分析化學(xué)實驗綠色化初探

黨玉麗 蘇惠 范彩玲 謝黎霞

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河南 鄭州 450002

隨著人們環(huán)保意識和綠色發(fā)展理念的增強，綠色化學(xué)日益受到高度重視，其根本目的是從節(jié)約資源和防止污染的角度來審視和創(chuàng)新化學(xué)實驗，應(yīng)盡可能實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化，使學(xué)生養(yǎng)成綠色化學(xué)的觀念。同時，這也對我們農(nóng)業(yè)高校分析化學(xué)整體教學(xué)中如何體現(xiàn)和落實綠色化學(xué)思想提出了新的研究課題。為適應(yīng)綠色化學(xué)的發(fā)展，結(jié)合農(nóng)業(yè)院校分析化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀，現(xiàn)就如何提高化學(xué)實驗教學(xué)綠色化進行探討。

1 整合實驗內(nèi)容，使實驗準備精細化

化學(xué)實驗的進行離不開實驗儀器、實驗設(shè)備與實驗試劑的支持。通常來說，分析性化學(xué)實驗中需要許多儀器及玻璃器皿，用來差減稱量各項化學(xué)藥劑，如果實驗人員在準備環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了疏忽，則有可能造成資源浪費、實驗風(fēng)險和環(huán)境污染。因此綠色化學(xué)要求實驗人員做到實驗內(nèi)容與細節(jié)的精細化，減少風(fēng)險大的實驗環(huán)節(jié)，合并不必要的實驗環(huán)節(jié)，優(yōu)先選用綠色無害無毒的實驗內(nèi)容。由于化學(xué)實驗需要大量的化學(xué)原料，這使得其污染物排放量大，并且在制備過程中如果需要大量準備特定的溶液，則存在有很大的水污染風(fēng)險。因此實驗人員應(yīng)當(dāng)選擇合適的解決方案來避免原料浪費，提升化學(xué)實驗的精準性。

2 規(guī)范實驗操作，強化環(huán)保意識

分析化學(xué)實驗不同于有機、無機化學(xué)實驗的操作，注重的是操作過程的準確化、分析結(jié)果的精確化，因此要求學(xué)生必須做到基本操作正確而且規(guī)范[1]，妥善進行化學(xué)物質(zhì)和藥物的處理與保存，避免化學(xué)物質(zhì)的損壞。但是當(dāng)學(xué)生進行實驗時，由于部分學(xué)生缺乏規(guī)范化實驗意識，這使得一些學(xué)生經(jīng)常隨意使用藥物，會造成物質(zhì)浪費和環(huán)境污染。因此實驗人員應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生嚴格遵守操作規(guī)則，并選擇適當(dāng)?shù)膶嶒瀬碜寣W(xué)生熟悉綠色化學(xué)實驗流程。

培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識是實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化的基本保障。從開設(shè)的分析化學(xué)實驗課來看，每個實驗都有廢氣、廢液、廢渣的產(chǎn)生，比如有腐蝕性的強酸、強堿、強氧化劑（硝酸、重鉻酸鉀、高錳酸鉀等），有毒性較大的重金屬（鉻、鉛、鉍、汞等）離子和有機試劑如甲醛等，這些污染物雖然量少，不足以造成嚴重的環(huán)境污染，但如果措施采取不當(dāng)，將是一個重要的污染源。因此從第一節(jié)課開始，實驗教學(xué)應(yīng)以生態(tài)環(huán)保的理念教育引導(dǎo)學(xué)生，增強學(xué)生環(huán)保意識。在酸堿滴定實驗中，所產(chǎn)生的廢液會造成人體傷害并對環(huán)境的水生生物產(chǎn)生毒害；在EDTA的配位滴定時應(yīng)講述Ca、Mg含量高時可使水的硬度增大；在氧化還原法中測定Fe含量，實驗中排放的Hg排入下水道，沉積在底泥和水質(zhì)中，會造成嚴重的環(huán)境污染。還有各種重金屬化合物與皮膚接觸可產(chǎn)生皮炎或濕疹，甚至引發(fā)皮膚癌等，讓學(xué)生充分了解每一種化學(xué)試劑，并有效處理化學(xué)實驗廢液，從源頭上解決實驗教學(xué)產(chǎn)生的污染環(huán)境問題，又使學(xué)生受到環(huán)保意識教育[1]。

3 改進實驗教學(xué)方式，實現(xiàn)教學(xué)綠色化

3.1 推行微型化學(xué)實驗，減少環(huán)境污染

微型化學(xué)實驗是近幾年發(fā)展起來的化學(xué)實驗新方法，其優(yōu)點是試劑用量少，微量排放，減少污染。根據(jù)高校現(xiàn)有實驗條件，在保證實驗教學(xué)效果的前提下推行微型化實驗，既減少原料的消耗，又改善實驗環(huán)境，減少了對環(huán)境的污染[2]。如分析實驗中，常量的酸堿比較滴定一般都采用25ml的滴定管和250ml的錐形瓶，大約消耗20ml左右的滴定液，將之改為微型實驗后，采用10ml的滴定管，消耗滴定液5ml左右，用25ml的錐形瓶依然可以完成滴定，平行性很好。因此微型化學(xué)實驗是實驗教學(xué)改革中的一個重要方面，有助于分析化學(xué)實驗教學(xué)在減少儀器和試劑的使用量和污染方面得到更大的改善。

3.2 實驗教學(xué)儀器化

實驗教學(xué)應(yīng)盡量減少化學(xué)試劑的使用，多采用儀器法。以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)為例，從2000年開始采用半儀器化的實驗教學(xué)模式，即一半常規(guī)化學(xué)實驗課，一半儀器分析化學(xué)實驗課來進行操作。如我們利用紅外光譜儀、紫外分光光度計、可見分光光度計等，根據(jù)光吸收定律，進行定性和定量分析，如水果蔬菜中農(nóng)藥的殘留、各種谷物中蛋白質(zhì)含量的測定，以及茶飲、藥物、保健品中關(guān)鍵成分的分析等，通過改革，首先是試劑減量化，其次是試劑的減污染化，再次是分析技術(shù)的儀器化和微型化。儀器法與常規(guī)化學(xué)法相比，試劑使用量大為減少，危害、污染程度大大下降。

3.3 多媒體技術(shù)模擬仿真實驗

我校分析化學(xué)課程已成為省級精品課程，為推動現(xiàn)代信息技術(shù)和教育教學(xué)的深度融合，2018年分析化學(xué)課程組所有成員加入MOOC課堂中，進行線上授課、答疑和演示實驗，減少了線下重復(fù)實驗的污染，這是分析課程的又一大突破，讓更多的學(xué)生融入慕課新型在線開放課程中，理論與實踐相結(jié)合，開展虛擬仿真實驗，用文字、聲音、圖像、動畫的效果對實驗過程進行仿真演示，分解儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，模擬操作過程。在這一過程中實現(xiàn)了“零排放”和“零污染”，從而更好地將綠色化學(xué)理念植根于學(xué)生心中。

4 科學(xué)處理實驗廢棄物，實現(xiàn)實驗綠色化

試劑的回收再利用是減少實驗對環(huán)境污染的有效途徑，是實現(xiàn)實驗室綠色化的有效手段。作為農(nóng)業(yè)院校，無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)是相互關(guān)聯(lián)的。如有機化學(xué)實驗苯甲酸重結(jié)晶中，可把提純出來的純苯甲酸用作熔點測定的原料，還可以作為分析實驗配制淀粉時作為防腐劑添加，在甲基橙的合成實驗中得到的產(chǎn)品用作無機分析實驗中的指示劑。在分析化學(xué)實驗中，重鉻酸鉀法測定鐵也是一個非常經(jīng)典且與實際聯(lián)系緊密的實驗，因為重鉻酸鉀是一種性質(zhì)穩(wěn)定、很容易提純、氧化性適宜的滴定劑。為此，將重鉻酸鉀法測鐵和間接碘量法實驗進行串聯(lián)，本著再利用的原則，對單獨收集的重鉻酸鉀溶液通過實驗確定其準確濃度，以作為間接碘量法中Na2S2O3標定的基準物。串聯(lián)實驗?zāi)軌蛟跍p少實驗品浪費的同時，有效降低化學(xué)實驗對環(huán)境的污染，具有重要現(xiàn)實意義。

5 結(jié)語

分析化學(xué)實驗綠色化是一種新的教學(xué)理念，理論與科研緊密相連，從節(jié)約資源和防止污染入手，讓學(xué)生理解到規(guī)范化實驗和節(jié)約使用實驗材料的重要性，進一步養(yǎng)成學(xué)生規(guī)范化的實驗習(xí)慣，從而在保證化學(xué)實驗教學(xué)效果的同時，增強化學(xué)實驗本身的環(huán)保性，提升化學(xué)實驗的整體效果。