最新应用展示。
武汉大学研究生精品课程《现代生物学仪器分析》网址：http://mbia./
《现代生物学仪器分析》课程教案
（应注明主讲教师和教学内容）
课程代码：
课程负责人：梁毅
课程中文名称：现代生物学仪器分析
课程英文名称：Modern Biological Instrumental Analysis
课程类别：武汉大学研究生精品课程和研究生学科通开课
课程学分数：2
课程学时数：36
授课对象：生命科学学院全体硕士研究生
第1章 绪论（梁毅教授主讲）
本章主要是对现代生物学仪器分析这门课程做总体介绍，包括本课程的主要内容简介和主讲教师简介，其中梁毅教授主讲X射线晶体衍射分析Ⅰ、核磁共振波谱分析、电镜技术、荧光光谱、红外与拉曼光谱、等温滴定量热技术和原子力显微技术等内容，殷雷教授主讲X射线晶体衍射分析Ⅱ，杜海宁教授主讲紫外-可见光谱和圆二色光谱技术，付向东教授主讲基因组技术，郭林教授主讲质谱技术，吴燕教授主讲激光扫描共聚焦显微技术，黄赞教授主讲流式细胞技术，美国密歇根大学张阳教授和日本东京工业大学Fumio Arisaka教授等专家做现代生物学仪器分析相关讲座。本章提出了现代生物学仪器分析中的“四大谱”和“三大法”，这些将是本课程的主要授课内容，还概要介绍了现代生物学仪器分析的应用和标志性成果，最后给出了本课程计分标准和参考教材。
第2章 X射线晶体衍射分析（梁毅教授、殷雷教授主讲）
X射线晶体衍射分析是现代生物学仪器分析中的“三大法”之一。本章以生物大分子（蛋白质、核酸等）三维结构解析为主线，以X射线晶体衍射分析技术为基础，贯穿蛋白质晶体学原理，讲授X射线晶体衍射解析生物大分子晶体结构的基本知识、理论和研究方法，介绍生物大分子结构研究的新成果、新进展、发展的趋势及面临的挑战。本章内容涵盖：(1) X射线晶体衍射分析概述；(2) 晶体生长和X射线衍射数据收集；(3) X射线衍射分析；(4) X射线衍射结构分析举例等小节。这些知识和方法能对生物大分子中原子的空间三维坐标进行精确定位，从而能对生命现象的机制进行更深刻的阐述，不仅是21世纪生物学研究的重要内容，而且将为医药、农业和工业的革新提供崭新的思路。为加深认识，本章还附有具体实例分析和小结，使学生在获得专业知识的同时也对生物大分子结构研究的方法和技术手段有更具体和深刻的理解。
第3章 核磁共振波谱分析（梁毅教授主讲）
核磁共振波谱分析是现代生物学仪器分析中的“四大谱”（核磁共振波谱）和“三大法”之一，是目前测定生物大分子在溶液或非晶态中动态结构的最佳手段。核磁共振是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一特定频率的射频辐射的物理过程。本章主要讲授核磁共振技术发展的历史、核磁共振技术的基本概念和原理，包括原子核自旋与核磁共振、弛豫、化学位移、化学交换、自旋耦合与自旋裂分，介绍多维核磁共振波谱分析测定蛋白质三维结构的特点以及核磁共振技术测定蛋白质三维结构的步骤。本章还介绍核磁共振波谱分析的最新进展-固体核磁共振波谱分析，并举例说明固体核磁共振分析在测定生物膜以及蛋白质纤维的分子结构中的应用。
第4章 电镜三维重构（冷冻电镜）（梁毅教授主讲）
电镜三维重构（冷冻电镜）是现代生物学仪器分析中的“三大法”之一。电镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。用冰冻含水方法制备样品进行低温电镜观察代表了电子晶体学的最新潮流。电镜图像的三维重构是指由样品的一个或多个投影图得到样品中各组成部分之间的三维关系，傅里叶变换方法是目前国际上使用最广泛的一种利用电子显微图像进行三维结构重建的计算方法。本章内容涵盖：(1) 电镜概述；(2) 电镜样品的制备方法，包括负染、葡萄糖包埋以及冷冻含水等方法；(3) 电镜图像的三维重构概述；(4) 电镜三维重构的优点及示例等小节。与三维晶体的X射线衍射晶体学比较，生物大分子的二维结晶及电镜三维重构技术有着显著优点，具有广泛的应用前景。用冰冻含水方法制备样品进行冷冻电镜（Cryo-electron microscopy）观察代表了电子晶体学的最新潮流，在最近5年取得飞速发展。
第5章 原子力显微技术（梁毅教授主讲）
原子力显微技术是在扫描隧道显微镜基础上发展起来的一种新型显微技术，它通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。该技术既可以观测导电样品的表面形貌，又可以观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖，使得它更适合研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构。本章内容涵盖：(1) 原子力显微镜的工作原理；(2) 原子力显微镜的工作模式，包括接触模式、非接触模式和轻敲模式及其特点；(3) 原子力显微镜的解析度、制样的关键以及该技术的优缺点等小节，最后通过实例介绍原子力显微技术在生物学研究中的应用。
第6章 紫外-可见光谱（杜海宁教授主讲）
紫外-可见光谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。紫外-可见光谱法是一种通过研究溶液中生物分子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收情况对生物分子进行定性、定量和结构分析的方法，具有操作简单、应用普遍和灵敏准确等优点，在生物分子的结构测定中发挥着重要作用。本章主要讲授紫外-可见光谱的基本原理，生色团与助色团、红移和蓝移以及摩尔消光系数的概念，紫外-可见分光光度计的基本构架，最后通过实例介绍紫外-可见光谱在生物学研究中的应用，包括如何利用紫外可见光谱进行生物样品的定性分析、浓度测定和动力学分析。通过系统学习以上知识点，学生应该掌握如何使用紫外-可见分光光度计以及如何将其应用于生物学研究。
第7章 圆二色光谱（杜海宁教授主讲）
本章主要讲授圆二色光谱的基本原理、发展历史及其在生物大分子（蛋白质、核酸等）结构研究中的应用，并延伸介绍固体圆二色光谱的方法和应用。本章内容涵盖：(1) 手性分子与圆二色光谱的关系；(2) 偏振光和圆二色性的基本概念及椭圆率的计算方法；(3) 圆二色光谱仪的工作原理和仪器的基本构造、配件的使用方法；(4) 固体圆二色光谱等小节，最后通过实例介绍圆二色光谱在生物学研究中的应用，包括测定蛋白质的光学活性、分析蛋白质的二级结构和三级构象，特别是分析不同条件下蛋白质聚集构象变化。本章主要强调学生掌握如何在科学研究中合理选择和使用圆二色光谱法对生物大分子的结构进行研究和验证。
第8章 荧光光谱（自学）
处于电子激发态的分子回到基态时发射的光称为荧光。荧光光谱包括激发谱和发射谱两种谱。荧光光谱法灵敏度高、选择性强、生物样品用量少、方法简便，已广泛应用于生物大分子构象的研究。本章主要讲授荧光产生的原理、荧光光谱主要谱参量、天然荧光生色团和荧光探针等小节，最后通过实例介绍荧光光谱在生物学研究中的应用，包括运用荧光共振能量转移法测定生物大分子相互作用距离，运用荧光相图法和荧光偏振法研究蛋白质折叠/去折叠。
第9章 红外与拉曼光谱（梁毅教授主讲）
红外光谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。分子振动光谱，包括红外光谱与拉曼光谱，得到的是有关生物样品分子振动能级的信息，其中红外光谱是样品分子吸收红外光引起的是振动能级之间的跃迁，是吸收光谱，而拉曼光谱所得到的振动能级的信息来自样品对光的散射，是散射光谱。本章内容涵盖：(1) 红外与拉曼光谱的原理；(2) 红外与拉曼光谱的优缺点；(3) 傅里叶变换红外光谱仪和拉曼光谱仪的工作原理；(4) 红外与拉曼光谱生物样品的制备；(5) 红外与拉曼光谱的参数与数据分析，最后通过实例介绍红外与拉曼光谱在生物学研究中的应用，包括运用红外与拉曼光谱测定蛋白质二级结构和研究核酸构象，运用傅里叶变换红外光谱法研究蛋白质错误折叠。
第10章 质谱技术（郭林教授主讲）
质谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。质谱技术是一种将样品分子离子化后，根据不同离子间的质荷比（m/z）的差异来分离样品分子并鉴定其分子量的技术。质谱仪一般由进样装置、离子化源、质量分析器、离子检测器和数据分析系统5个部分组成。20世纪80年代末出现了两种新的离子化技术－基质辅助的激光解吸/离子化（MALDI）和电喷雾离子化（ESI）－和新的质谱分析技术如飞行时间TOF，使得质谱技术成为蛋白质组学研究的核心工具。本章内容涵盖：(1) 质谱的原理；(2) 蛋白质与蛋白质组；(3) 质谱测肽序列，包括肽质量指纹谱PMF和串联质谱MS/MS；(4) 肽质量指纹谱和串联质谱的优缺点；(5) 质谱的参数与数据分析，最后通过实例介绍质谱在生物学研究中的应用，包括在蛋白质组学和蛋白质修饰组学中的应用。
第11章 基因组技术（付向东教授主讲）
随着第二代（新一代）基因组高通量测序技术（Next-Gen High Throughput Sequencing Technologies）的飞速发展（2005年104 kbp到现在超过1014 kbp），DNA测序成本的降低程度难以置信，这使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能。本章主要讲授基因组高通量测序技术的发展历史、原理和类型，介绍基因组高通量测序技术在生物医学研究中的应用。本章内容涵盖：(1) 基因组高通量测序技术的概述；(2) 基因组高通量测序技术的原理和类型，包括Solexa/Illumina Sequencing by Synthesis、PacBio: Real-time imaging、Fluorescent In Situ Sequencing和FRET-based Nanomachine；(3) 数据的分析；(4) 该技术在生物医学研究中的应用实例，包括在De novo and target-specific sequencing和ChIP-seq for protein-DNA /RNA interactions的应用，这些应用有助于寻找重大疾病诊断及治疗的靶点。
第12章 等温滴定量热技术（梁毅教授主讲）
等温滴定量热技术是近年来发展起来的一种研究生物热力学与生物动力学的重要方法，它通过高灵敏度、高自动化的等温滴定量热仪连续和准确地监测和记录一个变化过程的量热曲线，原位、在线和无损伤地同时提供热力学和动力学信息。本章以生物大分子（蛋白质、核酸等）相互作用为主线，以等温滴定量热技术为基础，讲授等温滴定量热技术在分析生物大分子相互作用中所发挥的重要作用。本章内容涵盖：(1) 等温滴定量热技术的原理；(2) 该技术的重要热力学参数、用途以及应用范围；(3) 等温滴定量热技术的优点和局限性；(4) 新的等温滴定量热替代法，最后通过实例介绍等温滴定量热技术在生物学研究中的应用，包括运用等温滴定量热技术研究蛋白质相互作用、蛋白质折叠/去折叠和蛋白质聚集。
第13章 激光扫描共聚焦显微技术（吴燕教授主讲）
本章主要讲授荧光显微镜的基本组成与成像原理、激光扫描共聚焦显微镜的基本结构与成像原理，介绍现代显微成像技术的特点与应用。主要内容涵盖：(1) 显微镜的种类及其应用范畴；(2) 荧光显微镜的结构与工作原理、荧光滤色镜组的组成与工作原理；(3) 激光扫描共聚焦显微镜的构造、工作原理、操作与使用方法及其注意事项；(4) 几种常用的现代荧光成像技术的工作原理与应用前景等小节，包括激光扫描共聚焦显微技术和超高分辨率荧光显微技术。用超高分辨率荧光显微镜（Super-resolved fluorescence microscopy）来清晰观察细胞中蛋白质及其他生物大分子的定位和运动代表了现代显微成像技术的最新潮流，在最近5年取得飞速发展。本章还讲述如何结合研究内容去选择荧光显微成像的方法，达到解决科学问题的目的，并举例说明激光扫描共聚焦显微技术在生物医学研究中的应用，进而激发学生的科研兴趣。
第14章 流式细胞技术（黄赞教授主讲）
流式细胞技术是一项以流式细胞仪为检测手段、能快速精确地对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和分选的新技术，具有速度快、精度高、准确性好等优点，已成为当代最先进的细胞定量分析技术。它能在保持细胞及细胞器或微粒的结构及功能不被破坏的状态下，通过荧光探针的协助，从分子水平上获取多种信号对细胞进行定量分析或纯化分选。本章内容涵盖：(1) 流式细胞技术的发展史；(2) 流式细胞技术的工作原理及主要技术指标，散射光的测定及荧光测量，荧光补偿及细胞分选原理；(3) 数据的显示与分析；(4) 设门分析技术；(5) 流式细胞仪免疫分析的技术要求等小节，包括样品准备、标记染色以及质量控制，最后通过实例介绍了流式细胞技术在生物医学研究中的应用。
现代生物学仪器分析讲座（外单位相关学科的著名专家教授，梁毅教授主持）
美国密歇根大学张阳教授和日本东京工业大学Fumio Arisaka教授等专家做现代生物学仪器分析相关讲座。}