三个烧杯 、一个錐形瓶 、一个量筒 和一个容量瓶 。
实验室玻璃器皿 (英語:laboratory glassware )指科学 研究中使用的玻璃 製实验室仪器 。玻璃可经吹製、弯曲、切割、模制以形成各种尺寸和形状,因此被广泛用于化學 、生物学 和分析学实验室 。许多实验室会为初学者提供玻璃器皿的使用教学,并提醒其注意可能的安全隐患 。
历史
科内利斯·德曼 绘画中的17世纪晚期实验室玻璃器皿(华沙 国家博物馆 )
古代
玻璃器皿的历史可追溯至腓尼基人 ,他们在營火 中将黑曜石 融合在一起,制成了第一件玻璃器皿。随着古叙利亚、古埃及和古罗马等其他文明对玻璃制造工艺的改进,玻璃器皿日趋发展。公元1世纪,亞歷山卓 的炼金术士玛利亚 首次创造出用于化学的玻璃器皿,她也因此广受赞誉[ 1] 。尽管有此类发明,这一时期可用于化学的玻璃器皿仍然有限,由于实验热稳定性的需要,化学用具主要由铜 或陶瓷 制成[ 1] 。
近世
14至16世纪,威尼斯 商人从东方的拜占庭 和叙利亚 習得制造玻璃的知识,並購得品質更佳的原料(例如碳酸鈉 含量更高的植物灰),能生產出純淨度、耐热性与化学穩定性都更高的玻璃,促使实验室開始使用玻璃器皿[ 1] 。
现代
许多在1830年代大量生产的玻璃质量低劣,使用时很快变得又糊又脏[ 2] 。通透的玻璃器皿便于控制实验条件,因而19世纪的化学家们开始认识到它们的重要性[ 3] 。发明试管的约恩斯·贝尔塞柳斯 和法拉第 都为化学玻璃吹制的兴起做出了贡献。法拉第在1827年发表了《化学操作》一书,详细介绍了制作各类小型玻璃管的过程及相关实验技术[ 3] [ 4] 。贝尔塞柳斯在其教科书《化学操作与设备》中记录了各种化学玻璃的吹制方法[ 3] 。吹制技术的兴起提升了玻璃在化学实验中的可用性,确立了其在实验室中的主导地位。行业协会和标准也随着实验室玻璃器皿的发展产生和完善,普鲁士工业發展协会是最早支持合作改进所用玻璃质量的组织之一[ 5] 。
第一次世界大战 开始前,绝大多数实验室玻璃器皿都在德国制造。美国将实验室玻璃器皿列為教具,不收取进口关税,因此该国的玻璃生产商很难与德国制造商竞争。對進口实验室玻璃器皿的高度依賴,導致美国在第一次世界大战期间面臨供应被切断的困境[ 6] 。1915年,康寧公司 开发了一款名为“派热克斯 ”的硼硅酸盐玻璃 ,大大俾利戰時美国的軍工業[ 6] 。战后,许多实验室恢復使用进口的玻璃器皿,但改进玻璃器皿的研究也開始蓬勃发展,例如耐腐蚀材料聚四氟乙烯 的开发,或是研發出更耐热冲击 ,又能保持化学惰性 的玻璃器皿;成本降低也促進了相關技術的發展,如今用過即棄有時還比重复使用玻璃器皿更符合经济效益[ 7] 。
实验室玻璃器皿的选择
实验室玻璃器皿通常由负责管理特定实验室的人依不同的目的(如控制流体 方向、達到特定的品質保證等等)选择,有時是以特定类型的玻璃制成的玻璃器皿,有時是低成本、大量生產 的玻璃器皿,有時則是由玻璃工人吹製 的特殊器皿。
玻璃类型
一些透明实验室玻璃器皿和棕色玻璃罐
实验室玻璃器皿可由几种类型的玻璃 制成,每种玻璃的功能和用途不盡相同。硼硅玻璃 是一种由氧化硼和二氧化硅组成的透明玻璃,其主要特点是热膨胀系数低,使其比大多数其他玻璃更耐热震[ 8] 。石英玻璃 可以承受高温,且能容許特定波段的電磁波譜 穿透。深棕色或琥珀色(光化学)玻璃可以阻挡紫外线 和红外线 辐射。厚壁玻璃适用于承受高压环境。裂纹玻璃 是细小的多孔玻璃,允许气体或液体通过。经过特殊处理的镀膜玻璃器皿可以减少破损或故障的发生。硅烷化 玻璃器皿经过特殊处理,防止有机质样品粘在玻璃上。[ 9]
科学玻璃吹制
科学玻璃吹制(Scientific glass blowing )通常在一些较大的实验室裡进行,是玻璃吹制的一个专门领域。科学玻璃吹制涉及精确控制玻璃的形状和尺寸,修复昂贵的或难以替代的玻璃器皿,以及将各种玻璃部件熔合在一起。许多部件都可以融合在一段玻璃管 上,以创造高度专业化的实验室玻璃器皿。
控制流体流向
在使用玻璃器皿时,常常需要控制流体 的运动方向。通常用瓶塞 封闭流体,阻碍其流动;而通过连接玻璃器皿来引导流体输送。玻璃管 、T型连接器、Y型连接器和玻璃集液器都可作为连接组件。另外也可以使用磨口玻璃塞 (有时会用到固定夹)来防止流体泄漏。另一种连接玻璃器皿的方法是使用软管倒钩 和柔性管 。流体流动可以通过閥門 进行选择性切换,其中旋塞 是常见的一种类型,可以与玻璃器皿熔接在一起。完全由玻璃制成的阀门可以用来限制流体的流动。液体或任何可流动物质都可以用一个漏斗 引导到一个狭窄的开口。
质量保证
计量等级
在进行高精度体积测量(如测试实验室中所做的测量)时,玻璃器皿的计量 等级变得很重要。器皿的计量等级可以通过测量标记名义值周围的信賴區間 以及校准与NIST标准的可追溯性来确定。有时需要定期检查实验室玻璃器皿的校准情况[ 10] 。
溶解度
制作实验室玻璃器皿的二氧化硅在大多数物质中是不溶 的,但有少数例外,如氢氟酸 。此外,少量的硅会在水中溶劑化 ,这可能会影响测量的精度和阈值 [ 11] 。
清洗
在洗碗机中清洁实验室玻璃器皿
清洗实验室玻璃器皿有各种方法。可以将器皿浸泡在洗涤剂溶液中,去除油脂和大多数污染物;然后使用刷子或擦洗垫清洁这些污染物,以去除不能冲洗的颗粒。一些坚固的玻璃器皿能够承受超声波清洗 ,因此无需手动擦洗。对于某些敏感的实验,可以将玻璃器皿浸泡在溶剂中,例如王水 或弱酸,以溶解会干扰实验的特定污染物。清洗完成后,通常会将玻璃器皿冲洗三次,然后挂在架子上之前晾晒[ 12] 。
示例
实验室玻璃器皿种类多样。
一般的玻璃器皿容器包括:
烧杯 :简单的圆柱形容器,用于盛放试剂 或样品 。
烧瓶 :窄颈玻璃容器,通常为锥形或球形,在实验室中用于盛放试剂或样品。錐形瓶 、 平底烧瓶 和舒伦克瓶 等均属于烧瓶。
试剂瓶 :开口较窄,通常用于储存试剂或样品。较小的称为样本瓶 。
玻璃罐 :圆柱形容器,开口较宽,可密封。钟形罐 可提供真空环境。
试管 :用以放置、混合或加热少量的固体或液体化学物质,特别适用于定性 实验和分析。
干燥器 :用于干燥材料或保持材料干燥。
蒸發皿 :例如表面皿 ,主要用作蒸发表面(尽管有时它们可能被用于覆盖烧杯 )。
培养皿 :一种扁平的器皿,里面装满了营养丰富的明胶 ,可以让微生物快速生长。
載玻片 :用于在显微镜下固定物品的薄条。
用于测量的玻璃器皿包括:
量筒 :又薄又高的圆柱形容器,用于测量液体体积。
容量瓶 :用于量取特定体积的流体。
滴定管 :与量筒类似,但末端有一个阀门,用于分散精确量的液体试剂,通常用于滴定[ 13] 。
移液器 :用于转移精确数量的液体。
玻璃沸点仪 :用于准确测量液体的沸点[ 14] 。
其他玻璃器皿包括:
参考资料
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外部链接