林曉輝, 潘錦香, 趙艷蕾, 王 玥

(1. 泰山醫(yī)學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院, 山東 泰安 271016； 2. 山東省寧陽(yáng)縣第二中學(xué), 山東 寧陽(yáng) 271402)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)化裝置安全性的探索

林曉輝1, 潘錦香2, 趙艷蕾1, 王 玥1

(1. 泰山醫(yī)學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院, 山東 泰安 271016； 2. 山東省寧陽(yáng)縣第二中學(xué), 山東 寧陽(yáng) 271402)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全研究主要集中在教育與管理方面,對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的研究相對(duì)較少。強(qiáng)化在化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的制備過(guò)程中的安全性,有利于減小實(shí)驗(yàn)事故的發(fā)生,并能為減少生產(chǎn)事故提供一些啟示。在對(duì)裝置易損部件的保護(hù)、部件重心居中性、耐損材料的采用、操作連續(xù)性的強(qiáng)化、對(duì)淺損裝置的安全性處理等方面,進(jìn)行了化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置強(qiáng)化安全性的探索研究,并將研究成果應(yīng)用于教學(xué)與科學(xué)研究,取得了較好的效果。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)； 裝置安全性； 制備過(guò)程

隨著社會(huì)文明程度的不斷提升,安全性問(wèn)題越來(lái)越得到人們的重視,但是現(xiàn)實(shí)中的許多事例表明安全性還是一個(gè)重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的問(wèn)題[1]。鑒于安全問(wèn)題的嚴(yán)峻性,國(guó)家有關(guān)部門(mén)不斷推出強(qiáng)有力政策,許多科研教育工作者也進(jìn)行了深入研究。黃文霞等提出要培養(yǎng)安全意識(shí)、學(xué)習(xí)安全技術(shù)、建立安全制度來(lái)促進(jìn)高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全[2]。周健等提出了將高效的信息化技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室安全管理中[3-4]。曾秀瓊等介紹了美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家著名高校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)[5-6]。科學(xué)的教育以及高效的管理制度固然有利于減少安全事故的發(fā)生,但是核心的問(wèn)題是相關(guān)人員一定要熟悉安全技術(shù)。在技術(shù)上盡量減少安全隱患,制備出更安全的裝置,從根源上避免安全事故的發(fā)生,是廣大科研工作者應(yīng)該多關(guān)注的。

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),化學(xué)的發(fā)展與化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的發(fā)展息息相關(guān)。多年來(lái),化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的制備研究主要集中在裝置的實(shí)用性上,對(duì)于安全性卻受到許多研究者的忽視。許多經(jīng)典裝置一旦產(chǎn)生,便得到廣泛的應(yīng)用,很少有人考慮它們是否存在缺陷。事實(shí)上,無(wú)論多么經(jīng)典的裝置都難以保證是完美的,有些裝置甚至存在某些缺陷,尤其是在安全性方面。

化學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科,對(duì)醫(yī)藥、食品、生命、環(huán)境、能源等學(xué)科都起到重要的作用,強(qiáng)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的安全性的意義不限于化學(xué)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的安全性不僅包括裝置的易損性問(wèn)題,還包括對(duì)操作人員及環(huán)境的安全隱患以及損壞后的安全性處理等問(wèn)題,因?yàn)榘踩c環(huán)保并沒(méi)有明顯的界限[7]。在多年的教學(xué)實(shí)踐中,本團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)裝置制備過(guò)程中探索了一些強(qiáng)化安全性的措施,并應(yīng)用于科研與教學(xué)實(shí)踐,取得了良好的效果。

1 保護(hù)裝置易損部件的安全性

容易損壞的裝置往往是從易損部件開(kāi)始的,許多儀器因損壞一部分也基本上失去了它們的價(jià)值。索式提取器自1879年誕生以來(lái),一直在全世界范圍內(nèi)使用,但是它并非沒(méi)有缺陷,尤其是在安全性方面，它的安全性問(wèn)題主要在于提取筒外的易損的虹吸管和蒸汽管。專(zhuān)利CN203342431U[8]設(shè)計(jì)了一種內(nèi)彎管式浸提分離器,將蒸氣管置于提取筒內(nèi)部,保護(hù)了蒸汽管(見(jiàn)圖1)。專(zhuān)利CN203400525U[9]設(shè)計(jì)了一種通用分離器,利用磨口旋塞和砂芯的方式頂替了索式提取器最脆弱虹吸管(見(jiàn)圖2)。專(zhuān)利CN203724809U[10]設(shè)計(jì)的能夠雙向交換的雙筒結(jié)構(gòu)有利于提取器的高溫提取,客觀上也代替了脆弱的蒸汽管(見(jiàn)圖3)。

圖1 內(nèi)彎管式浸提分離器圖2 通用分離器圖3 高溫浸提通用分離器

2 裝置重心居中的穩(wěn)定性

由于使用功能方面的原因,許多傳統(tǒng)的裝置重心不居中,這給裝置的安裝和運(yùn)行帶來(lái)了許多安全隱患。比如廣泛應(yīng)用的油水分離器和抽濾瓶等。專(zhuān)利CN205412333U[11]設(shè)計(jì)的一種雙筒式油水回流分離器,使油水回流分離器的重心主要集中在雙筒上(見(jiàn)圖4)。專(zhuān)利CN205730461U[12]設(shè)計(jì)的一種弧形油水回流分離器不僅重心居中,而且還有流暢的美感(見(jiàn)圖5)；專(zhuān)利CN205730467U[13]設(shè)計(jì)的一種斜端式油水回流分離器,制作比較簡(jiǎn)單,而且重心比較居中(見(jiàn)圖6)。抽濾瓶是減壓過(guò)濾的主要耐壓裝置,連同其上的布氏漏斗,質(zhì)量較大,在使用時(shí)由于受到側(cè)向的韌性抽氣管的作用,極度不穩(wěn)。專(zhuān)利CN205182750U[14]設(shè)計(jì)了一種安全便捷的抽濾瓶,在抽氣口對(duì)位設(shè)計(jì)了一排液口,適當(dāng)?shù)窒闅夤艿淖饔?同時(shí)將抽氣口向下傾斜,減小抽氣管的平拉作用,使裝置重心相對(duì)居中,增加了裝置的穩(wěn)定性。

圖4 雙筒式油水回流分離器圖5 弧形油水回流分離器圖6 斜端式油水回流分離器

3 耐損材料的重要性

由于穩(wěn)定、便宜、易加工的特點(diǎn),玻璃材料被廣泛應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)裝置制備中。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種功能塑料也具有了玻璃的許多優(yōu)勢(shì),而且具有玻璃所不具有的耐損優(yōu)勢(shì)。雖然,有些功能塑料制品價(jià)格稍高,但是不易損壞足以抵消價(jià)格稍高的劣勢(shì)。目前市場(chǎng)上有許多裝置或其易損部件是塑料材質(zhì)的,使用起來(lái)非常安全方便耐用,如塑料材質(zhì)的磨口旋塞、塑料滴管等。

4 強(qiáng)化操作的連續(xù)性

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,操作步驟越多,安全隱患越多,有些步驟是一些傳統(tǒng)裝置引起的,不可避免。改進(jìn)某些傳統(tǒng)裝置,減少操作步驟、增加操作的連續(xù)性,是強(qiáng)化安全性的一個(gè)重要手段。專(zhuān)利CN205182750U[14]設(shè)計(jì)的抽濾瓶,不僅重心相對(duì)居中,而且由于排液口的設(shè)計(jì),使排液可以在不拆減壓裝置下順利進(jìn)行,減少了操作步驟,相對(duì)增加了安全性(見(jiàn)圖7)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)裝置也是一種被廣泛應(yīng)用于蒸餾分離混合物的裝置,但是旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)時(shí)液體飛濺是常有的事。防濺球的使用可以使飛濺液滯留在防濺球里，減少飛濺液對(duì)減壓等裝置的損傷。目前解決飛濺液滯留的措施就是拆裝置,重新實(shí)驗(yàn),這樣操作步驟多、時(shí)間長(zhǎng),還容易損壞儀器。在傳統(tǒng)防濺球的防濺內(nèi)管底部設(shè)計(jì)回流口,可以有效地使飛濺液自動(dòng)流回蒸餾瓶,提高了操作的連續(xù)性,進(jìn)而提高了安全性(見(jiàn)圖8)。

圖7 抽濾瓶圖8 自動(dòng)流回蒸餾瓶

5 淺損裝置安全性處理

以玻璃材質(zhì)為主的化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,損壞往往是難免的。對(duì)淺損裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單巧妙的處理,轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的裝置,對(duì)操作人員的安全、對(duì)環(huán)境安全都是很有意義的。酸堿滴定管的易損部件為長(zhǎng)管的兩端,兩端損壞后的滴定管已失去了原有精密量具的功能,但是直接成為廢品也是有些可惜的。對(duì)淺損滴定管進(jìn)行兩端的簡(jiǎn)單燒熔去銳,便成了很好的玻璃長(zhǎng)管。溫度計(jì)的溫度感應(yīng)球易碎,所以絕對(duì)不能用作玻璃棒。但是,溫度計(jì)的溫度感應(yīng)球的損壞也是難免的。對(duì)淺損溫度計(jì)進(jìn)行溫度感應(yīng)液的安全處理后再進(jìn)行簡(jiǎn)單燒熔,便可以用作玻璃棒。對(duì)淺損裝置的處理再利用,大部分工作都比較簡(jiǎn)單,適于引導(dǎo)學(xué)生來(lái)完成。實(shí)踐證明,大部分學(xué)生對(duì)此興趣濃厚,動(dòng)手能力和安全意識(shí)均有不同程度的提高。

6 結(jié)語(yǔ)

安全問(wèn)題與每個(gè)人都有直接的關(guān)系,對(duì)整個(gè)社會(huì)也將產(chǎn)生很大影響。在重視安全教育和管理的同時(shí),更應(yīng)該研究和傳播安全知識(shí)。以上的研究探索均已試用于我校的研究及教學(xué)活動(dòng)中,相關(guān)實(shí)驗(yàn)的安全事故率在逐年減少。但是與社會(huì)需求相比,這些探索不過(guò)滄海一粟。教學(xué)管理部門(mén)以及社會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)安全的要求是很高的,不斷發(fā)展的社會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全的要求也是在不斷地提高。因此關(guān)注實(shí)驗(yàn)安全技術(shù),研制出更加安全的裝置,既是社會(huì)對(duì)廣大科研工作者的要求,也應(yīng)該是廣大科研工作者的責(zé)任。

References)

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[10] 林曉輝,戚有晨,李洋,等.一種高溫浸提通用分離器：中國(guó),CN203724809U[P].2014.

[11] 林曉輝,申世立,劉振亮.雙筒式油水回流分離器：中國(guó),CN205412333U[P].2016.

[12] 林曉輝,侯超,唐心強(qiáng). 弧形油水回流分離器：中國(guó),CN205730461U[P].2016.

[13] 林曉輝,朱曉慧,李娜. 斜端式油水回流分離器：中國(guó),CN205730467U[P].2016.

[14] 林曉輝,龐現(xiàn)紅,吳秀勇.安全便捷的抽濾瓶：中國(guó),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

國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局2014年安全生產(chǎn)重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)科技項(xiàng)目(Shandong-002);教育部2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510439035)；泰山醫(yī)學(xué)院2015年大學(xué)生科研基金項(xiàng)目；泰山醫(yī)學(xué)院2016年教育教學(xué)研究課題

林曉輝(1974—)，男，山東泰安，碩士，講師，研究方向?yàn)榫?xì)化學(xué)品的綠色化合成，藥物合成化學(xué)、醫(yī)用化學(xué)等課程理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué).

E-mail：xhlin@tsmc.edu.cn

X959

B

1002-4956(2017)07-0242-03