高校绿色分析化学实验课程的创建研究

吴鸿伟

(枣庄学院 化学化工与材料科学学院，山东 枣庄 277160)

实验是化学学科的基础，更是学生理论联系实际,增强动手能力的主要手段。在很长时间内，由于各种条件的限制，各实验室在实验所用试剂统筹及“三废”处理等方面做得不尽如人意。此种结果导致化学实验室就是一个潜在的污染源，对周围环境介质造成一定的损害。据统计，分析化学常用实验试剂中，有毒有害物质约占42%，腐蚀性和易燃物质占55%，其他类型为3%。“十八大报告”明确提出要建设生态文明，打造绿水青山。因此从源头及实验全过程减少甚至杜绝污染是亟待解决的难题，引起了广大高校的高度关注[1]。

1 绿色化学内涵和推广必要性

1995 年，绿色化学概念首次正式被美国采用，其内涵是指化学产品在制备、应用时原料应有效利用，规避有毒、危险性试剂、消除废物，努力达到“零排放”，搭建绿色、环境友好新工艺。把绿色化学概念贯穿于分析化学学科实验教学中，可以很大程度上缩减实验过程中药品对环境造成的危害，因此实验过程中对学生培养绿色化学意识是分析化学实验改革的重点[2]。近年来，各高校实验室都在积极探索实验绿色化，并取得了明显的成效。绿色化学理念的培养已成为目前我国化学教育及其他相关学科教育的重要环节，通过理论研究与现实实践，对分析化学实验室“三废”进行无害化处理，减少实验室对周围介质的污染，争取实现全过程的实验绿色化，培养学生环境保护意识，提高学生综合素质。

2 绿色化分析化学实验实现途径

2.1 优化实验安排，体现绿色化理念

由于历史原因，很长时间内高校化学安排只注重教学质量，实验效果及学生动手能力的培养，而对实验药品的选择、“三废”的治理关注不够，甚至很少去考虑。要实现分析化学的绿色化，必须要对实验教学方案进行改革，妥善合理安排实验。实验安排首先仍然要强调学生实验素养培养，特别是常规实验操作(洗涤、称量、过滤、配溶液及滴定等)、基本实验原理方法、重要化合物性质实验等。同时应该注意筛查实验项目，去掉实验原料和实验条件毒性大、严重污染环境的实验项目[3]；或使用环境友好的实验原料改造计划中原有方案，如采用稳定性和安全性较好的硫化钠固体代替毒性较大的硫化氢。采用水性溶剂或其他混合环境友好溶剂代替实验中涉及到的毒性和腐蚀性较大的有机溶剂。改进实验反应条件，探讨添加催化剂使其在温和反应条件下完成。

2.2 加强分析化学实验的微型化

分析化学的实验微型化是实验过程中贯穿绿色化学指导思想，使用减少污染的新技术、新方法对常规分析化学实验项目进行创新的必然结果。化学实验微型化是上世纪末发展起来的，是化学实验绿色化的重要组成部分。微型化得主要意义在于使用较少的实验原料、试剂，获得和传统实验相同的实验数据。在实验微型化过程中，由于化学原料试剂用量大大缩减，由此产生的“三废”数量也会降低，达到实现节约成本、减小污染的目的。同时，由于用量减少，实验反应时间相应缩短，增加了实验安全性。据统计，微型化实验和传统实验相比，试剂用量和反应时间能减少40%～50%，显著的提高了工作效率，节约了实验成本。目前，分析化学的实验微型化已经作为化学实验绿色化的一种有效途径和技术，在各高校实验室得到推广和应用。

另外，开展实验的微型化教学对化学专业学生的培养有重要的意义。分析化学中一个重要的概念是“量”，用量的改变有利于引导学生更深层次的理解实验原理，利用现有仪器和试剂重新构建实验项目，培养学生严谨创新思维，同时增强学生的环境保护意识。在传统化学分析实验项目安排中大约有3/4的实验项目是滴定实验，大量的滴定实验有利于培养学生基本动手能力和对实验现象的观察。滴定实验传统的酸式和碱式滴定管是50 mL，一人一组，会耗费大量的实验试剂。若能将滴定管改为25 mL，待测溶液用量也能缩减一半，相应的操作时间也会缩减。实验要求的基本操作不变，同样可以得到准确的实验结果。一学期大约有100～200人进行分析化学实验，这样就可以节约大量的实验试剂，废水量也会相应的缩减。同时，实验教师准备实验的工作量也会大大缩减，可以将更多的精力放在实验指导上。

2.3 加大仿真实验比例

随着计算机和互联网+的发展，仿真实验逐步走入普通高校的课堂。仿真实验是以多媒体系统为媒介，利用图像、声音、动画及文字在不同的界面上流动，实现对实验场地、实验装置结构、基本原理、操作、故障排除等方面的现场模拟，让学生能够在计算机上对实验对象有全方位的了解和把握。以高效液相色谱为例，仿真实验内容涵盖了液相色谱结构的展示和介绍，色谱的操作及处理数据等模块。同时，仿真实验可以实现学生自己动手搭建、调试和操作液相色谱，并可以实时出图。学生可以根据出峰情况调整虚拟仪器的流动项组成种类，比例，流速、柱温等条件来获得较好的实验结果。另外，部分仿真实验增加了仪器维修保养模块，学生可以联系处理常见仪器故障，大大突破传统实验教学的局限性，激发学生的兴趣，拓展了学生的视野。仿真实验不仅体现了教育技术的进步，也是分析化学实验绿色化重要手段。它可以突破实验室实验材料、仪器设备的局限，学生可以自主选择，进行多次重复联系，无浪费、不产生“三废”。违规或错误的实验操作也可以在仿真实验里得到实现，通过仿真实验可以将错误操作导致的严重后果展现给学生，让他们更直观的认识到按照程序操作的重要性，加深对实验操作规范的重视。在现代实验教学中，仿真实验起到的作用越来越大，已成为实验绿色化的重要途径。

3 结束语

实行分析化学实验的绿色化改革是分析化学实验的发展方向，是培养化学化工人才的重要理念和途径。实践证明，分析化学实验绿色化，有利于提高学生的综合实验素养，有利于提高学生的实验技能，扩展了学生的知识面。同时，需要值得注意的是，绿色化学改革对教师本身也是很大的促进，提升和扩展了教师的知识结构，对教师专业素质的提高具有积极的现实意义。