化學(xué)測(cè)量?jī)x器精密度在實(shí)驗(yàn)中的重要作用

盧君 周興

湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院 湖南長(zhǎng)沙 410014

眾所周知，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。”對(duì)于化學(xué)來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論和驗(yàn)證其完整性和可行性的最佳方法?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中最重要的是在一系列的操作后記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后總結(jié)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在實(shí)驗(yàn)結(jié)論中起著至關(guān)重要的作用，所以測(cè)量?jī)x器的精密度就是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容和意義

1.1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容

學(xué)校里化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容可分為初中教學(xué)實(shí)驗(yàn)、大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、科研小組實(shí)驗(yàn)。其中，初中、高中的教學(xué)實(shí)驗(yàn)大多比較簡(jiǎn)單，主要是為化學(xué)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；高校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生的自我探究能力和實(shí)踐能力，涉及面廣。但大多是淺層的，實(shí)驗(yàn)難度不高，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和教學(xué)演示主要是老師在進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生基本可以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)；科研小組的實(shí)驗(yàn)任務(wù)不僅涵蓋了比其他類型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)更廣泛的知識(shí)，但對(duì)實(shí)驗(yàn)者的動(dòng)手能力以及思考和探索的能力也有嚴(yán)格的要求，此外還有用于實(shí)驗(yàn)的高深度化學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于文字的總結(jié)歸納的要求也很嚴(yán)格。在盡量減少主觀誤差的同時(shí)，必須保證儀器的精密度能夠趕上實(shí)驗(yàn)的要求。因此，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)難度越大，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的要求越高。這就要求我們更加重視實(shí)驗(yàn)儀器的精密度，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)的水平。

1.2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在化學(xué)教育中的重要性

隨著物質(zhì)生活條件的改善和民族思想文化素質(zhì)的提高，我國(guó)越來(lái)越重視高素質(zhì)的素質(zhì)人才的培養(yǎng)?；瘜W(xué)教育的發(fā)展仍然是我國(guó)當(dāng)前發(fā)展的一個(gè)重要方向。

教育有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，創(chuàng)新精神已被我國(guó)大力發(fā)揚(yáng)，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的探索興趣，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)者的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)興趣，有利于提高他們的整體思想素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)教育不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，而且可以將所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際工作和學(xué)習(xí)中。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的每一個(gè)階段，都是對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)整體把握的考察，有利于學(xué)生全面掌握知識(shí)。

2 化學(xué)測(cè)試儀器的幾個(gè)特性

2.1 化學(xué)測(cè)量?jī)x器的分類

化學(xué)分析和測(cè)試儀器根據(jù)測(cè)量對(duì)象分為化學(xué)成分分析儀器、理化特性測(cè)量?jī)x器和結(jié)構(gòu)特性測(cè)試儀器；根據(jù)儀器原理可分為光學(xué)分析儀、色譜分析儀、電化學(xué)分析儀、物理分析儀等。此外，根據(jù)儀器的復(fù)雜性和價(jià)值還可分為常規(guī)分析儀器和大型分析儀器。

2.2 化學(xué)分析儀器種類多，原理不同

由于不同的物質(zhì)具有不同的性質(zhì)，所經(jīng)需要使用各種不同的儀器進(jìn)行化學(xué)測(cè)量。例如，對(duì)于分量的測(cè)量，不同的元素往往由不同原理的儀器測(cè)量，即使相同的元素在不同的矩陣中使用時(shí)其得到的結(jié)果也常常不同，甚至相同的元素由于檢測(cè)的內(nèi)容限制不同、靈敏度等限制，有時(shí)也需要不同的儀器。對(duì)于物理化學(xué)性質(zhì)的測(cè)量，用于不同物理化學(xué)量的儀器的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)有很大的不同。例如，測(cè)量?jī)x器對(duì)于諸如濕度、酸度、電導(dǎo)率、透射率、粘度、折射率等物理和化學(xué)量沒(méi)有共同之處。比色計(jì)、酸度計(jì)、電導(dǎo)計(jì)等儀器的結(jié)構(gòu)和使用非常簡(jiǎn)單。一般學(xué)生可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)操作。但是，諸如色譜儀、質(zhì)譜儀、掃描電子顯微鏡和核磁共振光譜儀等大型儀器的結(jié)構(gòu)和操作都比較復(fù)雜，需要更高的操作要求和專業(yè)培訓(xùn)。從另一個(gè)角度看，化學(xué)分析和測(cè)試儀器一般是光學(xué)、力學(xué)、電力、計(jì)算機(jī)、化學(xué)等學(xué)科的緊密結(jié)合，與其他測(cè)量?jī)x器相比，涉及廣泛的專業(yè)，操作者必須擁有更廣泛的知識(shí)。

2.3 大多數(shù)化學(xué)測(cè)量?jī)x器都是比較測(cè)量?jī)x器

大多數(shù)的物理測(cè)量?jī)x器都是根據(jù)測(cè)量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。這些指標(biāo)表明了計(jì)量單位及測(cè)量值，如溫度計(jì)，壓力表和電壓表，可以直接從指標(biāo)數(shù)據(jù)中讀取。大多數(shù)化學(xué)測(cè)量?jī)x器都是一般的比較測(cè)量?jī)x器，其指示值只是一個(gè)信號(hào)，而不是測(cè)量值。只有對(duì)已知值進(jìn)行校準(zhǔn)，并建立已知值與指示值信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系，才能將信號(hào)指示轉(zhuǎn)換為測(cè)量值[1]。例如：分光光度計(jì)、色譜儀、極譜儀等。

2.4 大多數(shù)化學(xué)測(cè)量?jī)x器都是固定的，而且難以移動(dòng)

與其他測(cè)量?jī)x器相比，化學(xué)測(cè)量?jī)x器還有另一個(gè)顯著的特點(diǎn)：由于體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)環(huán)境的要求比較嚴(yán)格。正常都是要求在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用，并且固定在室內(nèi)，所以不允許隨意改變工作場(chǎng)所，即使更換了工作場(chǎng)所，也應(yīng)該重新安裝、調(diào)試和驗(yàn)證。

3 核查及校準(zhǔn)化學(xué)測(cè)量?jī)x器精密度的必要性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)正常是以下三個(gè)步驟：第一取樣、第二樣品處理、第三儀器測(cè)量實(shí)驗(yàn)。必須采用正確的方法來(lái)控制可追溯性。為了實(shí)現(xiàn)取樣過(guò)程的可追溯性，樣品必須具有代表性，樣品必須具有要測(cè)量的整批樣品的性質(zhì)；必須明確原始樣品之間的關(guān)系，樣品消化是否完整，是否沒(méi)有損失和污染，處理過(guò)程是否有任何變化等問(wèn)題。應(yīng)注意確保儀器測(cè)量階段的可追溯性：正確操作儀器，滿足要求的環(huán)境條件。儀器的正確操作意味著操作人員精通技術(shù)和技能的操作，以確保儀器的操作符合說(shuō)明書中規(guī)定的操作程序；在購(gòu)買儀器時(shí)，環(huán)境條件一般得到保證?；瘜W(xué)測(cè)量?jī)x器的可追溯性取決于儀器本身在用戶充分考慮上述因素并采取相應(yīng)措施后的性能。在測(cè)量之前，有必要檢查所使用的儀器是否符合要求，并確保其不確定性在允許的限度內(nèi)。若要知道儀器的性能是否符合要求，必須對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。

4 化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的幾個(gè)主要問(wèn)題及解決方法

4.1 學(xué)生對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的尚不清楚

應(yīng)試教育對(duì)我國(guó)的教育模式影響深遠(yuǎn)，導(dǎo)致我國(guó)實(shí)驗(yàn)教育和創(chuàng)新教育發(fā)展方向的偏差、實(shí)踐課程目的的模糊和課程存在意義的模糊。實(shí)驗(yàn)的目的對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)意義不大，探究的目的也不明確。教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生注意對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡睦斫夂吞骄浚灰鐾暾麄€(gè)實(shí)驗(yàn)還不知道做實(shí)驗(yàn)的目的是什么。

4.2 實(shí)驗(yàn)儀器的精確度不夠，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不正確

實(shí)驗(yàn)儀器的精密度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有重要影響?；瘜W(xué)測(cè)量?jī)x器的精密度主要用于記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和修正化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)誤差，如果實(shí)驗(yàn)儀器的精密度不夠的話，在操作過(guò)程中，數(shù)據(jù)偏差、數(shù)據(jù)誤差、結(jié)論和理論偏差等數(shù)據(jù)難以記錄，嚴(yán)重阻礙實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)致學(xué)生的理論理解錯(cuò)誤。存在諸多弊端，不僅使教學(xué)成果失效，而且導(dǎo)致學(xué)生對(duì)教材內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生懷疑，不利于教育教學(xué)的順利進(jìn)行。針對(duì)這一現(xiàn)象，我們提出了以下解決辦法：第一，確保先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室，即確保實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的高水平和高質(zhì)量，以滿足當(dāng)前的教育標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)要求；第二，為了保證實(shí)驗(yàn)儀器的完整性和完整性，實(shí)驗(yàn)儀器是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。確保實(shí)驗(yàn)儀器的完整性可以為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行創(chuàng)造可能性；實(shí)驗(yàn)儀器的精確度越高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果就越可靠，這可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的快速和良好的進(jìn)展，并為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可行性提供了保證?；瘜W(xué)測(cè)量?jī)x器在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是不可缺少的，精密度越高，實(shí)驗(yàn)越順利。我們應(yīng)該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量?jī)x器[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)操作步驟的可行性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性有嚴(yán)格的要求。化學(xué)實(shí)驗(yàn)本身就是一個(gè)“環(huán)連”的操作過(guò)程，一旦出現(xiàn)臺(tái)階誤差，就會(huì)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和真實(shí)值有一個(gè)很大的偏差。因此，在探索化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，控制儀器的精密度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)可靠性有很大的影響。隨著對(duì)實(shí)驗(yàn)效率和標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，化學(xué)測(cè)量?jī)x器的精密度在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。我們需要越來(lái)越多的關(guān)注和探索。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性被提高到最高水平。