化学实验中强化装置安全性的探索

林晓辉, 潘锦香, 赵艳蕾, 王 玥

(1. 泰山医学院 化学与制药工程学院, 山东 泰安 271016； 2. 山东省宁阳县第二中学, 山东 宁阳 271402)

化学实验中强化装置安全性的探索

林晓辉1, 潘锦香2, 赵艳蕾1, 王 玥1

(1. 泰山医学院 化学与制药工程学院, 山东 泰安 271016； 2. 山东省宁阳县第二中学, 山东 宁阳 271402)

化学实验室的安全研究主要集中在教育与管理方面,对实验装置的研究相对较少。强化在化学实验装置的制备过程中的安全性,有利于减小实验事故的发生,并能为减少生产事故提供一些启示。在对装置易损部件的保护、部件重心居中性、耐损材料的采用、操作连续性的强化、对浅损装置的安全性处理等方面,进行了化学实验装置强化安全性的探索研究,并将研究成果应用于教学与科学研究,取得了较好的效果。

化学实验； 装置安全性； 制备过程

随着社会文明程度的不断提升,安全性问题越来越得到人们的重视,但是现实中的许多事例表明安全性还是一个重视程度远远不够的问题[1]。鉴于安全问题的严峻性,国家有关部门不断推出强有力政策,许多科研教育工作者也进行了深入研究。黄文霞等提出要培养安全意识、学习安全技术、建立安全制度来促进高校化学实验室的安全[2]。周健等提出了将高效的信息化技术应用于高校实验室安全管理中[3-4]。曾秀琼等介绍了美国、澳大利亚等发达国家著名高校的先进经验[5-6]。科学的教育以及高效的管理制度固然有利于减少安全事故的发生,但是核心的问题是相关人员一定要熟悉安全技术。在技术上尽量减少安全隐患,制备出更安全的装置,从根源上避免安全事故的发生,是广大科研工作者应该多关注的。

化学是一门以实验为基础的科学,化学的发展与化学实验装置的发展息息相关。多年来,化学实验装置的制备研究主要集中在装置的实用性上,对于安全性却受到许多研究者的忽视。许多经典装置一旦产生,便得到广泛的应用,很少有人考虑它们是否存在缺陷。事实上,无论多么经典的装置都难以保证是完美的,有些装置甚至存在某些缺陷,尤其是在安全性方面。

化学作为一门基础学科,对医药、食品、生命、环境、能源等学科都起到重要的作用,强化化学实验装置的安全性的意义不限于化学。化学实验装置的安全性不仅包括装置的易损性问题,还包括对操作人员及环境的安全隐患以及损坏后的安全性处理等问题,因为安全与环保并没有明显的界限[7]。在多年的教学实践中,本团队在实验装置制备过程中探索了一些强化安全性的措施,并应用于科研与教学实践,取得了良好的效果。

1 保护装置易损部件的安全性

容易损坏的装置往往是从易损部件开始的,许多仪器因损坏一部分也基本上失去了它们的价值。索式提取器自1879年诞生以来,一直在全世界范围内使用,但是它并非没有缺陷,尤其是在安全性方面，它的安全性问题主要在于提取筒外的易损的虹吸管和蒸汽管。专利CN203342431U[8]设计了一种内弯管式浸提分离器,将蒸气管置于提取筒内部,保护了蒸汽管(见图1)。专利CN203400525U[9]设计了一种通用分离器,利用磨口旋塞和砂芯的方式顶替了索式提取器最脆弱虹吸管(见图2)。专利CN203724809U[10]设计的能够双向交换的双筒结构有利于提取器的高温提取,客观上也代替了脆弱的蒸汽管(见图3)。

图1 内弯管式浸提分离器图2 通用分离器图3 高温浸提通用分离器

2 装置重心居中的稳定性

由于使用功能方面的原因,许多传统的装置重心不居中,这给装置的安装和运行带来了许多安全隐患。比如广泛应用的油水分离器和抽滤瓶等。专利CN205412333U[11]设计的一种双筒式油水回流分离器,使油水回流分离器的重心主要集中在双筒上(见图4)。专利CN205730461U[12]设计的一种弧形油水回流分离器不仅重心居中,而且还有流畅的美感(见图5)；专利CN205730467U[13]设计的一种斜端式油水回流分离器,制作比较简单,而且重心比较居中(见图6)。抽滤瓶是减压过滤的主要耐压装置,连同其上的布氏漏斗,质量较大,在使用时由于受到侧向的韧性抽气管的作用,极度不稳。专利CN205182750U[14]设计了一种安全便捷的抽滤瓶,在抽气口对位设计了一排液口,适当抵消抽气管的作用,同时将抽气口向下倾斜,减小抽气管的平拉作用,使装置重心相对居中,增加了装置的稳定性。

图4 双筒式油水回流分离器图5 弧形油水回流分离器图6 斜端式油水回流分离器

3 耐损材料的重要性

由于稳定、便宜、易加工的特点,玻璃材料被广泛应用在实验装置制备中。但是随着科学技术的发展,各种功能塑料也具有了玻璃的许多优势,而且具有玻璃所不具有的耐损优势。虽然,有些功能塑料制品价格稍高,但是不易损坏足以抵消价格稍高的劣势。目前市场上有许多装置或其易损部件是塑料材质的,使用起来非常安全方便耐用,如塑料材质的磨口旋塞、塑料滴管等。

4 强化操作的连续性

在实验过程中,操作步骤越多,安全隐患越多,有些步骤是一些传统装置引起的,不可避免。改进某些传统装置,减少操作步骤、增加操作的连续性,是强化安全性的一个重要手段。专利CN205182750U[14]设计的抽滤瓶,不仅重心相对居中,而且由于排液口的设计,使排液可以在不拆减压装置下顺利进行,减少了操作步骤,相对增加了安全性(见图7)。旋转蒸发装置也是一种被广泛应用于蒸馏分离混合物的装置,但是旋转蒸发时液体飞溅是常有的事。防溅球的使用可以使飞溅液滞留在防溅球里，减少飞溅液对减压等装置的损伤。目前解决飞溅液滞留的措施就是拆装置,重新实验,这样操作步骤多、时间长,还容易损坏仪器。在传统防溅球的防溅内管底部设计回流口,可以有效地使飞溅液自动流回蒸馏瓶,提高了操作的连续性,进而提高了安全性(见图8)。

图7 抽滤瓶图8 自动流回蒸馏瓶

5 浅损装置安全性处理

以玻璃材质为主的化学实验装置,损坏往往是难免的。对浅损装置进行简单巧妙的处理,转化成有价值的装置,对操作人员的安全、对环境安全都是很有意义的。酸碱滴定管的易损部件为长管的两端,两端损坏后的滴定管已失去了原有精密量具的功能,但是直接成为废品也是有些可惜的。对浅损滴定管进行两端的简单烧熔去锐,便成了很好的玻璃长管。温度计的温度感应球易碎,所以绝对不能用作玻璃棒。但是,温度计的温度感应球的损坏也是难免的。对浅损温度计进行温度感应液的安全处理后再进行简单烧熔,便可以用作玻璃棒。对浅损装置的处理再利用,大部分工作都比较简单,适于引导学生来完成。实践证明,大部分学生对此兴趣浓厚,动手能力和安全意识均有不同程度的提高。

6 结语

安全问题与每个人都有直接的关系,对整个社会也将产生很大影响。在重视安全教育和管理的同时,更应该研究和传播安全知识。以上的研究探索均已试用于我校的研究及教学活动中,相关实验的安全事故率在逐年减少。但是与社会需求相比,这些探索不过沧海一粟。教学管理部门以及社会对实验安全的要求是很高的,不断发展的社会对实验室安全的要求也是在不断地提高。因此关注实验安全技术,研制出更加安全的装置,既是社会对广大科研工作者的要求,也应该是广大科研工作者的责任。

References)

[1] 蒋卫华,曹剑瑜,朱晔.高校化学实验室实施安全教育的研究与实践[J].化学教育,2015(20)：25-29.

[2] 黄文霞,罗一帆.高校化学教学实验室安全教育与管理[J].实验技术与管理,2010,27(9):193-195.

[3] 周健,吴炎,朱育红,等.信息化背景下高校实验室安全管理新趋势[J].实验技术与管理,2016,33(1):226-228,242.

[4] 宗宇. 打造服务型高校行政管理模式的策略[J]. 开封教育学院学报，2013(7):132-134.

[5] 曾秀琼,强根荣,陈时忠,等.国外高校化学实验课程的安全要求及启示[J].实验室研究与探索,2015,34(12)：137-139,151.

[6] 杨 铭,傅楠,赵妙琴.莫纳什大学实验室安全管理经验与启示[J].实验室研究与探索,2016,35(7)：244-247,275.

[7] 张杰,李华,寇昕丽,等.高校实验室危险化学品管理中的一些思考[J]. 高校实验室工作研究,2016(1): 55-58.

[8] 林晓辉,葛燕青,庄辰,等.一种内弯管式浸提分离器：中国,CN203342431U[P].2013.

[9] 林晓辉,姜洪丽,陈艳,等.一种通用分离器：中国,CN203400525U[P].2014.

[10] 林晓辉,戚有晨,李洋,等.一种高温浸提通用分离器：中国,CN203724809U[P].2014.

[11] 林晓辉,申世立,刘振亮.双筒式油水回流分离器：中国,CN205412333U[P].2016.

[12] 林晓辉,侯超,唐心强. 弧形油水回流分离器：中国,CN205730461U[P].2016.

[13] 林晓辉,朱晓慧,李娜. 斜端式油水回流分离器：中国,CN205730467U[P].2016.

[14] 林晓辉,庞现红,吴秀勇.安全便捷的抽滤瓶：中国,CN205182750U[P].2016.

Exploration on strengthening device safety in chemical experiment

Lin Xiaohui1, Pan Jinxiang2， Zhao Yanlei1, Wang Yue1,

(1. College of Chemistry and Pharmaceutical Engineering,Taishan Medical University,Tai’an 271016,China;2. No.2 Middle School of Ningyang County,Ningyang 271402,China)

The research on the safety of the chemical laboratory is focused mainly on the aspects of education and management,and scarcely on the experimental devices. To strengthen the safety in the preparation process of chemical experimental devices is helpful to reduce the occurrence of the experimental accidents and to provide some enlightenment for reducing the production accidents. The exploration and research are carried out on the strengthening device safety in the chemical experiment from the following aspects: protection of the vulnerable parts of devices,the parts’ center of gravity,the adopting of wear-resistant materials,the strengthening of operational continuity,the safety treatment of light-damaged devices,etc. The research results have been applied to teaching and research,and the good effect has been achieved.

chemical experiment; device safety; preparation process

10.16791/j.cnki.sjg.2017.07.063

2016-12-10

国家安全生产监督管理局2014年安全生产重大事故防治关键技术科技项目(Shandong-002);教育部2015年大学生创新创业训练计划项目(201510439035)；泰山医学院2015年大学生科研基金项目；泰山医学院2016年教育教学研究课题

林晓辉(1974—)，男，山东泰安，硕士，讲师，研究方向为精细化学品的绿色化合成，药物合成化学、医用化学等课程理论及实验教学.

E-mail：xhlin@tsmc.edu.cn

X959

B

1002-4956(2017)07-0242-03