危险化学试剂发样器的研制与实验教学应用

李 芳, 翟玉平, 韩 杰

(1. 南开大学 化学学院, 天津 300071；2. 南开大学 化学国家级实验教学示范中心, 天津 300071)

在基础实验教学中,学生刚刚接触危险化学试剂,对危险化学试剂的特性、实验操作安全和防护了解不全面,存在着很大的安全隐患[1]。为此,利用实验室现有条件和资源,通过自主研制实验装置,辅助学生安全操作。

1 危险化学试剂发样器装置及原理

该装置主要由3部分组成,如图1所示,上半部分为恒压滴液漏斗,中部为自主研制的危险化学试剂发样器,见图2,下半部为学生使用的反应烧瓶。为保证实验安全性,3个部分的设计均采用磨口连接。整个操作在密闭环境条件下进行,没有气体、液体的溢出,防止了直接接触危险化学试剂的可能。

危险化学试剂发样器依据物理学中“倒虹吸原理”[2]及借鉴索氏提取器[3]部分结构而研制,选用玻璃或石英材质，便于观察,也有很好耐腐蚀性。危险化学试剂发样器分为夹套内、夹套外。夹套内为倒虹吸结构,危险化学试剂从恒压滴液漏斗中不断流入到危险化学试剂发样器中,当蓄积一定量时,会发生显著变化,“倒虹吸现象”出现(此刻旋停恒压滴液漏斗开关)。自动排空虹吸管内的危险化学试剂,使其流入到学生使用的反应烧瓶内。这个“蓄积—定量”是根据学生实验课要求及所使用的化学试剂的性质有关,经过反复实验验证所设定。

图1 整套装置图2 试剂发样品

是否能够发生“倒虹吸现象”是于虹吸管的长度、粗细及危险化学试剂比重密切相关(申请实用性专利中)。夹套外设计有进、出水口。根据危险化学试剂的特性,通入冷水以降低温度,防止危险化学试剂挥发,影响量取危险化学试剂的准确性；通入热水为防止有些危险化学试剂结晶,堵塞虹吸管影响实验教学正常进行。同时,也起到了保护虹吸管的作用。

2 解决实验教学中的4个问题:

2.1 保护实验室安全环境

学生量取危险化学试剂的操作过程在封闭状态下进行,危险化学试剂一旦进入学生使用的反应烧瓶,立即与其他反应物发生化学反应[3],生成新的化合物,消除了其危害性和实验室的污染源。另外,加强对危险化学试剂总量的控制,将整包装的危险化学试剂分别加入危险化学试剂发样器装置中,杜绝将危险化学试剂带出实验室的现象,避免了污染室外环境。

2.2 消除学生对使用危险化学试剂的恐惧心理

众所周知,大多数危险化学试剂都具有很强腐蚀性[4],许多学生在思想上有安全顾虑,造成实验操作缩手缩脚,影响实验教学效果。改变过去在量取危险化学试剂时“粗放式”操作方式,将自主研制危险化学试剂发样器实验装置运用到实验教学中,让学生对新、旧两种量取方式的比较,帮助学生恢复信心，消除恐惧[5],只要按照实验教师要求,规范化的操作,借助实验仪器、实验装置、实验操作有安全保障。

2.3 省去实验教师发放危险化学试剂的环节

基础实验教学的特点:学生人数多,实验操作能力参差不齐，在使用危险化学试剂过程中,一旦误操作极易发生安全教学事故。大多数实验教师采用替代学生操作方式,增加了实验教师劳动强度,减少了学生操作机会。现在运用危险化学试剂发样器实验装置,每位学生都独立完成整个量取操作过程。实验教师将更多精力指导学生搭建实验装置,解决学生实验反应过程中发生问题。

2.4 节约实验教学经费

危险化学试剂发样器制造成本低廉,材质具有很好的耐腐蚀性,使用周期长,无能源消耗,日常维护安装非常简便。另外危险化学试剂发样器具有定量功能,避免学生盲目多取危险化学试剂,造成后续需要用其他化学试剂中和或还原，增加了不必要的实验步骤。

3 结语

近年来,从实验教学需求出发,围绕学生安全操作,自主研制不同类型的实验装置,例如:危险化学试剂量取步骤——研制危险化学试剂发样器(正在申请专利),避免学生操作直接接触危险化学试剂；减压过滤步骤——利用带有聚四氟旋塞的三通替代简化了实验装置；减压蒸馏步骤——将真空泵转入到带有降低噪音的箱体中,降低了实验室内的噪音,消除了真空泵高速旋转时存在的安全隐患[6]；样品烘干步骤——研制数字显示烘干器[7](2006年获得专利),降低能源消耗,提高了工作效率。这些实验装置的研制,为学生安全操作提供了技术上保障。