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主管單位：中國科協
主辦單位：中國化學會
出版周期：月刊
出版地址：江蘇省南京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1001-4861
國內刊號：32-1185/O6
郵發代號：28-133
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1985
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
SCI 科學引文索引(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
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作者簡介:許馭,中國原國防科工委新能源試驗開發基地科研副總工程師,研究方向:“共生礦的形成機理與生命起源”等自然科學整體化原始創新探索。
附錄:
國內外多學科專家高度評價許馭科研組的原創科研成果
肯定許馭原創的多學科匯聚理論創新成果不是他個人的事,而是國家大事,目的是宣傳新能源技術革命起源于中國的真實性,以及美國后來居上、中國沒有重視的緊迫性。
2009年10月31日,北京相對論研究聯誼會、美國《格物》雜志編輯部聯合在北京召開第99屆盧鶴紱學術論壇,邀請原國防科工委新能源基地副總工、上海恒變新能源研究所所長許馭總工做《低能、中能與高能超分子微腔光子學》主題報告。此次評議會上,以及會前會后,國內外多學科專家高度評價許馭的《低能、中能與高能超分子微腔光子學》原創科研成果。
中國氣象科學研究院著名學者任振球教授評介:“科學界主流學派不相信水基燃料(水變油)的真實性,主要原因是理論上講不通;現在這個重大理論難題被原國防科工委新能源基地許馭總工創立的《高能超分子微腔光子學》基本解決了。許馭教授長期刻苦從事的叫做‘自然科學整體化原創研究’,他以強大的科技資訊全面綜合能力,幾乎把所有的交叉學科、前沿學科都統起來了,就是把宇觀、宏觀、微觀都統一起來了。”“許馭教授歷經18年的艱辛探索研究,在王洪成的技術情報啟發下,破解了地球與土衛六油氣藏的真實形成過程,創立了“古海洋水中鏈式‘氧核冷裂變’形成大型油氣藏共生礦”理論,實現了“氧核冷裂變”原始創新理論的整體性重大突破。從宏觀到微觀,許馭已經打破了多學科交叉研究的學術障礙,將天、地、礦、生、數、理、化、醫有關多學科前沿知識與實驗成果連成一體,做到了融會貫通。一旦獲得支持,許馭此項新發現的整體性基礎理論原創成果,必將引發一系列新科技革命、新產業革命,其引發的新科技革命和世界經濟轉型的革命性意義必將載入科學史冊?！?/p>
北京航空航天大學的高歌教授認為:許馭總工原創的“氧核冷裂變”基礎研究不但有廣度,而且有深度;從宏觀到微觀已經連成一條線,做到了融會貫通;這項重大原始創新理論的方向是正確的,其會聚技術的工藝是新型的。清華大學校友、旅美學者王懷安教授認為:許馭提出的“氧核冷裂變”原始創新理論的整體性重大突破以及與“氧核冷裂變”有關的十大新興戰略產業,應該列為比美國“曼哈頓計劃”更重大的超“曼哈頓計劃”。北京大學楮德螢教授等認為:肯定宣傳許馭原創的多學科匯聚理論成果不是他個人的事,而是強調、宣傳新能源技術革命起源于中國的真實性,以及美國后來居上、中國沒有重視的緊迫性。
北京大學生物工程專家褚德瑩教授,中國中醫人體科學研究專業委員會主任林中鵬教授,北京總裝備部航天醫學研究所宋孔智教授等專家,認真聽取后認為,許馭提出的發現生物有機半導體與揭示經絡本質的新定義,能夠自圓其說,比較完美,富有創意性,有助于引發、促進以中醫藥現代化為主、中西醫高層次緊密結合的21世紀新醫學的誕生,有利于利及億萬民眾、推動低成本整體醫療新技術的組合集成與蓬勃發展。
國際著名的《特勒肖―伽利略科學院》顧問委員會顧問、國際著名物理學家迪耶戈寫信給他的中國朋友、英籍華人陳一文先生,對許馭的原創科研成果表達發自內心的贊嘆。物理學家迪耶戈教授認為:“許馭教授的原創科研成果是了不得的成就,能學習許馭的科研成果令我激動。我可以想象,許馭教授歷經17年的艱辛工作、耐心創立有關自然科學全面理論的背景、匯聚更多新學科的意義以及他所承受的孤獨與犧牲。這是了不得的成就!我很想知道許馭的科研工作最終是否能夠得到(中國)官方的支持。我已經將許教授的科研成果報告這個消息發給了俄羅斯院士彼得?伽利耶夫(Gariaev)教授,我們計劃與伽利耶夫教授一道,繼續關注許馭教授此項重大科研成果事態發展。希望邀請許馭教授合作研究科學整體化原創課題?！?/p>
國家發改委原副司長嚴谷良高工,在幫助撰寫此課題立項報告時評議:許馭總工歷經17年的艱辛探索研究,在吸取國內外多學科相關子課題研究成果的基礎上,已經實現了鏈式“氧核冷裂變”原始創新理論的整體性重大突破。
2009年1月4日至5日召開的量子信息與健康上海論壇上,上海市科委原副主任、上海市針灸經絡研究中心創始人、經絡專家魏瑚教授、上海市“經絡物質基礎”課題論證“領軍人物、著名經絡專家、復旦大學費倫教授,對許馭總工首先把超分子有機半導體量子微腔概念引入經絡本質研究領域,從超分子微腔量子光學的新方向提出了經絡的新定義,予以高度評價。魏瑚教授認為:從許馭的研究成果看,許馭甘坐十多年冷板凳,潛心學習的自然科學多學科基礎扎實,匯聚交叉的新學科多,并且做到了舉一反三,融會貫通。能取得這樣的原創成果很不容易。
環糊精（Cyclodextrin，CD）是一種水溶性、非還原性、不易被酸水解的白色晶體，無毒，可食用，具有多孔性。β-環糊精“內疏水，外親水”的分子結構使其具有很多化學特性和用途。能與CD形成包合物的客體非常廣泛，如有機分子、無機離子、生物小分子、配合物、聚合物甚至惰性氣體[1]。分子大小適于其洞穴尺寸的客體分子，只要極性小于水，就有可能代替小分子而進入CD空腔形成包合物。我國環糊精的研究始于20世紀70年代末，發展到現在β-環糊精已經工業化生產。
環糊精化學基礎研究最早涉及的范圍包括：催化高選擇反應、類酶催化反應和不對稱催化反應。各種新的分析技術的完善和新儀器的出臺，吸引了各領域科學家的關注，推動環糊精化學的發展。
包合物的形成條件
能夠形成包合物是環糊精最重要的性質之一，在包合物中，被包結的化合物分子常被稱為“客體”，環糊精分子被稱為“主體”。環糊精包合物能否形成受內在因素和外在條件的影響。內在因素取決于環糊精和其客體的基本性質。歸納起來主要有以下三方面[2] ：主客體之間疏水親酯相互作用；主客體符合空間匹配效應；氫鍵與釋出高能水。上述三個因素不但影響著環糊精包合物能否形成，而且還直接影響著形成物的穩定性。即包合物的穩定性也取決于客體分子基團的性質、空腔尺寸、分子大小及空間構型等。A' genes Buvari-Barcza[3]討論了客體性質、β-環糊精取代度對包合物形成的影響。認為包合物的穩定性依賴于客體分子的空間匹配性，即客體的尺寸和形狀。另外，包合物的形成還受反應時間、反應溫度、攪拌（或超聲波震蕩）時間、反應物濃度等外在條件的影響。
包合物的制備方法
包合物制備方法較多，在實際研究應用中應根據主客分子的性質、投料比例，選擇適應的制備方法。
超聲波法
β-環糊精飽和溶液加入客體分子藥物，混合后立即用超聲波破碎儀或超聲波清洗機，選擇合適強度，超聲震蕩處理適當時間，代替攪拌力，將析出的沉淀如飽和溶液法處理得包合物。
飽和溶液法
飽和溶液法也稱重結晶法，先將β-環糊精制成飽和水溶液，加入客體分子藥物，對于水不溶性藥物，可先溶于適當有機溶劑，再注入β-環糊精飽和水溶液，攪拌直到成為包合物為止。用適當方法使包合物析出，再將得到的固體包合物過濾、洗滌、干燥即可。將揮發油的提取工藝與β-CD包合工藝偶合，形成了兩種新的包合工藝：液一液包合法和氣一液包合法，從而簡化了工藝，提高了制備效率。
研磨法
如肉桂油β-CD的制備中，將β-CD加蒸餾水研勻后，加入肉桂油或肉桂油的乙醇溶液混勻，置膠體磨中，充分研磨至糊狀，過濾，冷風吹干即得。
漿狀法
即CD和客體分子不需要溶解，只是在室溫條件下通過劇烈攪拌，將它們懸浮于少量水中。若使用超聲波，可促進固相的分散。
揉捏法
此法的特點是所需的水比漿狀法更少。CD先與少量的水揉捏混合，然后將計算好配比的客體分子直接加入，不需要任何溶劑。
冷凍干燥法
易溶于水的環糊精包合物，不易結晶沉淀，或在加熱干燥時易分解、變色的包合物，可用冷凍干燥法干燥。冷凍干燥法使包合物外形疏松，溶解性能好，可制成粉針劑。
噴霧干燥法
如制得的包合物易溶于水，遇熱性質穩定，可用噴霧干燥法制備，干燥溫度高溫受熱時間短，產率較高。
包合物的鑒定
研究環糊精包合物常在固態和液態兩種狀態下進行。用于檢測固態包合物的手段有很多，例如X射線衍射、差熱分析、薄層色譜、紅外光譜和核磁共振等。
β-環糊精包合物的應用進展
β-CD在醫藥、日化、食品、輕工、農業和其它工業方面有廣泛的用途[4]，在此主要介紹以下兩個方面：β-CD可與有機化合物生成包合化合物，具有獨特的能吸附各種物質的包合性質，可以起到穩定、緩解、乳化、提高溶解度和減少藥物的刺激性和毒副作用等多種作用。將β-CD用于食品業，具有抗氧化作用，可保持食品穩定，改良和提高組織結構，去除和減輕苦澀味，并保持食品的風味。
綜上所述，環糊精及其衍生物在生物醫藥、食品、環境保護等領域有著廣泛的應用前景。
參考文獻
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增設必要工科基礎課程，夯實工科基礎應用化學專業兼具理科和工科的特點，需要有堅實的化學基礎理論還需要兼具必要的化工基礎理論。原有的《化工基礎及實驗》是為非工科化學類專業開設的基礎課程，已遠遠不能適應目前應用化學專業的培養目標。因此，必須采用化工基礎理論課程———《化工原理及實驗》取代原有的化工基礎及實驗課程?！痘ぴ怼肥且运拇蠡瘜W為前修課程的一門化工基礎理論課程。開設學時設定為72+36學時，分別在第四學期和第五學期開課?！痘ぴ韺嶒灐氛n程設置36學時，第五學期開課。此外，工科學生的培養，尤其是化工方向，離不開相應的電子電工學基礎以及工程制圖或化工制圖等方向的課程。在保證數學、物理等學科基礎平臺課程的基礎上，必須在專業基礎平臺課程中增設《電子電工學及實驗》和《工程制圖》課程及金工實習環節?！峨娮与姽W及實驗》設置共72學時，其中36學時講授，36學時實驗，第三學期開課?！豆こ讨茍D》設置為54學時，第三學期完成課程教學。金工實習2周，第五學期進行。
開設“寬口徑”專業選修課程模塊應用化學還是一個包容性很強的學科。從全國重點高校的應用化學專業培養方案來看，各個高校的專業課程體系特色模塊差異較大，但是都體現自己的科研特色。例如北大，具有核藥物化學、輻射化學和輻射高分子、超分子化學與材料、新能源與材料和核環境化學5個特色研究方向，并開設應用輻射化學、應用放射化學等方面的選修課程。因此在專業課程設置中必須和學科科研特色結合起來，開設相關課程。根據自身學科科研特色以及師資力量，我們設置3類可供選擇的專業選修課程:偏向理學的應用化學方向模塊課程、偏向工科的專業方向模塊以及高分子材料方向模塊。此外，根據目前我院教師們的學術專長、特色研究方向和未來發展趨勢，開設了應用化學前沿講座、日用化學品、阻燃技術，農藥化學、高分子助劑及應用、染料化工與助劑、催化原理、精細化學品開發與設計等選修課程，開闊學生視野的同時，分享老師們研發產品的經驗、教訓以及研發思路。
以“大論文”為抓手，強化實踐教學環節
實踐教學是培養學生創新能力和應用型綜合人才的重要環節。在強化“基礎課程實驗—專業實驗—金工實習，工廠見習和頂崗實習—畢業論文”多層次課內實踐教學體系［2］的基礎上，我們采用以畢業論文環節為抓手，強化實踐教學環節。畢業論文是本科生人才培養鏈條中的一個重要綜合性實踐教學環節，對于保證人才質量、與人才市場對接是至關重要的。針對目前畢業論文環節設置不合理，時間短，任務重，監管不嚴的問題，我們采取“大論文”措施改革畢業論文環節，通過延長時間，注重過程，加強監管，使其真正成為“培養學生創新能力”的平臺。“大論文”之“大”主要體現在:思想意識上對畢業論文重視程度的提高;畢業論文要求的拔高;畢業論文時間的增加;畢業環節和專業課程的關聯與銜接更加密切;學生能力培養也更加綜合、立體等方面。首先，畢業論文開始時間提前到第五學期，在學生專業基礎課程學習完之后，即對學生開展畢業論文要求的教育，同時結合學院教師科研特色開展專業研究方向介紹，開闊學生視野，幫助學生了解相關研究領域、研究方向，并在此基礎上雙向選擇學生感興趣的課題和指導老師。然后根據課題，在指導老師的指導下，使學生有目的地選修必要的專業選修課程，為進入課題研究打下扎實的理論基礎。結合第五學期設置的文獻檢索課程和專業英語課程，在相關課程教師和課題指導老師的共同指導下，圍繞自選課題進行相關文獻信息的檢索，和專業文獻的閱讀與翻譯，相應考核成績分別記錄為文獻檢索及專業英語的課程成績。第六到第八學期，學生進入實驗室，在指導老師的指導下進行課題的初步探索。并在課題老師的指導下繼續選擇必要的專業課程進行學習。這個過程中，實施論文中期檢查回報和畢業答辯的監管。嚴格管理程序，設置必要的獎勵機制和淘汰機制，激發學生的主動性和創造熱情。
增加學生選課自由度，逐步實現自我規劃，自我培養
改革教學方法，貫徹啟發式學習理念
培養學生創新思維是教育的關鍵，而創新源于興趣、起于自主、發于嘗試。傳統“教師中心論”的教學模式，教師處于完全的主導地位，在課堂上只向學生灌輸知識，而不注意把握學生的心理，這與創新格格不入。因此要改革教學方法，貫徹啟發式學習理念，充分調動學生學習的積極性。
(一)理論講授要精心設計，遵循學生認知思路，突出以學生為中心的教學模式教學活動是學生在教師的指導下進行的有目的、有計劃的學習活動?；瘜W基本原理中大量公式的教學，應當是在教師引導下訓練學生有意識地進行抽象邏輯思維活動。教師要設計一系列問題，并留出學生積極思考的時間，通過師生間的討論和交流，使學生主動得出結論。如在講授化學熱力學中化學反應方向的判斷時，教師可以設計下列的教學程序。首先，在壓力為標準態和溫度為298．15K時，判斷標準是ΔrGθm(298．15K)，它可以由參與反應的各個物質的ΔfGθm(298．15K)而計算出來，這一點學生都清楚。其次，教師引導學生思考“若壓力仍是標準態，但溫度不是298．15K，該怎么辦?”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)與溫度無關，提醒學生可以用吉—亥公式求解。然后，進一步發問:“若壓力不是標準態，溫度也不是298．15K，該怎么辦?”此時提示學生利用熱力學等溫方程式中的ΔrGm與ΔrGθm的關系，將非標準狀態化為標準狀態，從而求解。通過學生和教師間的這種互動、提問、設疑、解答，學生在自覺、主動、多層次的參與過程中不但學會了復雜的化學反應原理，而且也掌握了分析問題、解決問題的科學方法。
(二)應用部分要勇于放手，讓學生走向講臺教育的關鍵是使學生具備將所學知識應用于實際的能力?；瘜W應用部分的目的正是培養學生利用所學的化學原理分析、解決工程實際問題的能力。在學生課后自學和相互討論的基礎上，學生和教師換位，由學生講解該部分內容，對專業中遇到的實際問題，如金屬腐蝕的防護與利用上升到化學原理加以分析，論述自己的觀點。學生為了講解清楚課堂內容必須認真預習，做好充分的準備。因此，他們在主動獲取知識的同時，無形中提高了對這門課程的學習積極性。
(三)改革考試方法，以課程論文、實驗設計代替閉卷考試學生學學化學的基本原理和方法的目的不是為了成為化學家，而是具備基本的化學素養的化學思維，能以化學的眼光、角度、世界觀分析和解決工程實際中遇到的化學問題。若通過做習題來檢測學生的學習效果，不管是開卷或閉卷的考核形式都沒有意義。相反，布置課程論文，讓學生在查閱資料的基礎上，對一些典型案例抽象化，建立理論模型，再用課堂上所用的原理進行分析，提出自己的見解;或者要求學生運用化學基本原理，結合專業特點，對自己感興趣的內容自行構思、自擬方案，完成一個綜合實驗設計，并通過實驗驗證。這兩種方式表面上不直接考察學生理論知識，實際上考察他們運用理論知識解決實際問題的能力是更深層次的要求［4］。實踐證明，布置論文或綜合實驗設計的考核方式行之有效，很多學生寫出了較高質量的論文，大學化學實驗設計也深受學生歡迎，真正達到了培養學生創新能力的目的。
(四)開設專題講座，配合課堂教學抽出一定時間講授綠色化學、新型化學電源、膜分離、納米材料、超分子、生物芯片等體現科技發展前沿的內容［5］。專題講座可以拓展學生的視野，加大教學信息量，把枯燥的理論知識變得生動、鮮明而易于理解和掌握，同時使學生體驗到化學與人類的美好生活、科技的繁榮、生產的進步息息相關，感受到化學無比廣闊的應用前景，認識到化學是一門滿足人類、社會需要的具有實用型、創造性的中心科學，從而激發學生學習化學、學好化學、用好化學的熱情，啟迪學生的創新思維和創新意識。
實行本科生導師制、以科研促進教學
關鍵詞：優化內容；改革方法；寓學于樂
中圖分類號：TQ；G6420 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909(2012)04-0053-03
在當今科技高度發展、學科交叉進一步加強的時代，化學已經滲透到建筑、信息、材料、能源、機電、生命、環保等學科領域。大學化學是高校建筑類專業的公共基礎課程，它在化學基本理論與工程具體實踐之間搭起了一座橋梁。大學化學課程對優化學生的知識結構，培養學生用化學的觀點分析、認識科學技術和社會實際中的化學問題，對把學生培養成為厚基礎、寬口徑、強能力、高素質的創新人才有著重大的現實意義。
一、圍繞專業需求，安排教學內容
大學化學是建筑類專業學生大學期間唯一一門化學類課程，具有相對的獨立性和完整性。教師在講授大學化學時，經常會犯“講得過多”和“講得過少”兩類錯誤［1］。所謂“講得過多”是指教師系統地介紹現代化學的所有內容，力圖追求化學理論知識的完善；而“講得過少”則是指教師只羅列一些與化學有關的熱點問題和案例，基本不闡述化學的基礎原理和規律。實踐證明，“講得過多”和“講得過少”都不利于理論與實際的結合，不利于建筑類專業學生創新能力的培養。
因此，要針對建筑類專業的實際需要［2］，合理安排教學內容，需要對教學內容進行適當刪減、強化、增加。刪減、回避過細的化學計算和復雜的化學公式；強化水化學、膠體化學、材料化學等建筑領域中所必需的化學基礎知識的教學，使學生能運用化學理論、觀點和方法審視環境、能源、材料等社會熱點論題；增加化學學習與專業應用之間的聯系以及化學在工程實踐應用中新成果。如華中科技大學針對建筑類專業學生的特點，在電化學原理部分的教學中，增加了陽極氧化和電解拋光知識。從電化學的角度出發，介紹了陽極氧化和電解拋光原理以及電解液的選用，分析和討論這兩種工藝的應用及其優缺點，讓學生理解化學知識與專業實際息息相關，與工程技術緊密聯系，并能學以致用。
二、改革教學方法，貫徹啟發式學習理念
培養學生創新思維是教育的關鍵，而創新源于興趣、起于自主、發于嘗試。傳統“教師中心論”的教學模式，教師處于完全的主導地位，在課堂上只向學生灌輸知識，而不注意把握學生的心理，這與創新格格不入。因此要改革教學方法，貫徹啟發式學習理念，充分調動學生學習的積極性。
（一）理論講授要精心設計，遵循學生認知思路，突出以學生為中心的教學模式
教學活動是學生在教師的指導下進行的有目的、有計劃的學習活動?；瘜W基本原理中大量公式的教學，應當是在教師引導下訓練學生有意識地進行抽象邏輯思維活動。教師要設計一系列問題，并留出學生積極思考的時間，通過師生間的討論和交流，使學生主動得出結論。如在講授化學熱力學中化學反應方向的判斷時，教師可以設計下列的教學程序。
首先，在壓力為標準態和溫度為298.15 K時，判斷標準是ΔrGθm(298.15 K)，它可以由參與反應的各個物質的ΔfGθm(298.15 K)而計算出來，這一點學生都清楚。其次，教師引導學生思考“若壓力仍是標準態，但溫度不是298.15 K，該怎么辦？”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)與溫度無關，提醒學生可以用吉—亥公式求解。然后，進一步發問：“若壓力不是標準態，溫度也不是298.15 K，該怎么辦？”此時提示學生利用熱力學等溫方程式中的ΔrGm與ΔrGθm的關系，將非標準狀態化為標準狀態，從而求解。
通過學生和教師間的這種互動、提問、設疑、解答，學生在自覺、主動、多層次的參與過程中不但學會了復雜的化學反應原理，而且也掌握了分析問題、解決問題的科學方法。
（二）應用部分要勇于放手，讓學生走向講臺
教育的關鍵是使學生具備將所學知識應用于實際的能力?；瘜W應用部分的目的正是培養學生利用所學的化學原理分析、解決工程實際問題的能力。在學生課后自學和相互討論的基礎上，學生和教師換位，由學生講解該部分內容，對專業中遇到的實際問題，如金屬腐蝕的防護與利用上升到化學原理加以分析，論述自己的觀點。學生為了講解清楚課堂內容必須認真預習，做好充分的準備。因此，他們在主動獲取知識的同時，無形中提高了對這門課程的學習積極性。
（三）改革考試方法，以課程論文、實驗設計代替閉卷考試
學生學學化學的基本原理和方法的目的不是為了成為化學家，而是具備基本的化學素養的化學思維，能以化學的眼光、角度、世界觀分析和解決工程實際中遇到的化學問題。若通過做習題來檢測學生的學習效果，不管是開卷或閉卷的考核形式都沒有意義。相反，布置課程論文，讓學生在查閱資料的基礎上，對一些典型案例抽象化，建立理論模型，再用課堂上所用的原理進行分析，提出自己的見解；或者要求學生運用化學基本原理，結合專業特點，對自己感興趣的內容自行構思、自擬方案，完成一個綜合實驗設計，并通過實驗驗證。這兩種方式表面上不直接考察學生理論知識，實際上考察他們運用理論知識解決實際問題的能力是更深層次的要求［4］。
【關鍵詞】 頭孢曲松鈉； 晶體結構； 晶習； X-射線衍射
ABSTRACT Studies of differential scanning calorimetry (DSC)， Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy， and X-ray powder diffraction (XRPD) on ceftriaxone sodium purified in laboratory indicate that the ceftriaxone sodium crystal belongs to monoclinic crystal system and space group of P21/c. The crystal structure of ceftriaxone sodium was determined on workstation SGI IRIX of Cerius2 based on the minimizing energy law; the crystal habit was predicted by BFDH law and AE law， respectively， of which the crystal habit predic-ted by AE law was plate， close to the practical habit grown from solution. The effects of crystal growth conditions on crystal habit of ceftriaxone sodium were qualitatively studied by experiments.
KEY WORDS Ceftriaxone sodium; Crystal structure; Crystal habit; X-ray powder diffraction
晶體的微觀結構與物質的宏觀物理、化學性質密切相關，決定著物質的晶形、密度、熔點等。對物質晶體結構的了解，將有助于在原子尺度上闡明物質各種性能的機制，對研究物質結構與性能之間的關系和規律具有重要意義［1］。晶習是表征晶體外部整體形態的量［2］。晶態有機固體的外形是其固液分離體系設計和操作的一個重要參數，影響下游操作過程(如過濾、洗滌、干燥)的效率和物質的性能(如堆密度、機械應力、潤濕性)［2～4］。晶體內部結構特性以及外部生長環境都能影響晶習［5］，如何利用這些信息去預測和控制真實條件下生長晶體的晶習在精細化工領域，尤其是制藥業，越來越受到關注和重視［6～8］。 頭孢曲松鈉(ceftriaxone sodium，C18H16N8Na2O7S3·3.5H2O)，曾譯頭孢三嗪，是新型、長效、廣譜的第三代半合成頭孢菌素，屬于β-內酰胺類抗生素，結構式如Fig.1所示［9］，1978年由瑞士Roche公司研發成功，1982年首次在瑞士上市，1984年12月21日獲得FDA認證，1996年專利到期。自上市以來，產品暢銷全世界，2000年頭孢曲松鈉在世界前200個暢銷藥中列第43位，在國內的銷售額居各抗感染藥物之首［10，11］。目前頭孢曲松鈉的研究熱點集中于合成以及藥理，鮮有報道其晶體結構和晶習方面的研究。由于頭孢曲松鈉難以培養出滿足測試要求的單晶，本文通過X-射線粉末衍射分析，應用分子設計軟件Cerius2(4.6
Fig.1
Structure of ceftriaxone sodium
版本)根據能量最小化方法得到了頭孢曲松鈉分子空間結構，并在此基礎上預測了產品晶習，為頭孢曲松鈉工業結晶過程的設計、優化提供了理論指導。
1 實驗部分
1.1 實驗原料
頭孢曲松鈉粗品由山東瑞陽制藥有限公司提供，實驗室精制后產品純度經高壓液相色譜(HPLC)檢測不小于99.5%。試樣再經研磨、篩分，選取粒度范圍在38～45μm之間的細晶用于X-射線粉末衍射測試。
1.2 DSC分析
差示掃描量熱儀(NETZSCH Thermal Analysis DSC204)：樣品置于封口的Al2O3坩鍋中，參比物為空的α-Al2O3坩鍋；升溫速率為5℃/min，升溫范圍從室溫到330℃；載氣為N2，流量50ml/min。儀器的熱焓采用銦作為標準物校正。
1.3 TG分析
本文采用NETZSCH TG209熱重分析儀測試頭孢曲松鈉的TG曲線，升溫速率為10℃/min，載氣為N2，流量為18ml/min。樣品用量為5.08mg，升溫范圍從室溫到200℃。
1.4 紅外分析
本文采用KBr壓片法在NICOLET 560型傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)上對頭孢曲松鈉進行紅外光譜分析。
1.5 掃描電鏡(SEM)
本文采用Hitachi X650掃描電鏡(SEM)表征實驗樣品的晶習，操作電壓15kV，樣品放在黏著雙面膠的金屬片上，在觀察前需在氬氣保護下間歇噴金。
1.6 X-射線粉末衍射分析
頭孢曲松鈉的X-射線粉末衍射數據在日本理學(Rigaku)D/max-2500型單色X-射線衍射儀上收集，CuKα射線(λ＝1.5405)，石墨單色器，掃描速率1s/step，工作電壓40kV，工作電流100mA，測試溫度(25±1)℃。為保證樣品表面與測角儀軸心平行共面，裝樣采用鋁板背壓法。
2 實驗結果與討論
2.1 DSC曲線
頭孢曲松鈉的DSC譜圖如Fig.2所示，樣品在260℃附近存在一個尖銳的放熱峰，在放熱峰前還存在兩個小的吸熱峰。頭孢曲松鈉DSC曲線260℃附近的放熱峰是樣品熱分解放熱所致［12，13］，實驗測定的熱分解峰頂溫度TP為262.30℃，接近文獻值240～265℃［12，13］。與其他大多數頭孢菌素一樣［13］，頭孢曲松鈉的DSC曲線也沒有熔點峰，表明頭孢曲松鈉在熔化前已發生熱分解，故無法用量熱法來測定其純度。
2.2 TG-DTG分析
頭孢曲松鈉的TG-DTG譜圖如Fig.3所示，雖然TG曲線沒有表現出明顯的直角臺階狀，但DTG曲線的雙峰卻說明了頭孢曲松鈉在室溫至200℃之間的失重是分兩步完成的。根據TG線的失重百分率計算結果可知，第一步失重約6.30%，第二步失重約3.31%。頭孢曲松鈉分子中結晶水的理論百分含量是9.53%，參照中國藥典(CP2005)附錄M水分測定法中的費休氏法測得頭孢曲松鈉水分含量為9.5%，而實驗測得TG失重為9.61%，與理論結晶水含量基本相符。因此可推斷頭孢曲松鈉在室溫至200℃之間的TG失重是脫除結晶水所致［14］，Fig.2中DSC曲線熱降解放熱峰前出現的兩個小峰正是頭孢曲松鈉分兩步脫水而產生的吸熱峰。而且，頭孢曲松鈉的DSC曲線并未再出現脫溶劑峰，結合Fig.3所示的TG-DTG譜圖，可以初步判定實驗精制頭孢曲松鈉過程中未見形成溶劑化合物。
2.3 紅外分析
實驗室制備的頭孢曲松鈉與市售國外產品的紅外譜圖如Fig.4所示。β-內酰胺與雜環并接產生的特征峰出現在1740cm-1處，在3440～3260cm-1處出現的強而寬的峰是-OH和-NH伸縮振動引起的譜帶，-OH和-NH的伸縮振動頻率在此區域相互重疊而不易區分，由于分子內氫鍵，吸收頻率向低頻方向還存在一定的平移。1610cm-1附近處的強峰是芳核骨架振動的特征峰，1000cm-1附近的特征峰是芳環C-H面向彎曲振動引起的強吸收峰，但Ar-H在3030cm-1附近的特征峰由于-OH和-NH的存在而不明顯。1740cm-1處的強峰是羰基伸縮振動的特征峰，而1650cm-1處的強峰則是酰胺的羰基伸縮振動引起的。
2.4 X-射線粉末衍射分析
測試中發現當2θ>50°后，頭孢曲松鈉的XPRD譜圖不再出現明顯的衍射峰，因此在Rigaku D/max-2500X射線衍射儀上收集5°
2.5 頭孢曲松鈉晶體結構的確定
分子的空間結構信息對于確定晶體結構，研究晶體所屬空間群和原子位置具有重要作用。因此，在研究晶體結構之前研究分子的空間結構是必要的。分子的空間結構一般可以由兩種方法得到：一是通過實驗的方法，主要包括X-射線單晶衍射和2D-NMR技術；另一個是通過計算機輔助分子設計的理論計算方法，目前主要包括“原始”機制、半經驗機制以及分子機制模型，其中分子機制模型又有能量最小化、網格搜索、蒙特卡羅(Monte Carlo)以及分子動力學模擬等方法［15］。雖然單晶結構分析是諸多固態物質結構分析方法中提供信息最多、最常用的研究方法，已經成為合成化學及其相關學科、晶體工程和超分子化學等研究領域中必不可少的研究手段［16］，但目前X-射線單晶衍射儀對測試晶體的三維尺度(最小維的空間尺度不小于0.01mm)和質地(晶體不能出現缺陷)有嚴格的要求，由于頭孢曲松鈉晶體是薄片狀晶習，難以培養出合乎單晶測試要求的晶體，有一維的空間尺度小于0.01mm。頭孢曲松鈉是一種大分子有機鹽類，具有離子化合物的特性。因此本論文應用分子設計軟件Cerius2(4.6版本)中的3D-sketcher環境畫出分子結構圖，再通過電荷分配，選擇Dreading 2.21力場，最后根據能量最小化方法得到可能的頭孢曲松鈉分子空間結構如Fig.6所示。
頭孢曲松鈉晶體的晶胞投影如Fig.7所示，晶胞中每2個頭孢曲松鈉分子和7個水分子按Fig.6所示組成一個不對稱單元。由Fig.1可知，頭孢曲松鈉是一種大分子有機羧酸鈉鹽，存在鈉離子(Na+)與頭孢曲松酸根離子(C18H16N8O7S3)2-之間強的離子鍵；除此之外，每個晶胞中還存在眾多既是質子受體又能提供質子的水分子，而且每個(C18H16N8O7S3)2-中還含有2個-NH(與電負性大的N原子形成強極性鍵的氫原子)和6個-CO-(電負性大且又能提供孤對電子的氧原子)，易與水分子或其它頭孢曲松鈉分子之間的-CO-和-NH形成氫鍵，如Fig.7中虛線所示。
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2.6 頭孢曲松鈉晶習預測
在獲得頭孢曲松鈉晶體結構以及晶胞參數等數據以后，應用分子設計軟件Cerius2(4.6版本)中的morphology模塊，分別選取BFDH模型、AE模型對頭孢曲松鈉進行晶習預測，結果如Fig.8、Fig.9所示。由于完全基于晶體幾何結構理論的BFDH模型沒有考慮原子、鍵型、局部電荷、生長環境等對晶習的影響，當晶體中分子間的鍵能越大，各向異性越明顯時，模型預測的晶習與實際晶習的一致性也就越差［8］。頭孢曲松鈉是一種大分子有機鈉鹽，金屬鈉離子以及分子間氫鍵的存在，以及生長環境中溶劑極性、雜質的影響，使得采用BFDH模型預測的頭孢曲松鈉晶習(呈短棒狀)與在水-丙酮體系中生長的頭孢曲松鈉實際晶習(呈薄片狀)相差較大(Fig.10)。
較之BFDH模型，AE模型考慮了晶體的內部結構單元以及相互作用對晶習的影響，因而采用AE模型預測的晶習與實際晶習更相近，也呈薄片狀(如Fig.10所示)， 這也表明晶體內部結構基元以及相互作用鍵能對晶體的形態有重要的影響。AE模型預測的頭孢曲松鈉晶習由10個晶面包圍構成，101、101、002、011、011及其對應的等價晶面101、101、002、011、011。應用分子設計軟件Cerius2(4.6版本)中的surface builder模塊中的cleave crystal surface命令，可以展現出頭孢曲松鈉晶體不同晶面上的分子排列方式和密度，如Fig.11所示。
由Fig.11可見，不同晶面顯露出的原子或基團及其排列密度是不一樣的，圖中小球代表氧原子。雖然晶面氨基和羰基交替顯露，但羰基上的甲基基團增加了空間位阻，不利于頭孢曲松鈉分子之間或頭孢曲松鈉分子與極性溶劑分子之間形成氫鍵。101晶面上的氨基以一定角度顯露，羰基沿法線方向顯露，較101晶面更易形成分子間氫鍵。002、011、011晶面也都有羰基、氨基顯露，而沒有甲基顯露增加空間位阻，更有利于氫鍵的形成。因此101及其等價對稱晶面101具有較慢的生長速率，表現出較大的顯露面，而101、002、011、011晶面較101有更快的生長速率，表現出較小的顯露面，導致頭孢曲松鈉晶體呈片狀晶習。
2.7 生長環境對頭孢曲松鈉晶習的影響
影響晶習的主要因素除了晶體內部結構外，還有晶體生長過程中所處的外部環境， 例如溫度、 溶劑體系、雜質等［2～4］。本文定性考察了不同結晶操作條件以及含鈉離子添加劑對頭孢曲松鈉溶析結晶產品晶習的影響。
由于頭孢曲松鈉的熱敏性以及溶解度特性［9，11，14，17～20］，一般采用溶析結晶法分離、提純頭孢曲松鈉［11，21］。相同實驗條件下分別采用乙醇和丙酮作溶析劑得到的頭孢曲松鈉結晶產品的電鏡照片如Fig.12所示，晶習都呈薄片狀。這表明在實驗范圍內選用不同的溶析劑并未從宏觀上改變頭孢曲松鈉結晶產品的晶習。
相同溶析劑不同溶析結晶溫度得到的頭孢曲松鈉產品晶習的電鏡照片如Fig.13所示，在實驗選定溫度范圍內，雖然溫度升高會導致晶面生長速率增大，但各晶面的相對生長速率并沒有明顯變化，所以溫度并沒有對頭孢曲松鈉溶析結晶產品的晶習造成明顯的影響，只是使得溫度較高時得到的產品的平均粒度有所增大。
相同操作條件下，考察了氯化鈉、碳酸氫鈉、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉對頭孢曲松鈉溶析結晶產品晶習的影響，結果如Fig.14所示。含鈉離子添加劑的加入，頭孢曲松鈉溶析結晶產品的晶習并沒有什么明顯的變化，還是呈薄片狀，這說明在實驗條件下氯化鈉、碳酸氫鈉、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉對頭孢曲松鈉晶體各晶面的相對生長速率沒有明顯的影響。
3 結論
(1)頭孢曲松鈉溶析結晶產品的DSC、TG、FT-IR和XRPD分析測試結果表明，在實驗條件下得到的頭孢曲松鈉晶體具有相同的晶體結構。
(2)采用JADE 4.0軟件對XRPD數據進行指標化、精修，得到頭孢曲松鈉晶胞參數為a=9.2493，b=15.779，c=20.619，α=γ=90°，β=121.34°，屬于單斜晶系，空間群為P21/c。
(3)在Cerius2工作站SGI IRIX上應用能量最小化法確定了頭孢曲松鈉的晶體結構；基于BFDH、AE模型預測了頭孢曲松鈉晶體的晶習，其中AE模型預測的晶習與實際生長晶習相近，呈薄片狀。
(4)定性實驗研究范圍內，溶析劑種類、結晶溫度、含鈉粒子添加劑對頭孢曲松鈉溶析結晶過程產品的晶習沒產生明顯的影響。
(5)為獲得片狀晶習的頭孢曲松鈉晶體產品，工業上可以采用乙醇或丙酮作為溶析劑，但氯化鈉、碳酸氫鈉、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉不宜選作頭孢曲松鈉結晶產品晶習的改進劑。
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博雅塔下，未名湖畔，有這么一首有關于化學的詩在燕園深處回蕩。詩的作者是北大化學與分子工程學院副教授郭海清。
仰望北大百余年歷史星空，名師薈萃，星光燦爛，包羅萬象。而作為我國化學研究的重地，100多年來，北大化學學科在教學與科研上取得了輝煌成就，先后吸納和涌現出許多在學界領銜的著名學者。
與這些著名的學者相比，郭海清更愿意將自己稱為科海中的一“粟”，普通化學科技工作者中的一員。雖然渺小，但一直努力以科研先輩為榜樣，在專業科教領域發揮著自己的一份光，一份熱?！罢驹诰奕说募绨蛏稀?，他一直踐行北大“勤奮、嚴謹、求實、創新”的學風，快樂埋首于奇妙的化學分子研究世界之中，立志創新，力戒浮躁，一步一步走出了特色，展現了一名身在燕園的普通化學教研工作者應有的風采。
扎實創新演繹化學之美
人類識吾路漫漫，前仆后繼恒向前。金石三黃仙丹煉，未成神仙壽命完。原子分子本質現，嶄新世界換人間。能源材料環生命，我為基礎競爭妍。
――引自郭海清《化學詠?化學總論》后半段
一首詩，一生情。對于自己將從事一生的化學事業，郭海清總是投以極大的熱情。在他看來，這一學科正如詩中所詮釋的，雖“歷盡滄桑”，但其地位和作用終會顯現：“自從人類認識了化學的本質即原子分子論建立以來，人類避害興利，合成得到了原來世界上沒有的很多新物質，改變了世界的面貌，真像是‘換了人間’”。
那么，化學的奇妙作用在哪里？從古時候的煉丹爐，到四大發明之一的火藥；從蒸餾水的應用到香水的制作……在中華民族五千年的歷史里，化學就像是一劑“催化劑”，催化著人類社會文明的不斷進步。當歷史的車輪駛向現代文明社會，如今的化學學科已經建立起日益精細而齊備的研究體系。
在郭海清的高分子及復合材料化學研究世界里，即包含有用來作生物醫學熒光標記，用于腫瘤等疾病和食品農藥殘留等檢測、開發平板顯示技術、制作太陽能電池等應用的發光半導體納米材料研究；也可以包含有用作表面修飾劑和香料原料等應用的新型巰基酸有機分子研究……隨著研究日益深入，新型顯示和照明技術――有機電致發光器件（OLED）用發光材料、新型高分子材料及其合成技術等研究逐漸成為相關領域的研究熱點，而郭海清置身于學科發展的“風口浪尖”，帶領著他的團隊實實在在地“翱翔”、探索其中，收獲了陶醉科研帶來的成就感，多年致力創新，換來了碩果滿園。
在水溶性發光量子點的研究中，他和他的團隊水相直接合成的CdTe等水溶性量子點，其發光量子效率達80%以上，在同類方法產品中處于世界領先水平。目前相關產品正在進行市場化推廣中，具有良好的市場前景。單從各種現有試劑盒來說，如果能用量子點代替現有的有機染料技術，市值在億元以上。值得一提的是，在合成CdTe等水溶性量子點的關鍵試劑研究中，郭海清及其團隊的新型巰基酸有機分子研究技術也走在了世界前列；
在OLED用發光材料研究中，郭海清及其團隊設計合成的二嗪類（6元芳環中含有兩個N原子）配體Ir（III）配合物，突破了現有國內外此類材料的專利限制，其發光性質優異，可望用于OLED市場；
在高分子合成方面，他們探索了新的高分子合成方法，提出了用超分子組裝體為結構單元的“高分子板塊構筑法”，合成了“分子型”可溶無機/有機復合發光材料；另一方面，發展了“自由基/正離子轉化聚合”方法，用該方法合成了一系列新型嵌段、接枝和星型共聚物……
就這樣，靠著扎實從研，創新以求突破的精神，郭海清及其團隊攻克了一座又一座“高山”，為推動我國高分子及復合材料化學研究走在國際前沿貢獻了一己之力。其中，他們歷盡10余年潛心研究發展的高分子可控合成方法-自由基/正離子轉化法在科學和應用方面均具有重要意義。上述結果發表在國內外核心期刊上的論文有48篇，取得中國發明專利（授權）3項。
科學探索永無止境。雖然在創新方面有所收獲，但郭海清和他的研究同伴們心里很清楚，這是一條漫長的科研道路，中國要想在這條道路上不至落于人后，就必須時刻保持追趕的姿態。以半導體芯片集成電路用光刻膠研究為例，目前我國在光刻膠生產方面較國際上落后很多，北京大學北京分子科學國家實驗室（籌）高分子及復合材料化學研究團隊近來發展了一種高分子合成的新方法-CTCR聚合，采用CTCR聚合合成了新型的248nm光刻膠中的成膜樹脂。這一自主創新的突破為打開我國光刻膠市場奠定了堅實基礎。在此基礎上，郭海清及其團隊意圖尋求更大的突破，他有一個并不遙遠的“夢”：欲尋高分子樹脂合成企業或光刻膠生產企業，進一步研發、中試、直至生產。
“能源材料環生命，我為基礎競爭妍。”正如郭海清詩中所說，化學作為一門中心學科在醫學、生命科學、材料、能源與環境等諸多領域綻放了絢麗的風采。為將化學之魅力發揮得更加淋漓盡致，郭海清和他的科研同伴還將會繼續追索。
薪火相承期盼桃李芬芳
桃隨綠葉風中舞，李伴青枝雨里吟。芬自心間襲肺腑，芳飄萬里醉鬼神。
――郭海清《化學詠?總結――愿》
一首“桃李芬芳”的藏頭詩，將郭海清對于“園丁育人”這份職業的深厚感情展露無疑。他用這首詩鼓勵學生要能歷盡風雨，做到真誠豁達，期待他們有朝一日能成為對社會有用之材。
薪火相承是北大歷來重視的傳統，而郭海清正是這一傳承的受益者。三十多年前，他突破千軍萬馬，成為北大燕園化學系莘莘學子中的一員，沐浴在濃厚的學術氛圍中，聆聽恩師教誨，吸取深厚積韻精華；三十多年后，昔日學子搖身一變成為反哺學校的“園丁”，力求以恩師為榜樣，同樣以嚴謹從研，平和做人的態度“撒播陽光”“孕育桃李”。
以基礎、應用基礎為先導 構建知識、技術創新的平臺
近年來，插入化學這一概念已逐漸被國際學術界認可并成為研究熱點，十年間發表的SCI論文數目幾乎增加了一倍，2004年達到2029篇。以長江學者段雪教授領銜的科研團隊通過這一前沿領域的研究，在國內外著名學術刊物上發表被SCI收錄研究論文100余篇，為完善和豐富超分子插層組裝理論做出了貢獻，奠定了在國際、國內相關研究領域的學術地位；近5年以來,共申報國際發明專利17項（已公開5項，并有2項進入國家階段），申報國家發明專利99項，授權國家發明專利32項、公開國家發明專利29項，針對結構與技術創新構筑了較為完整的自主知識產權體系?；趹没A研究和工程化及產業化的科技成果，2004年獲國家技術發明二等獎1項，2001年獲國家科技進步二等獎1項，還先后獲得省部級成果獎勵5項，形成了穩定的、有特色的、具有國際影響力的優勢研究方向。
開發共性、關鍵技術 為行業科技進步服務
作為一家具有行業特色的高校，學校針對行業中一些關鍵、共性技術，組織研究、攻關，并將成果及時在企業中推廣應用，這些成果在解決經濟建設、社會發展和國防建設中的重大問題方面做出了突出貢獻，產生了顯著的經濟效益和社會效益。
如，“丁基橡膠生產技術“于2002年8月用于工業生產中，生產結果表明，該技術已處于國際先進水平。這一關鍵技術的攻克為企業創造了5億多元的經濟效益。“大型高效攪拌槽/反應器的成套技術及裝置”這一共性技術的開發，結束了我國關鍵的大型攪拌槽/反應器設備長期依賴進口的歷史，與國內外技術相比，具有適應性強、單臺設備生產能力高、操作彈性大、性能價格比高等特點，有明顯的競爭優勢?！疤厥馕锪戏蛛x技術”已應用在高粘度、易自聚、含固體顆粒物料等270多套裝置中。2003年對應用該技術的10家企業近三年的情況作了調查，他們開具的證明表明，三年內取得經濟效益13億元，節省蒸汽一百多萬噸，減少化學污染物料排放約4萬多噸。這一共性技術的開發應用，對推動行業的科技進步，大幅度提高生產能力、產品質量和經濟效益，減少能耗物耗和污染物排放等方面做出了重要貢獻。
上述案例說明，關鍵技術、共性技術對推動行業的科技進步，提高行業的國際競爭力有著十分重要的作用。與企業不同，學校開發的這類技術不求自身獨占，而總是力求讓更多企業使用，以充分發揮它在推動經濟和社會發展中的作用。
扶植、培育新的生長點 加強對高新技術的研究開發
近幾年，學校生物化工技術的研究開發得到了長足的發展，環境領域項目明顯增加，計算機應用技術研究持續發展，農業工程有關的研究工作開始顯現成效。在生物技術加工過程，特別是微生物發酵平臺技術和脂肪酶催化，在國內有一定的優勢。在生物資源和生物能源領域，開發了從青霉素菌絲體中提取麥角固醇、殼聚糖和氨基葡萄糖的新工藝，先后獲得2001年中國石油化工科技進步二等獎，2002年國家發明二等獎。酶法合成生物柴油的小試已于2004年1月通過了技術鑒定。在分離工程和中藥現代化方面，開發了中藥連續多級逆流多級萃取設備及工藝，獲中國商業聯合會科學技術進步一等獎、2005年國家科技進步二等獎。
依靠現代化工技術 改造和建立新型化工產業
現代化工技術主要特點是“綠色化，資源高效、集約化，進而改善產品結構，降低資源消耗并從根本上減少環境污染。”利用現代化工技術改造傳統化工基地，建立新型化工產業，提高其競爭力具有舉足輕重的作用。如：具有國際領先或先進水平的研究成果超重力技術，在長江學者陳建峰教授的帶領下，在較寬領域中進行了大量有關超重力高新技術的研究。學校首創超重力法制備納米材料技術，成功合成出納米碳酸鈣、納米阻燃劑、納米電子化學品、納米白碳黑、復合納米材料等產品，并成功實現納米碳酸鈣的大規模工業化生產；在世界上首先實現了超重力法油田注水脫氧的商業運行；協助美國Dow Chemical公司建成了世界上最大的超重力反應分離裝置，取得了巨大的經濟效益；多項超重力反應與分離示范技術已出口美國、新加坡和臺灣地區。中心在超重力反應與分離、制備納米材料技術以及高技術產業化方面走在世界的前列，取得了一批具有國際影響的成果：2001年獲北京市科技進步一等獎、2002年獲中國高?？茖W技術（發明）二等獎、2003年獲國家技術發明二等獎，近200篇，申請國際發明專利9項（已授權2項），申請國家發明專利35項（已授權10項）。
積極開展科研組織的創新
結合當前國家經濟社會發展的重大需求，在基地、團隊建設基礎上，學校組建安全科學與監控工程中心、國防新材料研究中心、資源與環境研究中心、能源工程研究中心。在這四個中心建設的指導思想中，首先改變了學科建設以學科點申報為導向和目標的習慣做法，其所涉及研究領域大多數尚未完整體現于現有學科專業分類體系中，而是緊密結合了經濟社會發展面臨的重大問題。學科專業是知識劃分和知識生產制度化的產物，學科制度通過規范有效地推動了學科新知識的增長，但同時形成了學科之間相對封閉甚至沖突，不利于學科之間的交流，從而在一定程度上抑制了學科內部的知識創新活力。其次，打破現行人員行政隸屬關系的壁壘，包括績效考核體系、利益分配管理辦法等方面對學科交叉與融合形成的人為阻滯因素。第三，通過人事聘任制度的深化改革，加強學科建設中個體責任意識，大力扶植各層次科技創新團隊。
加強統籌、協調 實現集成科學和技術、工程的重點突破
由于歷史原因，學校在科研基地建設方面相對薄弱。通過努力，學校近年新增2個北京市重點實驗室、2個教育部重點實驗室和1個教育部工程中心。
2突破傳統的教學理念與方法，夯實理論基礎
講授法教學仍然是目前多數課程所用的最基本的教學方式，具有一定的優勢，即教師能連貫地向學生傳授基礎知識，并配合其它方法，可將基本概念、基本原理及相關課程知識傳授給學生。教授法運用得當，不僅能將講授內容系統、科學而準確地傳遞給學生，而且還能很好地突顯講授內容的重點和難點。然而，實際教學過程中若自始至終均采用這一方法，學生極易疲勞，產生厭倦甚至煩躁的心理。事實上，有些教師一直喜歡滿堂灌和填鴨式教學，教師在課堂上洋洋灑灑、痛痛快快地大講特講，卻完全忽略了學生作為教學主體的作用。這種教學，只是教師知識的傾瀉，而不是傳授，其結果是教師教得非常累，學生聽得更累，因而教學效果往往顯得特別差。在近幾年材料化學專業的學生對《大學化學》課程的授課評價中我們可以清楚地看到，學生對那些采取滿堂灌式教學的教師微詞頗多，普遍要求采用靈活多樣的教學方法，要充分激發學生學習的積極性。在我系《大學化學》課程教學團隊中，我們都十分重視教學理念的轉變、更新和教學方法的改革。我們都視其為課程能否鮮活生動的源泉。首先，我們確立了以學生學習為中心的教學觀念，以學生最大程度掌握好專業基礎知識為目標。如果把教師作為工程師或技術工人，那么學生將可看成為其加工的“產品”?！爱a品”質量的優劣，能否贏得市場，是檢驗作為教師教學質量是否合格的標準。要做到這一點，必須對學生進行科學合理地訓練和培養。因此，在課堂教學上，教師要積極引導，在十分融洽的環境下合理有序地向學生傳授知識，并能激起學生的求知欲，使其在課后有進一步跟蹤并深入研究的渴望。其次，為更好地傳授知識，改革教學方法，要采用靈活多樣、切實可行的教學方法，使學生以最直接、最有效的方式獲得知識。比如，在課前，教師要布置任務，設置問題，引導學生進行預習，通過多種途徑了解有關課題的成就以及最新發展動態，以吸引學生的注意力，讓其對所學內容產生濃厚的興趣。在課堂上，以多媒體教學為主，必需的板書為輔;以探討和學生參與教學作為主線，以教師補充和更正作為輔線;以經典基礎知識的教學和實際應用為主要教學內容，以相關科學前沿知識的穿插為輔助內容。課后，學生以完成經典題目作業為主要鞏固課程內容的方式，以查閱相關知識，進行實驗和撰寫課程小論文來擴大視野，等等?！洞髮W化學》課程理論眾多，在有限的課時里讓學生牢固掌握眾多理論，難度較大。我們主要通過精選教學內容，采用精講、精練的方式，理論與實際相結合，科學前沿介紹與教師的科研課題相結合，深入簡出，形象生動地向學生進行傳授。通過具體的材料合成與應用示例，夯實基礎理論，加深《大學化學》與材料化學之間的聯系，使學生產生強烈的欲望和濃厚的興趣。
3轉變課程的管理機制
課程管理機制的建立與課程改革相適應，課程管理機制的優劣將直接關系到課程教學質量。課程改革的深入開展應是課程教學管理的核心內容，我們應積極探索新的教學理念，大力開展創新教育，逐步推進教學新模式的轉變，確保教學質量的提高。第一，我們要求《大學化學》課程教師都要進行教學研究，特別注重課堂教學、教學內容、教學模式以及教學細節方面的探索與研究。通過對課堂教學過程、特別是教學細節等方面的研究，讓教師更加重視教學規律。第二，加強課堂教學的誠信教育和情感交流，培養師生感情，幫助學生正確掌握求知觀，不僅要培養學生的道德情操和知識品德，還要增進學生服務于社會的意識和責任感。第三，不斷轉變教學方式，由封閉式教學向開放式教學轉變，由單向式教學向雙向式教學轉變。第四，教師要轉變自己的角色，盡快由“教書匠”轉變為“研究者”，由知識的“儲備者”向知識的“傳播者”轉變。教師要經常進行反思，逐步實現深層次創新，使自己成為一個教學理念、教學實踐的開拓者和研究者，崇尚科學，崇尚學術。第五，加強課堂教學的監督機制。我們主要通過教學督導、教研室聽課與評教、院領導隨機聽課以及學生期中進行教學評價等方式來提高課堂教學的管理與監督機制。第六，加強課程學習的獎懲機制。對本課程學習比較優秀的學生應及時進行表揚、鼓勵甚至獎勵，樹立模范。對那些不愛學習、偷懶疲沓的學生要及時教育、激勵以及必要的課程懲罰，如閱讀幾篇科學論文，撰寫小論文等。
4加大學生實踐與創新能力的培養
創新是關乎國家和民族昌盛興旺的靈魂和永不衰竭的動力源泉。創新人才的培養是大學教育義不容辭的責任。當代大學生創新人才的培養可以分為創新能力和創業素質的訓練兩個部分。《大學化學》作為專業基礎學科，在大學生創新能力培養方面具有更重要的基礎性作用，是其他學科無可替代的。因此，結合我系材料化學專業近幾年的發展，通過《大學化學》課程的教學與實踐，主要在以下幾個方面實施對大學生創新能力大力進行培養。(1)教師首先要有創新意識和創新實踐活動。通過教師教研和科研課題的申報與立項，教學改革的實施，教學方法的改進，教師進行各種形式的進修，通過指導學生申報課題項目，引導學生參與科學研究。帶領大學生參與各種競賽，領導學生直接服務于社會等，切實提高教師的創新意識和實踐活動。(2)精選并優化教學內容，使教學內容更加系統化、科學化。將大學化學課程中無機化學與化學分析中的相關知識緊密結合起來，盡量節省課時。(3)加大基礎實驗的權重，增設綜合性、設計性實驗和開放性實驗。(4)教師進行課題講座，通過專題研究，加強《大學化學》課程與專業學習的聯系。同時，挑選一些能力較強的學生在課堂上進行小專題報告，培養和鍛煉學生進行理論交流的能力。(5)積極邀請學生參與教師課題組或科研課題中來。讓學生參與教師的課題研究，不僅使學生了解科研的一般途徑，更重的是培養了學生的科研意識和素質，能使學生在進行課程學習時不自覺地提高了科學分辯和吸收的能力。
應用化學是以化學理論為基礎、跨學科、跨領域、具有活力的學科，在材料、能源、信息、環境等與國民經濟密切相關的領域占有重要地位。目前全國有300余所學校設置應用化學本科專業，既有綜合性理科院?；驇煼对盒＠美砜苾瀯萁⒌呐c化學專業并存的理科應用化學專業，也有工科或單科性院校利用工科優勢設立的工科應用化學專業。然而，應用化學專業缺乏大家公認的基本特征，在培養機制方面理工融合不足，由此引起的學生能力和優勢單一的傾向已明顯制約學生全面發揮創新思維，限制其解決問題的能力。如何彰顯應用化學專業內涵，培養社會需要的具有扎實理論基礎和實踐創新能力的人才，是高等理工科教育不斷探索和實踐的重大課題。
北京化工大學應用化學專業始建于1986年，是多科性大學中的理科專業。經過二十多年的探索與實踐，找到一條理工融合的應用化學專業辦學之路，逐步形成了顯著的理工融合專業特色，分別于2008年和2009年成為北京市、教育部特色專業建設點。
一、明確人才培養目標及專業定位，以理工同強的優勢學科推進專業建設
高等學校承擔著培養人才、發展科學和服務社會的三大職能，專業定位及人才培養目標的確定要同時考慮學術培養和社會需求。國家中長期科技發展規劃綱要提出“企業要成為技術創新的主體”，而目前國內企業少有正規的研發機構，科技創新人員缺乏，人才缺口較大。北京化工大學是一所以“大化工”為特色的多科性大學，支撐應用化學專業的主干學科化學工程與技術是國家一級重點學科，應用化學是國家二級重點學科，化學學科是北京市一級重點學科。根據學科發展前沿、國家發展重大需要和企業創新對應用化學專業高素質創新人才的需求，確立了為學科發展及“企業成為創新主體”培養理工融合的創新人才的培養目標及定位。
培養理工融合的人才需要理工融合的“土壤”和條件。我校具有理工同校、化學化工同強的優勢，擁有“化工資源有效利用”國家重點實驗室、“新危險化學品評估及事故鑒定”國家發改委基礎研究實驗室、“環境有害化學物質分析”北京市重點實驗室。應用化學本科專業依托強勢的工科和迅速崛起的理科進行建設，以國家、北京市和學校教學改革項目和“十一五”期間各級質量工程建設項目為抓手，調整專業方向、規劃課程設置、改革教學內容，依托國家精品課程群、高等學校教學名師獎獲得者、國家級教學團隊、國家級實驗教學示范中心、大化工類創新人才培養基地以及校外實習基地等優質教學資源，實現高素質創新人才的培養目標。
二、造就一支教學水平高、科研能力強、理工兼備并具有國際視野的師資隊伍
1.建設亦理亦工的師資隊伍。結構合理的高素質師資隊伍是育人的保障。我們堅持“引進與培養相結合、校內與校外相結合”的方針，建設一支理工融合、學緣結構合理的師資隊伍。本專業教師的畢業院校既有北京大學、吉林大學、南開大學等綜合性較強的院校，也有清華大學、北京化工大學、天津大學等工科背景較強的學校，具有工學碩士或博士學位的教師約占1/3。同時，注重從國內外企業和研究院所引進具有工程技術經驗的高層次人才進入教師隊伍。采用引進海外知名學者和輸送優秀在職青年教師出國進修等多種方式，加強師資隊伍的國際化視野，目前應用化學專業教師隊伍中具有海外留學經歷的占28%。
2.在理工融合的科學研究和技術開發實踐中培養師資隊伍。應用化學專業教師以國家重大項目為引導，遵循“基于國際學術前沿和國家實際需求凝練科學問題-基礎和應用基礎研究-工程化及產業化研究”模式開展科研工作，承擔了多個國家級項目以及企業委托項目。充分發揮學科專業優勢，在發表高水平學術論文的同時，加速科技成果向產業化發展，服務國家經濟建設。理工融合的研究思想不僅造就了一支理工融合的師資隊伍，也融入教學過程，為學生創新意識的養成創造良好氛圍。
3.多種方式增強師資隊伍的工程能力。通過聘請企業高層次專家為我校兼職教授、邀請高級技術人員來校授課和講學交流等方式，充實師資隊伍力量。通過定期組織青年教師去大慶石化、遼化、吉化等企業參加工程實踐培訓和暑期科技服務及社會實踐學習團，為青年教師提供深入企業、走進基層的實踐機會。這些措施的實施，使教師能夠了解企業的實際需求，從而找到與企業結合的科研方向和課題。教師將生產實踐中的實際問題、示例引入課堂教學中，學生受益匪淺。
師資隊伍在教學和科研工作中不斷發展壯大。目前，應用化學專業擁有中科院院士1人，高等學校教學名師獎獲得者2人，國家杰出青年基金獲得者3人，教育部新（跨）世紀人才6人?！俺肿咏Y構功能材料的插層組裝”團隊被列入教育部長江學者和創新團隊發展計劃，“工科化學系列課程教學團隊”被批準為首批國家級教學團隊。
三、構建理工融合的應用化學人才培養方案
基于理工融合、理論與技術結合、知識和能力并重的人才培養理念，構建了以學習知識、培養能力為核心的應用化學專業人才培養方案以及與之相適應的課程體系。應用化學專業課程體系包括：強化理論基礎的化學課程群，強化工程意識和培養工程能力的課程群，體現特色的專業方向課程群，拓展性的第二課堂。如圖所示。
其中有機化學、物理化學、儀器分析、計算化學、大學化學實驗、化工原理等被評為國家精品課程，無機化學、分析化學等被評為校級精品課程；無機化學、有機化學、儀器分析等被評為國家雙語示范課程，物理化學等被評為校級雙語示范課程。
依據專業發展歷史和學科發展趨勢，凝練出具有鮮明理工融合特色的分析科學與技術、功能材料科學與技術、有機合成化學和精細化學品化學四個專業方向。其中，分析科學與技術方向是我校應用化學專業的傳統特色專業，教師隊伍具有優秀的教學實踐能力和濃厚的學術研究氛圍，在國內外具有良好聲譽。該專業方向特色專業課程有分離科學與技術、復雜物質剖析、分析測試質量保證、商品檢驗基礎等，教學內容既包含分析科學領域的基礎知識、基礎理論，也包含專業技術、技能，還有最新研究成果介紹和技術進展報告等。功能材料科學與技術方向骨干教師主要來源于“化工資源有效利用”國家重點實驗室研究人員，這些教師著眼于滿足社會需求的無機功能材料設計與開發，已形成了無鉛熱穩定劑、耐老化瀝青紫外阻隔劑、焦化脫硫廢液資源化技術等工業化生產技術。產學研一體化的平臺成為具有理工融合創新意識的人才培養沃土。
四、構建多方位、立體化人才培養平臺
1.構建理科化學基礎精品課程平臺，強化理科基礎。依托首批國家級化學基礎課程教學團隊和多名教學名師，建設化學基礎理論必修課群和選修課群，加強化學基礎理論。在教學內容中融入工業實例，強化理論對實踐的指導作用。
