浅谈高校分析化学实验绿色化途径

邹志娟，宋昆鹏

(西华师范大学 化学化工学院，四川 南充 637002)

分析化学作为化学学科的一个重要分支，在化工生产和日常生活中发挥着不可替代的重要作用。分析化学实验旨在帮助学生巩固所学分析化学理论知识、培养其实践能力和创造性，是化工、环境、生物等专业学生的必修课程。众所周知，化学实验的过程中要用到多种多样的化学药品，进行各种化学反应，不可避免的会产生或多或少的对人类健康和生态环境有害的化学物质。生活中，化学技术的发展为人类生活带来了方便，但随着化学化工技术的飞速发展，化工生产的“三废”(废液、废气、废渣)也在不断威胁人类的生存环境和生态安全，社会上一些不懂化学的人常忽略化学为人们生活带来的便利性，一味认为化学肯定会污染环境、危害人类健康。鉴于此，绿色化学理念应运而生。绿色化学，又称“环境友好化学”、“清洁化学”，其核心思想是从源头上杜绝污染，而非产生污染之后再治理，提倡使用化学品时遵循“拒用危害品(Rejection)、减量使用(Reduction)、循环使用(Recycling)、 回收利用(Reuse)、再生使用(Regeneration)”的5R原则[1]。

绿色化学理念与人类可持续发展观不谋而合，是面临当今日益严峻的环境污染问题所提出的一个全新观念。高校化学专业培养的学生多数会走上与化学相关的工作岗位，在教学中培养他们的绿色化学意识显得尤为必要，会潜移默化的帮助他们树立环保意识。探索分析化学实验教学绿色化途径刻不容缓。

1 高校分析化学实验绿色化内涵

“绿色化学”一词最早出现于1990年美国颁布的“防治污染行动”法令中，倡导化学与环境之间应和平共处。绿色化学的核心内容是利用化学的方法合理预防和有效解决工业环境污染问题，追求化工生产或化学反应过程中从原料到产品全过程的绿色化，不产生或至少不产生危害生态环境和身体健康的中间产物或副产品。本质上讲，绿色化学倡导“以防为主，从源头上杜绝污染问题”的环保理念[2]。

高校分析化学实验绿色化就是在分析化学实验教学中融入绿色化学理念，采取一定措施，保证分析化学实验教学中的实验内容、实验试剂、实验方法和实验产物对环境和人体无害，达到纯净化、无害化的分析化学实验教学目的[3]。要求实验过程中尽量不使用环境危害品，在不影响教学效果的条件下尽可能节约药品，科学、合理的处置实验废弃物等。

2 高校分析化学实验绿色化途径

高校分析化学实验是化工、环境、生物、医学等相关专业学生的必修课程，旨在帮助学生巩固分析化学理论知识，培养其实践能力和创造性，并帮助学生严格树立“量”的概念，培养严谨的学术作风。分析化学实验相较于其他基础化学实验，产生的废弃物相对较少，但是由于分析化学实验面对学生广泛，学生数量众多，积累下来的废弃物总量不容忽视，为积极响应国家可持续发展战略、符合化学实验相关环保要求，积极推行分析化学实验绿色化成为当前的必由之路，这既有利于提高化学专业整体教学质量，又符合当下培养高层次、高素质人才的要求[4]。

2.1 重视培养学生绿色化学意识

化学教师是化学基础理论知识的传播者，使化学实验操作的示范者，其思想、行为都对学生具有深远的影响，因此，教师应当以身作则，摒弃原有的落后观念和固有思维，积极学习绿色化学和环境保护相关知识，关注绿色化学相关的前沿研究，树立绿色化学理念、强化环保责任感。在理论课教学中，向学生传递系统的绿色化学相关知识与思想，逐渐培养其绿色化学意识；实验课教学中，要以绿色化学理念为基准指导学生实验操作，教会他们合理适量取用药品、反应过程中严格规范实验操作以减少实验重复率、实验完成后合理处置实验废弃物和实验产物等[5]。理论与实践相结合，全方位多角度的将“绿色化学”观念传递给每一位学生，引导其加强环保意识，充分认识到实验过程中实验成果与环境保护和谐共处的重要性。

2.2 科学选择实验内容，合理安排实验顺序

绿色化学的核心思想是从源头上杜绝污染，高校分析化学实验教学内容要在全面覆盖知识点的基础上以绿色化学思想为指导科学选择。在不影响实验课教学效果的前提下，尽量选择采用无毒、对环境无污染的环保试剂为实验药品的实验项目，尽可能避免使用危化品。传统分析化学实验中，经常会有以训练基本操作技能为目的的实验项目，比如“酸/碱式滴定管的基本操作讲解及练习”，实验中用到大量的盐酸溶液和氢氧化钠溶液，造成了实验试剂的大量浪费，这与绿色化学的资源节约理念背道而驰；还有一些专门训练移液管、容量瓶、吸量管等仪器基本操作的实验，实验中配制溶液仅仅是为了学会使用这类玻璃仪器，同样造成了试剂的浪费，也一定程度上浪费了实验课时；以绿色化学理念为指导，应考虑将这类基本操作练习类实验合理融合到后续相关实验中，比如融入到“氢氧化钠标准溶液的配制和标定”、“盐酸标准溶液的配制和标定”等实验中，既练习了玻璃仪器的操作，又进行了其他必修实验项目，提高了实验教学的效率也节约了资源。

实际教学中，可以将用到相同试剂的实验项目串联起来达到节约资源、减少废弃物的目的，也可以考虑将其他实验项目的产物作为分析化学实验中要测试的待测样品。比如“硫代硫酸钠标准溶液的配制及浓度的标定”实验中已经配制并标定了硫代硫酸钠的准确浓度，而“间接碘量法测定硫酸铜溶液中铜离子的含量”实验又需要用到硫代硫酸钠标准溶液，那么就可以通过合理安排两个实验的顺序节约资源、提高实验效率；又比如无机化学实验室开设有“由废铜屑制备五水硫酸铜”实验，而分析化学实验室开设的“间接碘量法测定硫酸铜溶液中铜离子的含量”中刚好要用到硫酸铜，这样就可以将无机实验室合成的五水硫酸铜收集起来用于分析实验。

分析化学实验中除了传统验证性实验外最好适当开设一些探究型实验，让学生在遵循绿色化学理念的前提下自行设计实验方案，在这个过程中鼓励学生从试剂绿色化、反应绿色化、产物绿色化等方面选择合适的实验试剂和反应方式，设计科学、环保的实验废弃物处理方法，从而更好的培养学生的绿色化学意识[6]。

2.3 规范实验操作

分析化学实验具有其严格的操作标准与规范，实验过程中的不规范操作轻则导致实验失败、药品浪费，重则危害生命财产安全，因此，分析化学实验的任一环节都要严格遵守标准操作规范。药品的正确、定量取用关乎实验成败与资源节约，一定要按照标准谨慎定量称取；实验操作时谨遵实验规程，避免因不当操作造成的不必要损失；实验结束要合理处置实验“三废”。教师要结合实验操作及时向学生传授绿色化学理念，比如有些同学不注意称量操作，称量失败重复操作并将称取失败的药品随意倒入水槽或垃圾桶，还有同学实验结束后将实验废弃物直接倾倒，教师可结合其错误操作及时向其解释绿色化学理念的资源节约思想和环境保护思想。

2.4 推行微量或半微量实验

传统上分析化学实验尤其是化学分析实验通常是常量分析，试剂用量较大，最终产生的实验废弃物的量也相对较大，这不符合绿色化学思想要求。在不影响实验现象和教学效果的前提下减少实验试剂用量是分析化学实验绿色化途径之一，例如可以在实验中设计减小试剂浓度，比如“氢氧化钠标准溶液浓度的配制和标定”中，可以将氢氧化钠浓度由0.1mol/L调整至0.05mol/L，再如高锰酸钾作为易爆化学品应尽可能不用或少用，可将“高锰酸钾溶液的标定和过氧化氢含量的测定”实验中用到的高锰酸钾溶液浓度适当缩减。

当前，在绿色化学思想指导下，一种新型化学实验技术——“微型化实验”应运而生，值得注意的是它并不是常规实验的简单减量或微缩，而是在保证实验现象明显的前提下，经过合理设计在微型反应器中进行的化学实验。曾有研究者在和常量分析相同的实验原理、操作条件下用10mL滴定管、100mL锥形瓶、10mL移液管等替换50mL滴定管、250mL锥形瓶、25mL移液管等进行了小量化滴定实验，结果表明，在测定结果的精密度和准确度满足常量分析要求的同时样品用量和标准溶液用量节约了87.5%，指示剂、缓冲剂及掩蔽剂等用量节约了75.00%，不仅缩短了实验时间，也节省了实验试剂[1]。

2.5 合理处理实验“三废”

实验过程中产生的废液、废气、废渣(“三废”)对周边生态环境安全和人类身体健康都有一定的危害，因此科学、合理的处置实验室“三废”也是分析化学实验绿色化的一个重要方面。在分析化学实验教学过程中，教师要向学生传授科学处理“三废”的专业知识，并以身作则，向学生示范科学、合理对待实验“三废”的态度。

分析化学实验教学中要用到总量大、种类多、浓度低的溶液，随着而来的就是大量废液的产生，要根据废液的不同类型分别处理，对于不含有毒有害物质的稀酸和稀碱废液，可分别准备废酸、废碱的桶，待积累一定量后经酸碱中和至中性后直接倒入下水道，也可以尝试在课堂上引导学生分小组收集后现场进行酸碱中和至中性，直接倒入下水道，多余未中和的废液分类收集至指定废液桶，向学生传递主动减少和设法消除污染的思想意识。实验过程中产生的含有有毒有害物质的废液可按其性质、分类等准备专用的容器收集后贴好标签，由学校或专门的试剂公司统一处理。实验过程中的产生的废气，无毒的直接经通风橱排入大气，有毒的选择合适的尾气处理装置后经通风橱排出。分析化学实验室较少产生固体废渣，固体废弃物主要是固体原料和滤纸、碎玻璃等，固体原料一律回收再利用，无毒的废弃滤纸、碎玻璃等收集至专用垃圾桶由专人处理[7]。

2.6 利用多媒体技术，模拟化学仿真实验

计算机技术的飞速发展，使虚拟仿真实验室成为现实，运用多媒体技术在虚拟仿真系统上可以对实验原理、过程进行仿真，此项技术拓宽了分析化学实验课程的内容，使一些要用到易燃、易爆、剧毒等危化品的实验得以通过虚拟仿真实验室开设，学生可以在虚拟实验室里身临其境般的模拟实验过程、观察实验现象，并且没有实验废弃物的产生，也不会对人体造成危害。通过虚拟仿真实验室还可以开设要求在理想状态下的进行的实验，帮助学生更好的理解抽象的理论知识。

3 小结

绿色化学是在严峻生态环境危机下提出的全新概念，旨在采用化学的方法从源头上防止环境污染，与人类可持续发展观高度契合。高校分析化学实验教学绿色化要求化学实验教学中尽量避免使用危害环境安全和人体健康的有毒害试剂、减少化学试剂的使用量并科学、合理的处置实验废弃物，符合可持续发展观要求。实验教师应当在实验教学活动中结合实际向学生传授绿色化学相关知识，将绿色化学理念贯穿于实验课教学的全过程，结合实验操作传递给学生具体化的绿色化学观念，培养其绿色化学意识和环境保护意识，培养出符合国家可持续发展战略要求的化学专业人才。