分析化学实验绿色化初探

党玉丽 苏惠 范彩玲 谢黎霞

河南农业大学理学院，河南 郑州 450002

随着人们环保意识和绿色发展理念的增强，绿色化学日益受到高度重视，其根本目的是从节约资源和防止污染的角度来审视和创新化学实验，应尽可能实现化学实验绿色化，使学生养成绿色化学的观念。同时，这也对我们农业高校分析化学整体教学中如何体现和落实绿色化学思想提出了新的研究课题。为适应绿色化学的发展，结合农业院校分析化学实验教学现状，现就如何提高化学实验教学绿色化进行探讨。

1 整合实验内容，使实验准备精细化

化学实验的进行离不开实验仪器、实验设备与实验试剂的支持。通常来说，分析性化学实验中需要许多仪器及玻璃器皿，用来差减称量各项化学药剂，如果实验人员在准备环节上出现了疏忽，则有可能造成资源浪费、实验风险和环境污染。因此绿色化学要求实验人员做到实验内容与细节的精细化，减少风险大的实验环节，合并不必要的实验环节，优先选用绿色无害无毒的实验内容。由于化学实验需要大量的化学原料，这使得其污染物排放量大，并且在制备过程中如果需要大量准备特定的溶液，则存在有很大的水污染风险。因此实验人员应当选择合适的解决方案来避免原料浪费，提升化学实验的精准性。

2 规范实验操作，强化环保意识

分析化学实验不同于有机、无机化学实验的操作，注重的是操作过程的准确化、分析结果的精确化，因此要求学生必须做到基本操作正确而且规范[1]，妥善进行化学物质和药物的处理与保存，避免化学物质的损坏。但是当学生进行实验时，由于部分学生缺乏规范化实验意识，这使得一些学生经常随意使用药物，会造成物质浪费和环境污染。因此实验人员应当要求学生严格遵守操作规则，并选择适当的实验来让学生熟悉绿色化学实验流程。

培养学生环保意识是实现化学实验绿色化的基本保障。从开设的分析化学实验课来看，每个实验都有废气、废液、废渣的产生，比如有腐蚀性的强酸、强碱、强氧化剂（硝酸、重铬酸钾、高锰酸钾等），有毒性较大的重金属（铬、铅、铋、汞等）离子和有机试剂如甲醛等，这些污染物虽然量少，不足以造成严重的环境污染，但如果措施采取不当，将是一个重要的污染源。因此从第一节课开始，实验教学应以生态环保的理念教育引导学生，增强学生环保意识。在酸碱滴定实验中，所产生的废液会造成人体伤害并对环境的水生生物产生毒害；在EDTA的配位滴定时应讲述Ca、Mg含量高时可使水的硬度增大；在氧化还原法中测定Fe含量，实验中排放的Hg排入下水道，沉积在底泥和水质中，会造成严重的环境污染。还有各种重金属化合物与皮肤接触可产生皮炎或湿疹，甚至引发皮肤癌等，让学生充分了解每一种化学试剂，并有效处理化学实验废液，从源头上解决实验教学产生的污染环境问题，又使学生受到环保意识教育[1]。

3 改进实验教学方式，实现教学绿色化

3.1 推行微型化学实验，减少环境污染

微型化学实验是近几年发展起来的化学实验新方法，其优点是试剂用量少，微量排放，减少污染。根据高校现有实验条件，在保证实验教学效果的前提下推行微型化实验，既减少原料的消耗，又改善实验环境，减少了对环境的污染[2]。如分析实验中，常量的酸碱比较滴定一般都采用25ml的滴定管和250ml的锥形瓶，大约消耗20ml左右的滴定液，将之改为微型实验后，采用10ml的滴定管，消耗滴定液5ml左右，用25ml的锥形瓶依然可以完成滴定，平行性很好。因此微型化学实验是实验教学改革中的一个重要方面，有助于分析化学实验教学在减少仪器和试剂的使用量和污染方面得到更大的改善。

3.2 实验教学仪器化

实验教学应尽量减少化学试剂的使用，多采用仪器法。以河南农业大学为例，从2000年开始采用半仪器化的实验教学模式，即一半常规化学实验课，一半仪器分析化学实验课来进行操作。如我们利用红外光谱仪、紫外分光光度计、可见分光光度计等，根据光吸收定律，进行定性和定量分析，如水果蔬菜中农药的残留、各种谷物中蛋白质含量的测定，以及茶饮、药物、保健品中关键成分的分析等，通过改革，首先是试剂减量化，其次是试剂的减污染化，再次是分析技术的仪器化和微型化。仪器法与常规化学法相比，试剂使用量大为减少，危害、污染程度大大下降。

3.3 多媒体技术模拟仿真实验

我校分析化学课程已成为省级精品课程，为推动现代信息技术和教育教学的深度融合，2018年分析化学课程组所有成员加入MOOC课堂中，进行线上授课、答疑和演示实验，减少了线下重复实验的污染，这是分析课程的又一大突破，让更多的学生融入慕课新型在线开放课程中，理论与实践相结合，开展虚拟仿真实验，用文字、声音、图像、动画的效果对实验过程进行仿真演示，分解仪器内部结构，模拟操作过程。在这一过程中实现了“零排放”和“零污染”，从而更好地将绿色化学理念植根于学生心中。

4 科学处理实验废弃物，实现实验绿色化

试剂的回收再利用是减少实验对环境污染的有效途径，是实现实验室绿色化的有效手段。作为农业院校，无机化学、有机化学、分析化学是相互关联的。如有机化学实验苯甲酸重结晶中，可把提纯出来的纯苯甲酸用作熔点测定的原料，还可以作为分析实验配制淀粉时作为防腐剂添加，在甲基橙的合成实验中得到的产品用作无机分析实验中的指示剂。在分析化学实验中，重铬酸钾法测定铁也是一个非常经典且与实际联系紧密的实验，因为重铬酸钾是一种性质稳定、很容易提纯、氧化性适宜的滴定剂。为此，将重铬酸钾法测铁和间接碘量法实验进行串联，本着再利用的原则，对单独收集的重铬酸钾溶液通过实验确定其准确浓度，以作为间接碘量法中Na2S2O3标定的基准物。串联实验能够在减少实验品浪费的同时，有效降低化学实验对环境的污染，具有重要现实意义。

5 结语

分析化学实验绿色化是一种新的教学理念，理论与科研紧密相连，从节约资源和防止污染入手，让学生理解到规范化实验和节约使用实验材料的重要性，进一步养成学生规范化的实验习惯，从而在保证化学实验教学效果的同时，增强化学实验本身的环保性，提升化学实验的整体效果。