淺談高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化途徑

鄒志娟，宋昆鵬

(西華師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，四川 南充 637002)

分析化學(xué)作為化學(xué)學(xué)科的一個重要分支，在化工生產(chǎn)和日常生活中發(fā)揮著不可替代的重要作用。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)旨在幫助學(xué)生鞏固所學(xué)分析化學(xué)理論知識、培養(yǎng)其實(shí)踐能力和創(chuàng)造性，是化工、環(huán)境、生物等專業(yè)學(xué)生的必修課程。眾所周知，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中要用到多種多樣的化學(xué)藥品，進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)，不可避免的會產(chǎn)生或多或少的對人類健康和生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。生活中，化學(xué)技術(shù)的發(fā)展為人類生活帶來了方便，但隨著化學(xué)化工技術(shù)的飛速發(fā)展，化工生產(chǎn)的“三廢”(廢液、廢氣、廢渣)也在不斷威脅人類的生存環(huán)境和生態(tài)安全，社會上一些不懂化學(xué)的人常忽略化學(xué)為人們生活帶來的便利性，一味認(rèn)為化學(xué)肯定會污染環(huán)境、危害人類健康。鑒于此，綠色化學(xué)理念應(yīng)運(yùn)而生。綠色化學(xué)，又稱“環(huán)境友好化學(xué)”、“清潔化學(xué)”，其核心思想是從源頭上杜絕污染，而非產(chǎn)生污染之后再治理，提倡使用化學(xué)品時遵循“拒用危害品(Rejection)、減量使用(Reduction)、循環(huán)使用(Recycling)、 回收利用(Reuse)、再生使用(Regeneration)”的5R原則[1]。

綠色化學(xué)理念與人類可持續(xù)發(fā)展觀不謀而合，是面臨當(dāng)今日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題所提出的一個全新觀念。高?；瘜W(xué)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生多數(shù)會走上與化學(xué)相關(guān)的工作崗位，在教學(xué)中培養(yǎng)他們的綠色化學(xué)意識顯得尤為必要，會潛移默化的幫助他們樹立環(huán)保意識。探索分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化途徑刻不容緩。

1 高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化內(nèi)涵

“綠色化學(xué)”一詞最早出現(xiàn)于1990年美國頒布的“防治污染行動”法令中，倡導(dǎo)化學(xué)與環(huán)境之間應(yīng)和平共處。綠色化學(xué)的核心內(nèi)容是利用化學(xué)的方法合理預(yù)防和有效解決工業(yè)環(huán)境污染問題，追求化工生產(chǎn)或化學(xué)反應(yīng)過程中從原料到產(chǎn)品全過程的綠色化，不產(chǎn)生或至少不產(chǎn)生危害生態(tài)環(huán)境和身體健康的中間產(chǎn)物或副產(chǎn)品。本質(zhì)上講，綠色化學(xué)倡導(dǎo)“以防為主，從源頭上杜絕污染問題”的環(huán)保理念[2]。

高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化就是在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念，采取一定措施，保證分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物對環(huán)境和人體無害，達(dá)到純凈化、無害化的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的[3]。要求實(shí)驗(yàn)過程中盡量不使用環(huán)境危害品，在不影響教學(xué)效果的條件下盡可能節(jié)約藥品，科學(xué)、合理的處置實(shí)驗(yàn)廢棄物等。

2 高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化途徑

高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化工、環(huán)境、生物、醫(yī)學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修課程，旨在幫助學(xué)生鞏固分析化學(xué)理論知識，培養(yǎng)其實(shí)踐能力和創(chuàng)造性，并幫助學(xué)生嚴(yán)格樹立“量”的概念，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)相較于其他基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的廢棄物相對較少，但是由于分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)面對學(xué)生廣泛，學(xué)生數(shù)量眾多，積累下來的廢棄物總量不容忽視，為積極響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)環(huán)保要求，積極推行分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化成為當(dāng)前的必由之路，這既有利于提高化學(xué)專業(yè)整體教學(xué)質(zhì)量，又符合當(dāng)下培養(yǎng)高層次、高素質(zhì)人才的要求[4]。

2.1 重視培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)意識

化學(xué)教師是化學(xué)基礎(chǔ)理論知識的傳播者，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的示范者，其思想、行為都對學(xué)生具有深遠(yuǎn)的影響，因此，教師應(yīng)當(dāng)以身作則，摒棄原有的落后觀念和固有思維，積極學(xué)習(xí)綠色化學(xué)和環(huán)境保護(hù)相關(guān)知識，關(guān)注綠色化學(xué)相關(guān)的前沿研究，樹立綠色化學(xué)理念、強(qiáng)化環(huán)保責(zé)任感。在理論課教學(xué)中，向?qū)W生傳遞系統(tǒng)的綠色化學(xué)相關(guān)知識與思想，逐漸培養(yǎng)其綠色化學(xué)意識；實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，要以綠色化學(xué)理念為基準(zhǔn)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，教會他們合理適量取用藥品、反應(yīng)過程中嚴(yán)格規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作以減少實(shí)驗(yàn)重復(fù)率、實(shí)驗(yàn)完成后合理處置實(shí)驗(yàn)廢棄物和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物等[5]。理論與實(shí)踐相結(jié)合，全方位多角度的將“綠色化學(xué)”觀念傳遞給每一位學(xué)生，引導(dǎo)其加強(qiáng)環(huán)保意識，充分認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)成果與環(huán)境保護(hù)和諧共處的重要性。

2.2 科學(xué)選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，合理安排實(shí)驗(yàn)順序

綠色化學(xué)的核心思想是從源頭上杜絕污染，高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容要在全面覆蓋知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上以綠色化學(xué)思想為指導(dǎo)科學(xué)選擇。在不影響實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的前提下，盡量選擇采用無毒、對環(huán)境無污染的環(huán)保試劑為實(shí)驗(yàn)藥品的實(shí)驗(yàn)項目，盡可能避免使用?；?。傳統(tǒng)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常會有以訓(xùn)練基本操作技能為目的的實(shí)驗(yàn)項目，比如“酸/堿式滴定管的基本操作講解及練習(xí)”，實(shí)驗(yàn)中用到大量的鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液，造成了實(shí)驗(yàn)試劑的大量浪費(fèi)，這與綠色化學(xué)的資源節(jié)約理念背道而馳；還有一些專門訓(xùn)練移液管、容量瓶、吸量管等儀器基本操作的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中配制溶液僅僅是為了學(xué)會使用這類玻璃儀器，同樣造成了試劑的浪費(fèi)，也一定程度上浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)課時；以綠色化學(xué)理念為指導(dǎo)，應(yīng)考慮將這類基本操作練習(xí)類實(shí)驗(yàn)合理融合到后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，比如融入到“氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定”、“鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定”等實(shí)驗(yàn)中，既練習(xí)了玻璃儀器的操作，又進(jìn)行了其他必修實(shí)驗(yàn)項目，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率也節(jié)約了資源。

實(shí)際教學(xué)中，可以將用到相同試劑的實(shí)驗(yàn)項目串聯(lián)起來達(dá)到節(jié)約資源、減少廢棄物的目的，也可以考慮將其他實(shí)驗(yàn)項目的產(chǎn)物作為分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中要測試的待測樣品。比如“硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及濃度的標(biāo)定”實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)配制并標(biāo)定了硫代硫酸鈉的準(zhǔn)確濃度，而“間接碘量法測定硫酸銅溶液中銅離子的含量”實(shí)驗(yàn)又需要用到硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，那么就可以通過合理安排兩個實(shí)驗(yàn)的順序節(jié)約資源、提高實(shí)驗(yàn)效率；又比如無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開設(shè)有“由廢銅屑制備五水硫酸銅”實(shí)驗(yàn)，而分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開設(shè)的“間接碘量法測定硫酸銅溶液中銅離子的含量”中剛好要用到硫酸銅，這樣就可以將無機(jī)實(shí)驗(yàn)室合成的五水硫酸銅收集起來用于分析實(shí)驗(yàn)。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中除了傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外最好適當(dāng)開設(shè)一些探究型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在遵循綠色化學(xué)理念的前提下自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，在這個過程中鼓勵學(xué)生從試劑綠色化、反應(yīng)綠色化、產(chǎn)物綠色化等方面選擇合適的實(shí)驗(yàn)試劑和反應(yīng)方式，設(shè)計科學(xué)、環(huán)保的實(shí)驗(yàn)廢棄物處理方法，從而更好的培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識[6]。

2.3 規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有其嚴(yán)格的操作標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，實(shí)驗(yàn)過程中的不規(guī)范操作輕則導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗、藥品浪費(fèi)，重則危害生命財產(chǎn)安全，因此，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的任一環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范。藥品的正確、定量取用關(guān)乎實(shí)驗(yàn)成敗與資源節(jié)約，一定要按照標(biāo)準(zhǔn)謹(jǐn)慎定量稱??；實(shí)驗(yàn)操作時謹(jǐn)遵實(shí)驗(yàn)規(guī)程，避免因不當(dāng)操作造成的不必要損失；實(shí)驗(yàn)結(jié)束要合理處置實(shí)驗(yàn)“三廢”。教師要結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作及時向?qū)W生傳授綠色化學(xué)理念，比如有些同學(xué)不注意稱量操作，稱量失敗重復(fù)操作并將稱取失敗的藥品隨意倒入水槽或垃圾桶，還有同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將實(shí)驗(yàn)廢棄物直接傾倒，教師可結(jié)合其錯誤操作及時向其解釋綠色化學(xué)理念的資源節(jié)約思想和環(huán)境保護(hù)思想。

2.4 推行微量或半微量實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)上分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其是化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)通常是常量分析，試劑用量較大，最終產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)廢棄物的量也相對較大，這不符合綠色化學(xué)思想要求。在不影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和教學(xué)效果的前提下減少實(shí)驗(yàn)試劑用量是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化途徑之一，例如可以在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計減小試劑濃度，比如“氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的配制和標(biāo)定”中，可以將氫氧化鈉濃度由0.1mol/L調(diào)整至0.05mol/L，再如高錳酸鉀作為易爆化學(xué)品應(yīng)盡可能不用或少用，可將“高錳酸鉀溶液的標(biāo)定和過氧化氫含量的測定”實(shí)驗(yàn)中用到的高錳酸鉀溶液濃度適當(dāng)縮減。

當(dāng)前，在綠色化學(xué)思想指導(dǎo)下，一種新型化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)——“微型化實(shí)驗(yàn)”應(yīng)運(yùn)而生，值得注意的是它并不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單減量或微縮，而是在保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的前提下，經(jīng)過合理設(shè)計在微型反應(yīng)器中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。曾有研究者在和常量分析相同的實(shí)驗(yàn)原理、操作條件下用10mL滴定管、100mL錐形瓶、10mL移液管等替換50mL滴定管、250mL錐形瓶、25mL移液管等進(jìn)行了小量化滴定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在測定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度滿足常量分析要求的同時樣品用量和標(biāo)準(zhǔn)溶液用量節(jié)約了87.5%，指示劑、緩沖劑及掩蔽劑等用量節(jié)約了75.00%，不僅縮短了實(shí)驗(yàn)時間，也節(jié)省了實(shí)驗(yàn)試劑[1]。

2.5 合理處理實(shí)驗(yàn)“三廢”

實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢液、廢氣、廢渣(“三廢”)對周邊生態(tài)環(huán)境安全和人類身體健康都有一定的危害，因此科學(xué)、合理的處置實(shí)驗(yàn)室“三廢”也是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的一個重要方面。在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要向?qū)W生傳授科學(xué)處理“三廢”的專業(yè)知識，并以身作則，向?qū)W生示范科學(xué)、合理對待實(shí)驗(yàn)“三廢”的態(tài)度。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要用到總量大、種類多、濃度低的溶液，隨著而來的就是大量廢液的產(chǎn)生，要根據(jù)廢液的不同類型分別處理，對于不含有毒有害物質(zhì)的稀酸和稀堿廢液，可分別準(zhǔn)備廢酸、廢堿的桶，待積累一定量后經(jīng)酸堿中和至中性后直接倒入下水道，也可以嘗試在課堂上引導(dǎo)學(xué)生分小組收集后現(xiàn)場進(jìn)行酸堿中和至中性，直接倒入下水道，多余未中和的廢液分類收集至指定廢液桶，向?qū)W生傳遞主動減少和設(shè)法消除污染的思想意識。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的含有有毒有害物質(zhì)的廢液可按其性質(zhì)、分類等準(zhǔn)備專用的容器收集后貼好標(biāo)簽，由學(xué)校或?qū)ｉT的試劑公司統(tǒng)一處理。實(shí)驗(yàn)過程中的產(chǎn)生的廢氣，無毒的直接經(jīng)通風(fēng)櫥排入大氣，有毒的選擇合適的尾氣處理裝置后經(jīng)通風(fēng)櫥排出。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室較少產(chǎn)生固體廢渣，固體廢棄物主要是固體原料和濾紙、碎玻璃等，固體原料一律回收再利用，無毒的廢棄濾紙、碎玻璃等收集至專用垃圾桶由專人處理[7]。

2.6 利用多媒體技術(shù)，模擬化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)

計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室成為現(xiàn)實(shí)，運(yùn)用多媒體技術(shù)在虛擬仿真系統(tǒng)上可以對實(shí)驗(yàn)原理、過程進(jìn)行仿真，此項技術(shù)拓寬了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容，使一些要用到易燃、易爆、劇毒等?；返膶?shí)驗(yàn)得以通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開設(shè)，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室里身臨其境般的模擬實(shí)驗(yàn)過程、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且沒有實(shí)驗(yàn)廢棄物的產(chǎn)生，也不會對人體造成危害。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還可以開設(shè)要求在理想狀態(tài)下的進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好的理解抽象的理論知識。

3 小結(jié)

綠色化學(xué)是在嚴(yán)峻生態(tài)環(huán)境危機(jī)下提出的全新概念，旨在采用化學(xué)的方法從源頭上防止環(huán)境污染，與人類可持續(xù)發(fā)展觀高度契合。高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化要求化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中盡量避免使用危害環(huán)境安全和人體健康的有毒害試劑、減少化學(xué)試劑的使用量并科學(xué)、合理的處置實(shí)驗(yàn)廢棄物，符合可持續(xù)發(fā)展觀要求。實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)當(dāng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中結(jié)合實(shí)際向?qū)W生傳授綠色化學(xué)相關(guān)知識，將綠色化學(xué)理念貫穿于實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的全過程，結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作傳遞給學(xué)生具體化的綠色化學(xué)觀念，培養(yǎng)其綠色化學(xué)意識和環(huán)境保護(hù)意識，培養(yǎng)出符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的化學(xué)專業(yè)人才。