中小学实验用玻璃仪器检测和质量控制研究

庞少博 张士峰 王彦霏

1 河北省教育技术中心 石家庄 050051 2 石家庄市第二十四中学 石家庄 050051 3 河北省气象技术装备中心 石家庄 050051

0 引言

中小学教学仪器一般是指为中小学校及教育单位提供教学服务的仪器设备，其类别大致可分为标本、挂图、玻璃仪器、药品等。其中，玻璃仪器由于具有很高的化学稳定性、很好的透明度、良好的绝缘性能等特点，被大量运用于小学科学、中学化学、中学生物等学科的实验教学之中。作为实验用仪器设备，玻璃仪器的质量能够直接对实验教学的效果、实验结果、师生安全等产生重要影响。因此，各级教育管理部门应当加强中小学玻璃仪器等教育装备的管理，使其在教育教学中发挥有效作用[1]。

鉴于市场上销售的常用玻璃量器等实验用玻璃仪器质量良莠不齐，千差万别[2]，河北省教育技术中心（原河北省教育技术装备管理中心，以下简称“省技术中心”）专门成立了由装备科及相关专家组成的监测小组；自2015 年开始，每年在全省范围内开展中小学教育装备质量监测工作，并将实验用玻璃仪器作为常见且非常重要的实验装备列入重点监测内容。通过实地走访交流、现场检测等方式，监测小组系统地了解了当前中小学实验用玻璃仪器的质量情况与存在的问题，汇总收集了大量关于实验用玻璃仪器质量数据和信息。在对收集的数据和信息进行整理研究后，监测小组就实验用玻璃仪器质量的检测提出了一种较为可行的方法，并就采购单位（人）应如何加强实验用玻璃仪器质量控制提出了几点建议。

1 中小学实验用玻璃仪器的质量检测

1.1 质量问题产生的原因及影响

1.1.1 产生的原因

中小学实验用玻璃仪器产生质量问题的原因大体可分为两类。其一是行业因素，即玻璃仪器的生产制造企业自身生产水平和能力不足，缺乏生产标准，生产工艺不规范；个别企业采取降低生产标准、质量规格的方法控制其生产成本，以低成本、低价格换取市场竞争力。其二是采购单位（人）的组织方式和专业技术素养存在不足，在制定招标文件过程中缺乏科学、严谨、有效的实验用玻璃仪器技术参数进行质量控制，在采购验收阶段缺乏检测方法和验收依据，不能对企业应标产品和实际供应产品的相符性和质量情况进行有效评判。

1.1.2 产生的影响

中小学实验用玻璃仪器的质量对实验教学所产生的重要影响主要体现在实验安全性与实验准确性这两个方面。首先，实验安全是开展实验教学活动的前提和保证。通常，玻璃仪器在实验过程中引发安全事故的原因除实验人操作不规范之外，主要是玻璃仪器本身质量不符合相关标准。玻璃仪器的材质、厚度、形状等不合格，就会造成耐压和热冲击性能差，导致在实验中发生破损、炸裂等事故，严重的还有可能造成师生伤亡。此外，利用玻璃仪器开展的实验大多为定量实验，即在定性实验的基础上利用专用仪器和物质计量关系来认识客观世界的一种化学方法。中小学学科实验中常用的定量仪器有量筒、量杯、滴定管、移液管、容量瓶等。这些玻璃仪器的质量若不符合标准，则必然导致实验结果出现较大偏差，从而对教学效果产生影响。

1.2 常见的质量问题

1.2.1 规格尺寸不符合标准要求

根据国家相关要求，试管、漏斗、容量瓶等实验用玻璃仪器的规格尺寸应符合国家标准（GB）或行业标准（QB）的规定。但监测小组在工作中发现，这类实验用玻璃仪器还是存在一定的质量问题，具体表现如下。

1）以实测某12 mm×75 mm 的普通试管样品为例，其长、外径、壁厚分别为73.36 mm、11.22 mm、1.10 mm，而QB/T 2561—2002《实验室玻璃仪器——试管和培养管》中对试管规格尺寸及公差的规定为：长75 mm±2.0 mm、外径12 mm±0.5 mm、壁厚1.1 mm±0.2 mm。参照标准，样品的长73.36 mm ＞73 mm、外径11.22 mm ＜11.5 mm、壁厚1.10 mm ＞0.9 mm，因此，样品的外径不符合标准要求。

2）根据QB/T 2110—1995《实验室玻璃仪器——分液漏斗和滴液漏斗》要求，50 mL 梨形分液漏斗的斗净高为80 mm、斗外径为51 mm、下方排水管外径为9 mm±0.5 mm、长度为60 mm、旋塞阀孔径≥2 mm、下口角度≥30°。而实测的某分液漏斗样品，斗净高为68.71 mm、斗外径为54.15 mm，下方排水管外径为6.98 mm，长度为123.95 mm，旋塞阀孔径3.41 mm，下口角度为62.3°；与标准对比，样品的斗净高、斗外径、长度等多处尺寸规格不符合要求。

3）GB/T 12806—2011《实验室玻璃仪器——单标线容量瓶》中要求，250 mL 容量瓶的瓶颈内径为15.5 mm±1.5 mm、瓶身外径为80 mm、瓶底外径为55 mm、全高为220 mm、刻度线至变径处最小距离为10 cm、最小壁厚为0.8 mm。而某实测的容量瓶样品在容量236.39 mL ＜250 mL，瓶颈内径20.26 mm ＞17 mm，全高248 mm ＞220 mm 等多个尺寸规格均不符合标准要求，在实验中易造成较大误差。此外，监测小组还发现，在锥形瓶、蒸馏烧瓶、冷凝器等抽检样品中也存在尺寸规格不符合标准的现象。

1.2.2 标称容量和实际装载容量不符

某标称250 mL 烧杯样品空重为97.69 g，满容量装水重414.02 g，其实际装载容量316.33 g 比标称容量多了126.5%。又如某标称250 mL 量杯，其实际装载容量为238.47 mL，与标称容量相差11.53 mL；而根据GB 12803—1991《实验室玻璃仪器——量杯》的规定，250 mL 量杯的最大允差仅为±3.0 mL。

1.2.3 无刻度标识

根据GB/T 15725.6—1995《实验室玻璃仪器——磨口烧瓶》等标准要求，各类玻璃仪器应标注温度、容量、刻度线等刻度标识，但监测小组在调研监测中发现少数玻璃仪器存在无刻度标识等现象。

1.2.4 热冲击不符合要求

根据GB/T 15724—2008《实验室玻璃仪器——烧杯》中的要求，容量≤400 mL 的烧杯，其耐热冲击温度应不小于180 ℃。在实地监测时进行的耐热冲击测试中，监测小组在将某250 mL 烧杯样品加热至170 ℃放入冷水后，烧杯样品炸裂，其耐热冲击温度不符合标准要求。

1.2.5 内应力检测不合格

玻璃是一种经高温熔融、快速冷却而固化的非晶态产品，所以在生产过程中，玻璃仪器各个部位的温度变化不可能均匀一致，会有内应力的产生。因此，在玻璃仪器成型后，需要进行退火处理以消除残余的内应力；若退火处理不达标，则会导致玻璃中残存有内应力，进而影响玻璃仪器的强度和使用寿命。在GB/T 4545—2007《玻璃瓶罐内应力试验方法》中规定了测定与玻璃瓶罐退火状态有关的两种实验方法：一种是用偏光仪与一套标准片对比测量，另一种是用偏光仪直接测量。在监测工作中，监测小组使用偏光仪对玻璃仪器进行了直接测量，部分玻璃仪器干涉色变化较大，出现绿色或黄色，说明该产品退火质量较差，内应力检测不合格。

1.3 “三步”检测法

中小学实验用玻璃仪器质量应符合JY 0001—2003《教学仪器设备产品一般质量要求》及此仪器对应的国家、行业、团体、企业等发布的产品标准。从易于实施和最大限度对玻璃仪器进行质量甄别的角度，监测小组提出了一种针对中小学实验用玻璃仪器进行检测的“三步”检测法，其主要内容包括外观和常规尺寸检测、内应力检测、急冷检测等。利用这种方法进行检测，在汇总以往数据的基础上，检测单位（人）通过外观和常规尺寸检测就能够甄别50%以上的质量问题；通过外观和常规尺寸检测、内应力检测能够甄别90%以上的质量问题；通过外观和常规尺寸检测、内应力检测、急冷实验检测能够甄别超过95%的质量问题。

第一步：外观和常规尺寸检测

在外观方面，玻璃仪器的外观应端正，厚薄均匀，内外表面清洁无划伤，有刻度的玻璃器皿量值要准确，刻度和数值清晰、不脱落。在不影响仪器性能和寿命的前提下，一般玻璃仪器在不明显的部位允许有不超过表1 规定的缺陷；一般光学零件的表面允许有不超过表2 规定的缺陷。在常规尺寸方面，玻璃仪器的各项规格尺寸应在对应标准要求的合理误差范围内，测量过程中需通过钢尺法、卡尺法、称重法等正确测量玻璃仪器的尺寸、容量等参数规格。

表1 玻璃仪器表面不明显部位允许的缺陷

表2 一般光学零件允许的表面疵病

第二步：内应力检测

受设备、人员技术水平等因素的影响，专业的玻璃仪器内应力检测很难在中小学进行[3]。因此，在对中小学实验用玻璃仪器进行内应力检测时，检测单位（人）可以直接使用应力检测仪。应力检测仪是应用偏振光干涉原理检查玻璃内应力的有效仪器，它可以根据偏振场中的干涉色序，定性或半定量地测量玻璃的内应力。在正交的起偏镜与检偏镜之间放入双折射物质，视场中便会出现干涉色，一定的干涉色对应于一定的双折射光程差，其关系如表3 所示。

在应力检测仪中，位于起偏镜与检偏镜之间的全波片是用高分子材料做成的薄片，其双折射光程差为565 nm，由表3 可知视场中的干涉色为紫红色。如果在正交偏振镜之间除了全波片以外再加试件，则二者的组合光程差将大于或小于565 nm，干涉色也相应地发生变化，根据干涉色查表3 即得到组合光程差的数值。有应力的玻璃试件是双折射物质，将这样的试件放入应力检查仪光路中，会引起干涉色的变化。具体做法为：将该试件放入干涉视场中，通过检偏镜观察整个试件表面，根据干涉色定性地判断玻璃试件应力大小，如试件颜色基本不变或者只有轻微的变化，由紫红到紫色，说明退火质量良好；如果试件的某些部件上干涉色变化较大，如出现绿色或黄色，则说明退火质量较差，存在残余内应力。

第三步：耐热震性实验检测

耐急冷急热性又称耐热震性，主要体现耐火玻璃仪器抵抗急冷急热的温度骤变而不破坏的性能。耐热震性的强弱主要取决于耐火原料及其制品的热膨胀性、导热性和断裂韧性等，与其组织结构、形状和尺寸有关。在实际工作中，进行耐热震性实验检测一般采取急冷实验的方式，即将玻璃仪器加热至一定温度后浸入冷水，以验证玻璃仪器耐热震性。耐热震性实验具有一定危险性，在检测过程中应慎重操作。

2 中小学实验用玻璃仪器质量控制对策

2.1 完善基本技术要求，为质量控制提供依据

2016 年，针对中小学各学科教学仪器设备的特点，省技术中心制定了《河北省中小学教学仪器设备基本技术要求》（以下简称《技术要求》）。

《技术要求》对原《河北省教学仪器设备基本技术要求》进行了修订，对实验用玻璃仪器等教学仪器设备的详细技术参数和对应标准要求进行了规定，为控制各类教学仪器设备质量提供了依据，也为全省教学仪器配备、采购验收、质量监测等工作提供了极大的帮助。随着技术水平的更新，《技术要求》作为河北省评判教学仪器设备质量情况的基本遵循和重要依据也在不断更新和发展，对实验用玻璃仪器等教学仪器设备技术参数要求亦更加趋于完善、科学、严谨。因此，做好中小学实验用玻璃仪器质量控制的前提是做好《技术要求》的宣贯落实，让《技术要求》成为甄别教学仪器设备质量优劣的利剑。

2.2 加强标准宣传贯彻，提升供需双方标准意识

加强对供需双方进行标准的宣传和贯彻工作，是做好中小学实验用玻璃仪器质量控制的重要条件。实验仪器的供应方要充分借助教育装备行业协会等组织，做好相关标准的宣贯工作，鼓励和促进生产企业不断规范生产工艺、提高生产标准，从供应源头提高整体质量；需求方要不断加强采购单位（人）的标准化意识和专业技术素养，在仪器设备招标验收过程中发挥标准作用，对照相应标准进行质量管控，让好仪器设备进入中小学的“大门”，切实保证师生生命安全。

2.3 强化采购过程管理，严格履行验收程序

各级教育行政部门要加强对教学仪器设备采购全过程的管理，严格控制和监督采购过程的前期准备及采购中、采购后等微观环节并制定严格的验收管理制度。在验收产品时，采购单位（人）应严格以中标样品、招标要求、合同和补充协议等为依据，逐项验收产品的规格、型号、性能、质量、生产厂家等参数，检验实际供应的仪器设备是否与投标样品完全一致。

此外，在实验用玻璃仪器的采购验收过程中，还应根据实际情况酌情抽测玻璃仪器的质量和性能，通过“三步”检测法对其进行验收检测，坚决将不合格的玻璃仪器阻挡在校门之外。

2.4 挤压劣质设备空间，营造“良币驱逐劣币”氛围

采购单位（人）在招标采购过程中应严格规范教学仪器设备质量，让优质仪器设备生产企业与采购单位（人）形成合力，挤压劣质教学仪器设备的生存空间，倒逼“劣币市场”转型升级、主动加强生产管控，共同营造“良币驱逐劣币”的市场氛围；规范市场秩序，让价格合理、质量优秀的中小学实验用玻璃仪器等设备为教育教学提供良好支撑和服务。

2.5 开展采购质量培训，提升采购单位（人）专业素养

中小学实验用玻璃仪器等教学设备的采购和验收烦琐复杂，各级教育装备管理部门应根据其采购特点进行有针对性的质量管控培训。一方面，要对采购单位（人）进行招投标管理培训，系统学习《政府采购法》《政府采购法实施条例》等法律法规，严格按照法律要求和流程开展招标采购工作，履行各项招标采购手续，为招投标过程中出现问题和分歧时提供法律依据和保护；另一方面，要加强中小学实验用玻璃仪器等设备检测方法的培训，对照《技术要求》等规范性文件，对各类仪器的检测方法进行培训，提升采购单位（人）的产品验收能力。

3 结束语

截至目前，河北省中小学教学仪器设备质量检测工作已经持续开展了七年。在“三步”检测法和质量控制对策等有效措施的协助下，河北省中小学实验用玻璃仪器的质量有所提高，在一定程度上杜绝了不合格产品流入校园，对于消除实验安全隐患、保障实验教学发挥了应有作用，对于确保教育教学有序开展和师生生命健康安全具有积极促进作用，为更好地落实立德树人根本任务，加快教育现代化、办好人民满意的教育奠定了坚实基础。