淺談高校分析化學實驗綠色化途徑

鄒志娟，宋昆鵬

(西華師范大學 化學化工學院，四川 南充 637002)

分析化學作為化學學科的一個重要分支，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。分析化學實驗旨在幫助學生鞏固所學分析化學理論知識、培養(yǎng)其實踐能力和創(chuàng)造性，是化工、環(huán)境、生物等專業(yè)學生的必修課程。眾所周知，化學實驗的過程中要用到多種多樣的化學藥品，進行各種化學反應，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)境有害的化學物質(zhì)。生活中，化學技術(shù)的發(fā)展為人類生活帶來了方便，但隨著化學化工技術(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的人常忽略化學為人們生活帶來的便利性，一味認為化學肯定會污染環(huán)境、危害人類健康。鑒于此，綠色化學理念應運而生。綠色化學，又稱“環(huán)境友好化學”、“清潔化學”，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]。

綠色化學理念與人類可持續(xù)發(fā)展觀不謀而合，是面臨當今日益嚴峻的環(huán)境污染問題所提出的一個全新觀念。高校化學專業(yè)培養(yǎng)的學生多數(shù)會走上與化學相關(guān)的工作崗位，在教學中培養(yǎng)他們的綠色化學意識顯得尤為必要，會潛移默化的幫助他們樹立環(huán)保意識。探索分析化學實驗教學綠色化途徑刻不容緩。

1 高校分析化學實驗綠色化內(nèi)涵

“綠色化學”一詞最早出現(xiàn)于1990年美國頒布的“防治污染行動”法令中，倡導化學與環(huán)境之間應和平共處。綠色化學的核心內(nèi)容是利用化學的方法合理預防和有效解決工業(yè)環(huán)境污染問題，追求化工生產(chǎn)或化學反應過程中從原料到產(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，綠色化學倡導“以防為主，從源頭上杜絕污染問題”的環(huán)保理念[2]。

高校分析化學實驗綠色化就是在分析化學實驗教學中融入綠色化學理念，采取一定措施，保證分析化學實驗教學中的實驗內(nèi)容、實驗試劑、實驗方法和實驗產(chǎn)物對環(huán)境和人體無害，達到純凈化、無害化的分析化學實驗教學目的[3]。要求實驗過程中盡量不使用環(huán)境危害品，在不影響教學效果的條件下盡可能節(jié)約藥品，科學、合理的處置實驗廢棄物等。

2 高校分析化學實驗綠色化途徑

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

2.1 重視培養(yǎng)學生綠色化學意識

化學教師是化學基礎(chǔ)理論知識的傳播者，使化學實驗操作的示范者，其思想、行為都對學生具有深遠的影響，因此，教師應當以身作則，摒棄原有的落后觀念和固有思維，積極學習綠色化學和環(huán)境保護相關(guān)知識，關(guān)注綠色化學相關(guān)的前沿研究，樹立綠色化學理念、強化環(huán)保責任感。在理論課教學中，向?qū)W生傳遞系統(tǒng)的綠色化學相關(guān)知識與思想，逐漸培養(yǎng)其綠色化學意識；實驗課教學中，要以綠色化學理念為基準指導學生實驗操作，教會他們合理適量取用藥品、反應過程中嚴格規(guī)范實驗操作以減少實驗重復率、實驗完成后合理處置實驗廢棄物和實驗產(chǎn)物等[5]。理論與實踐相結(jié)合，全方位多角度的將“綠色化學”觀念傳遞給每一位學生，引導其加強環(huán)保意識，充分認識到實驗過程中實驗成果與環(huán)境保護和諧共處的重要性。

2.2 科學選擇實驗內(nèi)容，合理安排實驗順序

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

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

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

2.3 規(guī)范實驗操作

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

2.4 推行微量或半微量實驗

傳統(tǒng)上分析化學實驗尤其是化學分析實驗通常是常量分析，試劑用量較大，最終產(chǎn)生的實驗廢棄物的量也相對較大，這不符合綠色化學思想要求。在不影響實驗現(xiàn)象和教學效果的前提下減少實驗試劑用量是分析化學實驗綠色化途徑之一，例如可以在實驗中設(shè)計減小試劑濃度，比如“氫氧化鈉標準溶液濃度的配制和標定”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品應盡可能不用或少用，可將“高錳酸鉀溶液的標定和過氧化氫含量的測定”實驗中用到的高錳酸鉀溶液濃度適當縮減。

當前，在綠色化學思想指導下，一種新型化學實驗技術(shù)——“微型化實驗”應運而生，值得注意的是它并不是常規(guī)實驗的簡單減量或微縮，而是在保證實驗現(xiàn)象明顯的前提下，經(jīng)過合理設(shè)計在微型反應器中進行的化學實驗。曾有研究者在和常量分析相同的實驗原理、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移液管等進行了小量化滴定實驗，結(jié)果表明，在測定結(jié)果的精密度和準確度滿足常量分析要求的同時樣品用量和標準溶液用量節(jié)約了87.5%，指示劑、緩沖劑及掩蔽劑等用量節(jié)約了75.00%，不僅縮短了實驗時間，也節(jié)省了實驗試劑[1]。

2.5 合理處理實驗“三廢”

實驗過程中產(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、合理的處置實驗室“三廢”也是分析化學實驗綠色化的一個重要方面。在分析化學實驗教學過程中，教師要向?qū)W生傳授科學處理“三廢”的專業(yè)知識，并以身作則，向?qū)W生示范科學、合理對待實驗“三廢”的態(tài)度。

分析化學實驗教學中要用到總量大、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學生分小組收集后現(xiàn)場進行酸堿中和至中性，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。實驗過程中產(chǎn)生的含有有毒有害物質(zhì)的廢液可按其性質(zhì)、分類等準備專用的容器收集后貼好標簽，由學校或?qū)ｉT的試劑公司統(tǒng)一處理。實驗過程中的產(chǎn)生的廢氣，無毒的直接經(jīng)通風櫥排入大氣，有毒的選擇合適的尾氣處理裝置后經(jīng)通風櫥排出。分析化學實驗室較少產(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)，模擬化學仿真實驗

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

3 小結(jié)

綠色化學是在嚴峻生態(tài)環(huán)境危機下提出的全新概念，旨在采用化學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。高校分析化學實驗教學綠色化要求化學實驗教學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、減少化學試劑的使用量并科學、合理的處置實驗廢棄物，符合可持續(xù)發(fā)展觀要求。實驗教師應當在實驗教學活動中結(jié)合實際向?qū)W生傳授綠色化學相關(guān)知識，將綠色化學理念貫穿于實驗課教學的全過程，結(jié)合實驗操作傳遞給學生具體化的綠色化學觀念，培養(yǎng)其綠色化學意識和環(huán)境保護意識，培養(yǎng)出符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的化學專業(yè)人才。