鎂條燃燒實驗的光污染危害分析及防范方法

曹飛+毛思哲+蒲麗麗

摘要：從鎂條及鎂粉燃燒產生的強光傷害人的眼睛和皮膚的實際案例出發，結合光學理論以及國內外對視網膜光損傷以及皮膚光損傷等方面的醫學研究成果，通過分析得出結論：如果不注意保護，鎂條燃燒發出的強光對人的眼睛和皮膚都可能造成損傷，提醒師生做相關實驗時要提高防范意識，并通過實驗驗證以及參考其他實驗改進文章中提供的經驗，總結出師生做相關實驗時避免受到損傷的具體措施。

關鍵詞：鎂條燃燒；強光污染；危害及防范；知識介紹

文章編號：1005-6629（2015）12-0051-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

中學化學教學中有四個實驗涉及鎂條燃燒，初中有一個：研究質量守恒問題時的鎂條燃燒實驗；高中有三個：（1）鎂條在二氧化碳中的燃燒實驗；（2）鋁熱反應實驗；（3）氫氣氯氣混合氣體見光反應的實驗等。這些實驗的現象具有很強的視覺沖擊效果，能激起學生學習化學的興趣，所以教師無論是在正常化學教學中還是在課外活動中，都會演示或輔導學生做這些實驗。一些教師和學生反映做過這些實驗后多少會出現一些眼睛不適的癥狀，可見這種強光對人的眼睛可能會造成傷害，但是由于大多數情況下大家休息幾天眼睛的不適癥狀就會好轉，所以這種傷害往往不能引起大家足夠的重視。那么這種強光對眼睛的危害究竟有多大？是不是真的休息幾天后就可以完全恢復而不會留下后遺癥？除了傷害眼睛，會不會對皮膚也造成傷害？怎樣防范這些傷害？

1 鎂條燃燒發出的光傷害眼睛的實例及分析

雖然不少文章談及做相關實驗時鎂條燃燒發出的光對人的眼睛會造成傷害。但是相關事故報道及研究報告卻極少見到，目前國內僅見的一例事故報告發生在上世紀。《眼科研究》雜志1997年第2期登載的“鎂條燃燒試驗致雙眼視力下降一例”一文中介紹：1993年，一名16歲學生做鎂條燃燒實驗時注視鎂條燃燒的強光十余秒，次日早晨發現眼花，視物模糊，下午已不能堅持上課，到醫院就醫，檢查視力已降至0.1和0.2，雖然經過治療有所恢復，半年后視力也只達到了1.0。

鎂條燃燒的實驗大家都在做，那么為什么其他人沒出現嚴重事故而這名學生的眼睛卻受到較嚴重的傷害呢？

首先，我們知道鎂條燃燒產生了強烈的可見光，發表在《國外醫學·眼科學分冊》1990年第12期的“光性視網膜損傷研究進展”一文介紹：“可見光是引起視網膜光損傷的主要原因之一”。發表在《軍事醫學》雜志2014年第六期的“寬譜光源強閃光對視功能的影響”一文也對眼睛受到光輻射損傷的原理做了細致介紹：“光輻射對人眼作用的機制主要為光化學作用和熱作用……進入眼內的光能量越多，造成的損害越嚴重”，而且人眼受傷程度與曝光時間也有關。

其次，還有文章提到，鎂條燃燒還產生了很強的紫外光。紫外光對人的眼睛產生傷害的原因是紫外光照射主要導致光感受細胞的損傷，而且這種傷害具有一定的延遲性，不會急性發作，往往不易被察覺。

對于像鎂條燃燒形成的這種點狀光源，光照強度與光源的距離平方成反比，因此距離光源越近處光輻射強度越大。上述病例報道中，這名學生做實驗時注視鎂條燃燒的強光達十余秒，他不但距離光源近，而且持續時間較長，所以造成的傷害很大。

2 鎂條燃燒產生的光對皮膚造成傷害的實例及分析

容易被大家忽視的是，鎂條燃燒產生的光在一定條件下對人的皮膚也會造成損傷。《人民軍醫》1980年第一期刊載的“四例鎂閃光皮膚燒傷報告”一文中介紹了一例鎂燃燒致人皮膚閃光燒傷的事故：由于鎂粉意外燃燒導致距離燃燒光源1.1～4.7m范圍內的四個人都有不同程度的燒傷，距光源越近，受到的傷害越大。可見人的皮膚也有可能受到鎂條燃燒發出的強光的傷害，受傷害程度與光源強度及人與光源的距離有直接關系。

我們正常做實驗時，一般不會遇到該例事故中那種大量鎂粉燃燒發出的強光照射的情況，因此不會出現這種急性損傷，但是，鎂條燃燒既發出強可見光，又會發出強紫外光，“在一定條件下，近紫外輻射和可見光照射……都有可能損害機體導致疾病發生”。特別是其中的紫外光，會造成皮膚老化等多種癥狀，所以應該引起我們的重視。

3 實驗室如何防范鎂條燃燒對人造成的傷害

根據以上實例及分析我們知道，鎂條燃燒發出的光既可能傷害眼睛，也可能傷害皮膚，我們尤其要注意的是，即使人的眼睛受到鎂條燃燒發出的強光照射后出現的不適癥狀休息幾天后消失了，但其損害并不一定就完全復原了。有研究指出：重復的光照射可造成視網膜光性損傷的積累效應。作為教師，每次教學進行到相關知識時都需要在每個班級做鎂條燃燒的演示實驗，如果不加防范，多年累積所受到的危害不可忽視。而學生出于興趣和學習的需要會格外認真長時間注視鎂條燃燒發出的強光，甚至有些學生因為興趣關系還會自己設法弄到鎂條在家里進行鎂條燃燒的實驗，所以，如果不加防范，鎂條燃燒對學生的危害也很大。那么我們應該怎樣防范呢？

（1）要培養學生的安全意識，要求學生不要擅自做這些實驗，告訴學生不按照教師指導觀察這些實驗的危險性。

（2）根據點狀光源光強度平方反比定律可知，鎂條燃燒發出的光的光照強度會隨著與光源距離的增大而大幅度衰減。我們還用紫外輻照計測量了鎂條燃燒產生的短波紫外光（UVR-254nm）在不同距離及眼鏡等遮擋下的光照強度，所用鎂條寬度約3mm、厚度約0.2mm，經多次測量，得到以下實驗數據（均為多次測量的平均值）：

由于鎂條燃燒發光強度不穩定，因此測量數據可能有一定的偏差，但這些數據可以證實與光源距離加大，光照強度會大幅度減小，實驗數據還表明如果有眼鏡遮擋，其短波紫外光光照強度也將大幅度下降。所以在進行實驗時，應該安排學生遠距離觀察實驗現象，教師在進行實驗時，也應該盡量遠離光源。對于驗證質量守恒定律的鎂條燃燒實驗，我們一般都是用手拿著坩堝鉗或鑷子夾住鎂條做這個實驗，這樣勢必造成實驗者距離鎂條燃燒產生的強光很近，建議可以改用鐵架臺上的鐵夾夾住鎂條，點燃鎂條后人即后退。另外，做實驗時帶防護眼鏡、戴口罩、戴手套、穿長袖衣服，也能起很好的防護效果。

（3）從前面的案例以及文獻資料可以看出，我們還應該從光源強度、人受到光照射的時間等角度采取措施。經過我們多次嘗試，發現在進行質量守恒內容教學時將目前我們所用的寬約3mm的鎂條剪裁加工到寬度約1～2mm，點燃后可以大大減小其光強度，還要提醒學生不要長時間直視鎂條燃燒光源。

（4）還可以考慮對有的實驗進行進一步改進。對于鋁熱反應實驗，已經有不少教師進行了成功的改進，如將鎂條埋在其他試劑下，用在高錳酸鉀晶體上滴入甘油引燃鎂條的方法使其燃燒，避免引起光污染；再如用黑火藥代替鎂條進行實驗，還可以改用蔗糖脫水的反應代替鎂條燃燒引發鋁熱反應等，類似的改進方法還有很多。對于氫氣與氯氣混合氣體受光照射反應的實驗，則可以考慮用日光照射或用照相機閃光燈提供強光替代鎂條燃燒產生的強光。需要注意的是，一些教師為了提高這個實驗的成功率往往采用同時燃燒多根鎂條的方式，這種方法會對人造成更大的傷害，因而并不可取。

4 總結

綜上所述，如果在做鎂條燃燒相關實驗時不采取防范措施，其產生耀眼的強光可能會對師生造成不同程度的傷害，只要采取適當的措施，就既能圓滿完成實驗，又可避免受到傷害，或大幅降低受損傷的程度。