環(huán)境工程卓越工程師課程實(shí)踐報(bào)告

1、稅中山大亭本科生卓越工程師科研技能實(shí)踐報(bào)告書(shū)院系專(zhuān)業(yè)環(huán)境工程年級(jí)班級(jí)16 工一姓 名劉威奇學(xué) 號(hào)16328060實(shí)踐時(shí)間2018年7月至2018年10月指導(dǎo)教師阮菊俊環(huán)境工程系一、實(shí)踐時(shí)間2018年7月-2018年10月二、實(shí)踐目標(biāo)通過(guò)在老師和師兄師姐們的指導(dǎo)下進(jìn)行科研技能實(shí)踐，加深對(duì)本專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)技能， 將所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到對(duì)具體問(wèn)題的分析和解決上，提高動(dòng)手能力，加深對(duì)課本知識(shí)的理 解。三、實(shí)踐內(nèi)容熟練掌握實(shí)驗(yàn)室基本儀器操作，探究廢舊電路板中非金屬顆粒和重金屬離子等有毒有害物 質(zhì)在土壤中的遷移。四、實(shí)踐計(jì)劃安排先利用暑假空閑時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室“預(yù)熱”，熟悉了解實(shí)驗(yàn)室的基本情況，把一些最

2、基礎(chǔ)的實(shí) 驗(yàn)操作牢牢掌握，養(yǎng)成遵守實(shí)驗(yàn)室制度的習(xí)慣。暑假結(jié)束后在師兄師姐指導(dǎo)下進(jìn)行更專(zhuān)業(yè)的 實(shí)驗(yàn)步驟，之后嘗試自己獨(dú)立思考和探索，達(dá)到實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐的最終目的。學(xué)生姓名劉威奇學(xué)號(hào)16328060指導(dǎo)導(dǎo)師阮菊俊實(shí)踐時(shí)間2018年7月-2018年10月實(shí) 踐 日 志 記 錄7 月 20-7 月 309月1-9月15月 15-9 月 30月 7 -10 月 30接種菌落，利用搖床在一定溫度和營(yíng)養(yǎng)條件下下培養(yǎng)產(chǎn)氰菌， 學(xué)習(xí)基本實(shí)驗(yàn)操作和儀器使用。學(xué)習(xí)使用sem和熱場(chǎng)掃描電鏡前如何準(zhǔn)備，包括樣品的制備， 貼臺(tái)，噴金等準(zhǔn)備操作，對(duì)土壤顆粒，高溫碳化的廢棄電子線(xiàn) 路板，存在一定含量稀土元素的非金屬顆粒等制備的樣

3、品根據(jù) 具體需要進(jìn)行整體或特定區(qū)域的元素含量分析，觀(guān)察樣品顆粒 形貌狀態(tài)并記錄；學(xué)習(xí)使用高斯，VMD，multifwn等輔助軟件分析產(chǎn)氰菌溶解金 這一過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中各原子，分子之間的 電子轉(zhuǎn)移情況。將不同土壤樣品送至專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行RNA分析，從而得到可反 映各個(gè)土壤樣品中微生物群落對(duì)應(yīng)的侖細(xì)菌，真菌組成差異的數(shù) 據(jù)，結(jié)合所查文獻(xiàn)和已知的各土壤樣品之間存在差異的因素， 對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)本科生卓越工程師實(shí)踐總結(jié)學(xué)生姓名劉威奇學(xué)號(hào)16328060指導(dǎo)導(dǎo)師阮菊俊實(shí)踐時(shí)間2018年7月-2018年10月學(xué)習(xí)總結(jié)（應(yīng)不少于5000字，由學(xué)生本人填寫(xiě)）:在不知不覺(jué)中，為期

4、幾個(gè)月的實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐結(jié)束了，這段時(shí)間帶給 了我太多的思考與反省，我很慶幸能夠在阮老師實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐。這次實(shí) 踐讓我收獲頗多，雖然是以一個(gè)初入實(shí)驗(yàn)室的本科生的角色在實(shí)踐， 但是我一直以一個(gè)研究者的態(tài)度要求自己，始終認(rèn)真做好每一件事， 努力按師兄師姐的建議改正一些不應(yīng)該出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題，努 力向好的方向改造自身，提高自己的科研素養(yǎng)，進(jìn)一步鞏固了課堂上 所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，培養(yǎng)了獨(dú)立從事實(shí)驗(yàn)探索的能力，挑戰(zhàn)自我及 細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠焚|(zhì)，堅(jiān)定了為夢(mèng)想而奮斗的決心。在這段時(shí)間里，我主要學(xué)習(xí)了利用冷場(chǎng)和熱場(chǎng)電鏡觀(guān)察樣品形貌 和元素分析，利用高斯、VMD、multifwn等輔助軟件進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò) 程中電子轉(zhuǎn)移的計(jì)

5、算，同時(shí)查閱了許多英文paper，此外，在師兄的 細(xì)心指導(dǎo)下，我也學(xué)會(huì)了在論文寫(xiě)作過(guò)程中起著重要作用的輔助軟件 endnote，記住了論文寫(xiě)作時(shí)必須要注意的多個(gè)要點(diǎn)。冷場(chǎng)和熱場(chǎng)電鏡：掃描電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)，信號(hào)收集及顯示系 統(tǒng)，真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成，是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的 一種微觀(guān)形貌觀(guān)察手段，可直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微 觀(guān)成像。掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)是，有較高的放大倍數(shù)，20-20萬(wàn)倍之間 連續(xù)可調(diào)；有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀(guān)察 各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)；試樣制備簡(jiǎn)單。目前的掃描電鏡都配有X射線(xiàn)能譜儀裝置，這樣可以同時(shí)進(jìn)行顯微組織形貌的觀(guān)察和微區(qū)成分

6、分析，因此它是當(dāng)今十分有用的科學(xué)研究?jī)x器。其原理是具有由三極電子槍發(fā)出的電子束經(jīng)柵極靜電聚焦后成為直 徑為50mm的電光源，在2-30KV的加速電壓下，經(jīng)過(guò)2-3個(gè)電磁透鏡 所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會(huì)聚成孔徑角較小，束斑為5-10 nm 的電子束，并在試樣表面聚焦。末級(jí)透鏡上邊裝有掃描線(xiàn)圈，在它 的作用下，電子束在試樣表面掃描。高能電子束與樣品物質(zhì)相互作用 產(chǎn)生二次電子，背反射電子，X射線(xiàn)等信號(hào)。這些信號(hào)分別被不同的 接收器接收，經(jīng)放大后用來(lái)調(diào)制熒光屏的亮度。由于經(jīng)過(guò)掃描線(xiàn)圈上 的電流與顯像管相應(yīng)偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈上的電流同步，因此，試樣表面任意點(diǎn) 發(fā)射的信號(hào)與顯像管熒光屏上相應(yīng)的亮點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。也就

7、是說(shuō)，電子 束打到試樣上一點(diǎn)時(shí)，在熒光屏上就有一亮點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，其亮度與激 發(fā)后的電子能量成正比。換言之，掃描電鏡是采用逐點(diǎn)成像的圖像分 解法進(jìn)行的。光點(diǎn)成像的順序是從左上方開(kāi)始到右下方，直到最廢一 行右下方的像元掃描完畢就算完成一幀圖像。這種掃描方式叫做光柵 掃描。與冷場(chǎng)掃描電鏡相比，熱場(chǎng)的束流大些，適合進(jìn)行分析，在總 發(fā)射電流、最大探針電流、電子束噪聲、發(fā)射電流漂移、工作真空、 陰極還原、對(duì)外部影響的敏感性等方面都具有一等的優(yōu)勢(shì)。這些參數(shù) 直接影響電鏡的性能。在陰極半徑、有效電子源半徑、發(fā)射電流密度、 標(biāo)準(zhǔn)亮度等方面，冷場(chǎng)發(fā)射略勝一籌。這幾個(gè)參數(shù)總起來(lái)說(shuō)就是冷場(chǎng) 發(fā)射陰極的發(fā)射面積較小、能量

8、集中，便于將電子束聚焦于一個(gè)很小 的點(diǎn)，以提高分辨率。但是在現(xiàn)代的電鏡技術(shù)條件下，熱場(chǎng)發(fā)射電鏡 通過(guò)采取各種有效措施，也能夠?qū)㈦娮邮鴧R聚于一個(gè)理想的點(diǎn)，達(dá)到 冷場(chǎng)發(fā)射電鏡的分辨率水平。熱場(chǎng)發(fā)射電鏡主要的一個(gè)缺點(diǎn)是燈絲（陰極）壽命較短，給定壽命2000小時(shí)，實(shí)際可用3年左右。而冷 場(chǎng)發(fā)射陰極壽命相對(duì)較長(zhǎng)，且更換費(fèi)用較低。電鏡對(duì)元素的分析主要靠能譜儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。能譜儀是用來(lái)對(duì)材料微區(qū)成 分元素種類(lèi)與含量分析，配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使 用。其原理是當(dāng)X射線(xiàn)光子進(jìn)入檢測(cè)器后，在Si（Li）晶體內(nèi)激發(fā) 出一定數(shù)目的電子空穴對(duì)。產(chǎn)生一個(gè)空穴對(duì)的最低平均能量是一定 的（在低溫下平均為3.8ev），

9、而由一個(gè)X射線(xiàn)光子造成的空穴對(duì)的 數(shù)目為N二/，因此，入射乂射線(xiàn)光子的能量越高，N就越大。利 用加在晶體兩端的偏壓收集電子空穴對(duì)，經(jīng)過(guò)前置放大器轉(zhuǎn)換成電流 脈沖，電流脈沖的高度取決于N的大小。電流脈沖經(jīng)過(guò)主放大器轉(zhuǎn)換 成電壓脈沖進(jìn)入多道脈沖高度分析器，脈沖高度分析器按高度把脈沖 分類(lèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就可以描出一張X射線(xiàn)按能量大小分布的圖譜。 這曲線(xiàn)稱(chēng)為脈沖譜。能譜應(yīng)用于高分子、陶瓷、混凝土、生物、礦物、 纖維等無(wú)機(jī)或有機(jī)固體材料分析；金屬材料的相分析、成分分析和夾雜物形態(tài)成分的鑒定；可對(duì)固體材料的表面涂層、鍍層進(jìn)行分析，如： 金屬化膜表面鍍層的檢測(cè)；金銀飾品、寶石首飾的鑒別，考古和文物 鑒定，以

10、及刑偵鑒定等領(lǐng)域；作用可概括為對(duì)材料表面微區(qū)成分的定 性和定量分析，在材料表面做元素的面、線(xiàn)、點(diǎn)分布分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用電鏡記錄的圖像實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用電鏡記錄的圖像量子化學(xué)輔助程序。對(duì)于我們環(huán)境專(zhuān)業(yè)，化學(xué)是必不可少的工具， 環(huán)境中各種有毒有害物質(zhì)的吸附降解離不開(kāi)化學(xué)反應(yīng)，而探究化學(xué)反 應(yīng)過(guò)程中電子轉(zhuǎn)移的真實(shí)情況，就需要用到許多輔助軟件，來(lái)幫助我 們減少工作量，將復(fù)雜繁瑣的計(jì)算交由計(jì)算機(jī)來(lái)處理，實(shí)踐過(guò)程中，它們?cè)谖椅医佑|得比較多的是Gaussian，VMD，multiwfn三個(gè)軟件， 探究過(guò)程中起到了重要作用。它們?cè)谖褿aussian是做半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算和從頭計(jì)算使用最廣泛的量子化學(xué)軟件， 可以研究：分

11、子能量和結(jié)構(gòu)，過(guò)渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵以及反應(yīng) 能量，分子軌道，偶極矩和多極矩，原子電荷和電勢(shì)，振動(dòng)頻率，紅 外和拉曼光譜，NMR，極化率和超極化率，熱力學(xué)性質(zhì)，反應(yīng)路徑。 計(jì)算對(duì)體系的基態(tài)或激發(fā)態(tài)都可執(zhí)行，可以預(yù)測(cè)周期體系的能量，結(jié) 構(gòu)和分子軌道。因此，Gaussian 03可以作為功能強(qiáng)大的工具，用于 研究許多化學(xué)領(lǐng)域的課題，例如取代基的影響，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，勢(shì)能 曲面和激發(fā)能等等。Multiwfn 全稱(chēng)為 Multifunctional wavefunction analyzer，是由盧 天（現(xiàn)任北京科音自然科學(xué)研究中心主任）編寫(xiě)的一個(gè)十分強(qiáng)大的波 函數(shù)分析程序，能夠?qū)崿F(xiàn)量子化學(xué)領(lǐng)域幾乎

12、全部最重要的波函數(shù)分析 方法?；竟δ苡酗@示分子結(jié)構(gòu)、分子軌道及格點(diǎn)數(shù)據(jù)的等值面圖形； 輸出某點(diǎn)的全部特性；輸出某條線(xiàn)上的全部特性并繪制曲線(xiàn)圖；輸出 某個(gè)面上的全部特性并繪圖；輸出某一空間范圍的特性并繪制等值線(xiàn) 圖；電子密度及其拉普拉斯函數(shù)以及ELF/LOL等函數(shù)的拓?fù)浞治觯ò?括AIM分析）；波函數(shù)檢查與修改；布居分析（方法包括Hirshfeld、 VDD、Mulliken 及其三種變體、Lowdin、Becke、ADCH、CHELPG 和 Merz-Kollmann）；軌道成分分析（三種 Modified MPA 方法，Hirshfeld 方法，NAO方法。且可以定義片段）；鍵級(jí)分析（Ma

13、yer鍵級(jí)、Wiberg 鍵級(jí)、Mulliken鍵級(jí)、多中心鍵級(jí)、模糊鍵級(jí)、Laplacian鍵級(jí)，部 分方法可分解為軌道的貢獻(xiàn)）；繪制總DOS/部分DOS/重疊DOS；繪制 紅外/拉曼/紫外可見(jiàn)/電子圓二色/振動(dòng)圓二色光譜；分析處理格點(diǎn)文 件；定量分子表面分析（用于研究分子凝聚相性質(zhì)、反應(yīng)活性位點(diǎn)和 分子間相互作用），且支持Hirshfeld/Becke surface分析；適應(yīng)性 自然密度劃分（AdNDP，用于多中心鍵分析）；模糊空間分析（計(jì)算原 子模糊空間及交疊區(qū)域內(nèi)的積分、原子重疊矩陣、離域/定域化指數(shù)， 計(jì)算FLU、PDI和PLR芳香性指數(shù)）；電荷分解分析（CDA,ECDA）及繪制

14、軌道相互作用圖；對(duì)任意實(shí)空間函數(shù)進(jìn)行盆分析（獲得盆積分值、吸 引子位置、電多極矩及定域化/離域化指數(shù)）；電子激發(fā)分析（電子- 空穴分析、繪制躍遷密度矩陣圖、基于密度差的電荷轉(zhuǎn)移分析、計(jì)算 r指數(shù)）。另外還包含數(shù)十種其它功能，比如RDG方法分析分子動(dòng) 力學(xué)中的弱相互作用、計(jì)算分子范德華體積、計(jì)算分子間軌道重疊積 分、監(jiān)控Gaussian的SCF收斂過(guò)程等、做簡(jiǎn)單能量分解、計(jì)算HOMA 及Bird芳香性指數(shù)、計(jì)算LOLIPOP指數(shù)衡量pi堆積能力、Yoshizawa 電子傳輸路徑分析、繪制等化學(xué)屏蔽表面、分析Gaussian的極化率 計(jì)算輸出、基于完全態(tài)求和計(jì)算極化率和超極化率、計(jì)算分子軌道間 電

15、/磁躍遷偶極矩、分析不同波函數(shù)間的軌道對(duì)應(yīng)關(guān)系等等。“書(shū)到用時(shí)方恨少。”雖然做實(shí)驗(yàn)也是與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中，我還是感覺(jué)到了自己的不足太多太多，平時(shí)學(xué)到的知識(shí)都仿佛記 得卻又很模糊，只是一個(gè)大的框架，還需要很多內(nèi)容來(lái)充實(shí)，也充分 說(shuō)明了自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有很好的理解知識(shí)的體系及內(nèi)容， 這就導(dǎo)致每一次的新的實(shí)驗(yàn)，都是給我自己一次新的洗禮。重新翻書(shū)、 在網(wǎng)絡(luò)上查閱相關(guān)資料。在為期幾個(gè)月的以實(shí)驗(yàn)為主的的實(shí)踐中，我不僅學(xué)習(xí)到了專(zhuān)業(yè)知 識(shí)，更重要的是收獲了經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，學(xué)到了很多為事的道理，這些使 我一生受用不盡，記下來(lái)以時(shí)刻自勉：手腳勤快，熱心幫助他人。初來(lái)乍到，不管是不是自己的份內(nèi)之事，

16、 都應(yīng)該用心去完成，也許自己累點(diǎn)，但你會(huì)收獲很多，無(wú)論是知識(shí)與 經(jīng)驗(yàn)還是別人的稱(chēng)贊與認(rèn)可。畢竟師兄師姐們也都是從我們這個(gè)時(shí)候 過(guò)來(lái)的，對(duì)于他們而言，哪些學(xué)生是認(rèn)真的，哪些學(xué)生只是混時(shí)間， 他們一眼就能看出。因?yàn)閼B(tài)度決定一些，一些小事，如刷培養(yǎng)皿、刷 試管，大家都是從這里開(kāi)始的，不能因?yàn)楹酶啉勥h(yuǎn)就偷懶。只有用心 地，以良好的態(tài)度做好這一件件小事，才能獲得大家的認(rèn)可，也只有 這樣，才有師兄師姐愿意更深入的教給我們一些技術(shù)和方法。多學(xué)多問(wèn)，學(xué)會(huì)他人技能。學(xué)問(wèn)學(xué)問(wèn)，無(wú)問(wèn)不成學(xué)。知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的 收獲可以說(shuō)與勤學(xué)好問(wèn)是成正比的，知識(shí)總是垂青那些善于提問(wèn)的 人。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了很多之前從未接觸過(guò)，也不曾在書(shū)本

17、上學(xué)習(xí)過(guò) 的事物，必然沒(méi)有這方面的知識(shí)基礎(chǔ)，很多東西不懂也是很正常的。 所有的知識(shí)也都有一個(gè)從不懂到懂的過(guò)程，所以沒(méi)有什么好丟臉的， 不懂裝懂才是真正的傻。此外，有一些經(jīng)驗(yàn)上的東西，可能是關(guān)于細(xì) 節(jié)的，在已知的基礎(chǔ)上根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)環(huán)境等因素進(jìn)行了一些 優(yōu)化，這就需要我們及時(shí)的詢(xún)問(wèn)，才能少走彎路。善于思考，真正消化知識(shí)。有知到識(shí)，永遠(yuǎn)不是那么簡(jiǎn)單的事，當(dāng) 你真正學(xué)會(huì)去思考時(shí)，他人的知識(shí)才能變成你自己的東西。就像剛才 說(shuō)的一樣，由于理論知識(shí)不扎實(shí)，不系統(tǒng)，對(duì)于這些新的東西往往很 難舉一反三，融會(huì)貫通。這個(gè)時(shí)候，思考就是非常重要的。做之前思 考，做完后還要回過(guò)頭來(lái)思考。前人鋪路，后人修路。墨守

18、陳規(guī)永遠(yuǎn)不會(huì)有新的建樹(shù)，前人的道 路固然重要，但是學(xué)會(huì)另辟蹊徑更為重要。雖然現(xiàn)在對(duì)我們來(lái)說(shuō)創(chuàng)新 還不是件容易的事，但至少要有這種意識(shí)了。就是懷疑的態(tài)度和精神。 其實(shí)就小的方面來(lái)說(shuō)，很多方法和經(jīng)驗(yàn)是一代代人口口相傳而來(lái)的， 那么其中誤傳也是難免的了。我們還是要抱著懷疑的精神，善于思考 和發(fā)現(xiàn)，才是做科研應(yīng)該具備的素質(zhì)。從大的方面來(lái)說(shuō)，本來(lái)對(duì)于研 究身來(lái)說(shuō)，就不是在單純的學(xué)習(xí)知識(shí)，而是創(chuàng)造知識(shí)，可見(jiàn)對(duì)于研究 生而言，獨(dú)立思考及創(chuàng)造的重要性。實(shí)事求是做實(shí)驗(yàn)。不騙自己更不要騙他人。我想這一點(diǎn)的重要性， 每一個(gè)學(xué)生都應(yīng)該敲響警鐘。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是什么就是什么，不能剽竊抄 襲、更不能偽造數(shù)據(jù)。只有正視實(shí)驗(yàn)結(jié)果，才能及時(shí)的找出存在的問(wèn) 題，有正對(duì)性的進(jìn)行改進(jìn)。逃避錯(cuò)誤最終只會(huì)使自己離成功越來(lái)越遠(yuǎn)。認(rèn)真仔細(xì)地做好實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄。不要當(dāng)你真正用到它時(shí)才知它的重