張京京 何 萍

(營(yíng)口理工學(xué)院 化學(xué)與材料工程系，遼寧 營(yíng)口 115014)

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)的基礎(chǔ)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(guó)高等教育的迅速發(fā)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(jì)及高校教師的科研項(xiàng)目越來越多，學(xué)生及教師有更多的機(jī)會(huì)接觸到有毒有害的污染物，地方高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全與環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為地方高校不能忽視的問題[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)發(fā)展戰(zhàn)略在化學(xué)領(lǐng)域里的體現(xiàn)[3]。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在綠色化學(xué)思想指導(dǎo)下，在保留常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展對(duì)分析實(shí)驗(yàn)綠色化的研究，內(nèi)容從改進(jìn)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)的原則下，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(shí)間較早，教材內(nèi)容沒有體現(xiàn)綠色化學(xué)的原則，不能表現(xiàn)出時(shí)代性與創(chuàng)新性，學(xué)生長(zhǎng)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(shí)，不利于為國(guó)家培養(yǎng)出新型的高端技術(shù)型人才。在熟悉綠色化學(xué)原則的基礎(chǔ)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)原則的實(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(shí)，介紹綠色化學(xué)的基本思想和技術(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(shí)，實(shí)現(xiàn)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化[4]。選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，刪減對(duì)環(huán)境污染較大的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，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。如基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中銨鹽中氮含量的測(cè)定，此實(shí)驗(yàn)是以甲醛法測(cè)定氮含量的方法，甲醛對(duì)人體有害，易揮發(fā)，教師及學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間吸入甲醛，對(duì)身體造成危害，損害了身體健康，根據(jù)綠色化學(xué)的原則，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(zhǎng)時(shí)間在暴露在含苯酚的環(huán)境中，苯酚對(duì)人體的危害較大，選擇碘量法測(cè)定葡萄糖的實(shí)驗(yàn)代替。

可以靈活采用串聯(lián)實(shí)驗(yàn)的方法合理安排實(shí)驗(yàn)順序，達(dá)到化學(xué)藥品的循環(huán)利用。通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，合理安排分析實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目和次序，充分利用相關(guān)反應(yīng)，盡可能使得上個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物能在下個(gè)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(duì)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(gè)實(shí)驗(yàn)都要用到EDTA，前一個(gè)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(gè)實(shí)驗(yàn)需要用EDTA溶液對(duì)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(gè)實(shí)驗(yàn)上，這樣就避免倒掉和污染的問題了。通過對(duì)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(duì)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50 mL滴定管，25 mL移液管，250 mL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(duì)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(cè)定(莫爾法)是一個(gè)必做的實(shí)驗(yàn)，教材中要求硝酸銀的濃度是0.1 mol/L，由于硝酸銀的價(jià)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(huì)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)的成本也不低。為了降低實(shí)驗(yàn)成本和保護(hù)環(huán)境，將實(shí)驗(yàn)中用到的硝酸銀濃度從0.1 mol/L降低到0.05 mol/L；碘量法測(cè)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0.05 mol/L，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)教師的研究比較，將碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度降低到0.02 mol/L，其他藥品用量相應(yīng)的減少了，實(shí)驗(yàn)同樣能達(dá)到精密度和準(zhǔn)確度的要求。雖然半微量實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)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(duì)環(huán)境的污染，又降低了實(shí)驗(yàn)成本，符合綠色化學(xué)的基本原則，值得提倡[6,7]。

3 利用計(jì)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)需要耗費(fèi)大量的化學(xué)試劑及純凈的水資源，其中一些實(shí)驗(yàn)所涉及到的藥品價(jià)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(huì)有產(chǎn)生一些有毒有害的氣體，這樣的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生及教師的身體造成較大的危害。根據(jù)綠色化學(xué)的原則，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)或者需要加入大量有毒有害化學(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(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)對(duì)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(duì)環(huán)境的污染，最后達(dá)到綠色化學(xué)的目的。

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，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(duì)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(dòng)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(dòng)態(tài)過程，同樣可以達(dá)到教學(xué)的目的。計(jì)算機(jī)多媒體模擬實(shí)驗(yàn)既可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)方法，又讓危害人體健康、污染環(huán)境、試劑價(jià)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(rùn)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(xiǎn)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(rùn)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(zhǎng)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加入適量的稀硫酸，攪拌后加入過量的鐵屑，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，達(dá)到廢液回收再利用的目的，既節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，又降低了含的鉛、鉍的廢液直接排放后污染環(huán)境的影響，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的綠色化目標(biāo)[9]。

實(shí)踐證明，通過以上四個(gè)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(shí)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化不僅可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，而且減少分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)境的污染與破壞，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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