化學(xué)實(shí)驗(yàn)課綠色化探索與實(shí)踐

6/6化學(xué)實(shí)驗(yàn)課綠色化探索與實(shí)踐分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門是以實(shí)驗(yàn)操作為主的根底課程,重點(diǎn)在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能與創(chuàng)新意識。本文主要論述了通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容,減少化學(xué)試劑用量,推行多媒體技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)以及妥善處理實(shí)驗(yàn)室廢液等方法,探討了實(shí)現(xiàn)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的途徑。:分析化學(xué)實(shí)驗(yàn);綠色化學(xué);環(huán)境保護(hù)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門是以實(shí)驗(yàn)操作為主的技能課程,是化工、環(huán)境、生物、農(nóng)林、醫(yī)藥、食品科學(xué)等專業(yè)的根底課程之一,其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋面廣泛,涉及到的試劑藥品種類繁多,且多數(shù)為常量實(shí)驗(yàn),有毒實(shí)驗(yàn)約占50%以上。近十年來,隨著我國高等教育的迅速開展和科學(xué)研究規(guī)模的不斷擴(kuò)大,地方高校中與化學(xué)及化工相關(guān)的專業(yè)不斷增多,分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)量明顯增加,實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、畢業(yè)論文設(shè)計及高校教師的科研工程越來越多,學(xué)生及教師有更多的時機(jī)接觸到有毒有害的污染物,地方高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的平安與環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為地方高校不能無視的問題［1,2］。綠色化學(xué)是又被稱為友好化學(xué),是一門利用化學(xué)技術(shù)與方法來降低或消除有害物質(zhì)產(chǎn)生,從源頭阻止污染的化學(xué),是可持續(xù)開展戰(zhàn)略在化學(xué)領(lǐng)域里的表達(dá)［3］。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在綠色化學(xué)思想指導(dǎo)下,在保存常規(guī)實(shí)驗(yàn)的根底上,開展對分析實(shí)驗(yàn)綠色化的研究,內(nèi)容從改良實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、減少化學(xué)試劑用量、采用多媒體技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)、妥善處理實(shí)驗(yàn)廢液等方面進(jìn)行考慮。1在綠色化學(xué)的原那么下,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教材,合理安排實(shí)驗(yàn)排序現(xiàn)在高校廣泛使用的傳統(tǒng)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材,由于編著的時間較早,教材內(nèi)容沒有表達(dá)綠色化學(xué)的原那么,不能表現(xiàn)出時代性與創(chuàng)新性,學(xué)生長期使用這類教材不利于學(xué)生在課堂的學(xué)習(xí)中樹立綠色化學(xué)的意識,不利于為國家培養(yǎng)出新型的高端技術(shù)型人才。在熟悉綠色化學(xué)原那么的根底上,將綠色化學(xué)的理念融合進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教材改革之中,在教學(xué)大綱的規(guī)定下,以綠色化學(xué)為主線,結(jié)合分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)科特點(diǎn),將符合綠色化學(xué)原那么的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編入教材,在教材中添加綠色化學(xué)領(lǐng)域中的研究成果及實(shí)際應(yīng)用,以及綠色化學(xué)相應(yīng)的理論知識,介紹綠色化學(xué)的根本思想和技術(shù),在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的課堂上,逐漸引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)的意識,實(shí)現(xiàn)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化［4］。選擇實(shí)驗(yàn)工程時,刪減對環(huán)境污染較大的實(shí)驗(yàn)工程,用綠色分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)代替非綠色化學(xué)的實(shí)驗(yàn),選擇毒性小、危害小、污染少的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如根底實(shí)驗(yàn)中銨鹽中氮含量的測定,此實(shí)驗(yàn)是以甲醛法測定氮含量的方法,甲醛對人體有害,易揮發(fā),教師及學(xué)生長時間吸入甲醛,對身體造成危害,損害了身體健康,根據(jù)綠色化學(xué)的原那么,刪除此實(shí)驗(yàn);傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教材中將苯酚的含量作為學(xué)習(xí)碘量法原理的實(shí)驗(yàn),長時間在暴露在含苯酚的環(huán)境中,苯酚對人體的危害較大,選擇碘量法測定葡萄糖的實(shí)驗(yàn)代替?？梢造`活采用串聯(lián)實(shí)驗(yàn)的方法合理安排實(shí)驗(yàn)順序,到達(dá)化學(xué)藥品的循環(huán)利用。通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,合理安排分析實(shí)驗(yàn)的工程和次序,充分利用相關(guān)反響,盡可能使得上個實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物能在下個實(shí)驗(yàn)中被利用上,且最好可以循環(huán)使用。它在一定程度上減輕了化學(xué)試劑對環(huán)境的污染,有利于環(huán)境保護(hù)［5］。例如,分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)安排有EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定,及鉛、鉍混合液中Pb2+、Bi3+的連續(xù)滴定。兩個實(shí)驗(yàn)都要用到EDTA,前一個實(shí)驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)配制一定濃度的EDTA溶液后進(jìn)行標(biāo)定,而后一個實(shí)驗(yàn)需要用EDTA溶液對鉛、鉍混合液進(jìn)行滴定,在實(shí)驗(yàn)安排上,就將EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定排在前面,這樣第一次實(shí)驗(yàn)多配制的EDTA溶液正好可以用在第二個實(shí)驗(yàn)上,這樣就防止倒掉和污染的問題了。通過對分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革和實(shí)驗(yàn)順序的優(yōu)化安排,可以減少有毒害的化學(xué)物質(zhì)使用及藥品循環(huán)重復(fù)利用,可以減少對環(huán)境的污染及危害,實(shí)現(xiàn)分析化學(xué)的綠色化［5］。2減少化學(xué)試劑用量,將半微量分析實(shí)驗(yàn)代替常量實(shí)驗(yàn)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)以常量滴定分析為主,常量的分析滴定所用的玻璃儀器的規(guī)格一般都是50mL滴定管,25mL移液管,250mL錐形瓶等,因?yàn)椴Ａx器的規(guī)格較大,所用化學(xué)試劑的用量大,費(fèi)用高,對環(huán)境的污染更大,為了從源頭上改變這種現(xiàn)象,在不能更換滴定儀器的條件下,為了做到綠色化就要在保證實(shí)驗(yàn)效果的提前下降低化學(xué)試劑的濃度。例如氯化物中氯含量的測定(莫爾法)是一個必做的實(shí)驗(yàn),教材中要求硝酸銀的濃度是0．1mol/L,由于硝酸銀的價格高,銀本身又屬于重金屬元素,不僅資源稀少而且大量的污水排放會造成環(huán)境污染。如果根據(jù)教材要求,硝酸銀的濃度高,消耗量較大,不僅造成環(huán)境污染,而且實(shí)驗(yàn)的本錢也不低。為了降低實(shí)驗(yàn)本錢和保護(hù)環(huán)境,將實(shí)驗(yàn)中用到的硝酸銀濃度從0．1mol/L降低到0．05mol/L;碘量法測定葡萄糖含量的實(shí)驗(yàn)中,教材中碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度要求是0．05mol/L,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)教師的研究比擬,將碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度降低到0．02mol/L,其他藥品用量相應(yīng)的減少了,實(shí)驗(yàn)同樣能到達(dá)精密度和準(zhǔn)確度的要求。雖然半微量實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果的準(zhǔn)確度低于常量分析實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度,但其測定結(jié)果的重現(xiàn)性較好,精密度高,終點(diǎn)變色敏銳,化學(xué)藥品試劑用量減少,不僅減少有毒試劑對環(huán)境的污染,又降低了實(shí)驗(yàn)本錢,符合綠色化學(xué)的根本原那么,值得提倡［6,7］。3利用計算機(jī)多媒體技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)綠色化傳統(tǒng)的常規(guī)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要消耗大量的化學(xué)試劑及純潔的水資源,其中一些實(shí)驗(yàn)所涉及到的藥品價格昂貴或藥品的毒害性較大,還有某些實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)過程中會有產(chǎn)生一些有毒有害的氣體,這樣的實(shí)驗(yàn)對學(xué)生及教師的身體造成較大的危害。根據(jù)綠色化學(xué)的原那么,我們將這類在過程中易產(chǎn)生危害人體健康及污染環(huán)境的實(shí)驗(yàn)或者需要參加大量有毒有害化學(xué)試劑且不易控制的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)教師通過計算機(jī)多媒體技術(shù)對實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行仿真,從而有效地控制和減少對環(huán)境的污染,最后到達(dá)綠色化學(xué)的目的。隨著電子信息技術(shù)的迅速開展,開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn),對傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良,利用3D化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)室及Flash等軟件,將虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)更廣泛的應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中,對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的裝置、過程、現(xiàn)象及結(jié)果進(jìn)行模擬,再輔助于動畫和視頻等多媒體技術(shù),讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的課堂上更加直觀和全方位的感受到到實(shí)驗(yàn)的動態(tài)過程,同樣可以到達(dá)教學(xué)的目的。計算機(jī)多媒體模擬實(shí)驗(yàn)既可以讓學(xué)生學(xué)會實(shí)驗(yàn)方法,又讓危害人體健康、污染環(huán)境、試劑價格高昂的實(shí)驗(yàn)從根本上實(shí)現(xiàn)了綠色化［8］。4重視實(shí)驗(yàn)室廢液的處理及回收利用分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢液較多,主要是分析實(shí)驗(yàn)過程中剩余試劑、溶劑、潤洗玻璃儀器的試劑溶液及試劑瓶的洗滌水等。實(shí)驗(yàn)室廢液按照污染程度可分為無污染、低濃度和高濃度。無污染性主要包括類似氯化鈉的鹽溶液和葡萄等非危險性質(zhì)的試劑;低濃度地污染性的廢液主要包括實(shí)驗(yàn)過程中所使用的低濃度低污染性的試劑、實(shí)驗(yàn)用水和各種玻璃儀器或者其他器具的潤洗液和洗滌廢水等;高濃度高污染廢液主要是實(shí)驗(yàn)中使用的濃度過于高、有毒或者危害性較大的試劑等。分析實(shí)驗(yàn)中涉及到的廢液多數(shù)為無機(jī)性廢液,廢液中主要含有重金屬(鉛、鉍、銅、鉻等)及金屬的絡(luò)合物。長期以來,實(shí)驗(yàn)室的廢液排放并沒有引起許多高校的重視,隨著環(huán)境污染的不斷加劇,學(xué)生隨意將實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢液和實(shí)驗(yàn)完成后剩余的試劑直接倒入下水道中,這樣的現(xiàn)象應(yīng)該杜絕。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)該要求學(xué)生將廢液進(jìn)行處理后排放或者二次利用。根據(jù)廢液性質(zhì)的不同,采用不同的處理方法:如酸、堿廢液可以集中收回并定期進(jìn)行相互中和處理;含氯化銀的廢液可以先參加適量的稀硫酸,攪拌后參加過量的鐵屑,將氯化銀轉(zhuǎn)化為銀以后再回收;?鉛、鉍混合液中Pb2+、Bi3+的連續(xù)滴定?實(shí)驗(yàn)中,廢液中含有大量的鉛、鉍離子,選擇硫化鈉作為沉淀劑將鉛、鉍離子回收后,到達(dá)廢液回收再利用的目的,既節(jié)約實(shí)驗(yàn)本錢,又降低了含的鉛、鉍的廢液直接排放后污染環(huán)境的影響,到達(dá)了實(shí)驗(yàn)的綠色化目標(biāo)［9］。實(shí)踐證明,通過以上四個方面的改革,有助于學(xué)生在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的課堂中樹立綠色化學(xué)的理念,有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能及綜合素質(zhì)的提高,同時分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化不僅可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)本錢,而且減少分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對環(huán)境的污染與破壞,對環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。［1］吳曉瓊．分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化［J］科技信息,2019,7,393．［2］殷馨,王海文．探索綠色化學(xué)之路改革化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］,化工高等教育,2019(1):64～66．［3］周淑晶．綠色化學(xué)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社;2019:1～60．［4］李杰．高級技工建筑專業(yè)化學(xué)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)理念的分析［J］中國校外教育(下旬刊),2019,9:134．［5］高喜平,赫玉欣,姚大虎等．如何實(shí)現(xiàn)無機(jī)實(shí)驗(yàn)的綠色化［J］化工時刊,2019,26(9):59～61．［6］王芬．半微量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用［J］沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2019,34(3):217～218．［7］谷春