Лабораторная посуда

Разнообразное оборудование, обычно изготовленное из стекла, используемое для научных экспериментов.

Три стакана , колба Эрленмейера , мерный цилиндр и мерная колба.

Лабораторная посуда относится к разнообразному оборудованию, используемому в научной работе и традиционно изготавливаемому из стекла . Стекло можно выдувать, сгибать, резать, формовать и придавать ему различные размеры и формы, поэтому оно широко распространено в химических , биологических и аналитических лабораториях . Во многих лабораториях есть программы обучения, позволяющие продемонстрировать, как используется стеклянная посуда, и предупредить начинающих пользователей об угрозах безопасности , связанных с использованием стеклянной посуды.

История

Лабораторная посуда конца XVII века на картине Корнелиса де Мана ( Национальный музей в Варшаве ).

Древняя эпоха

История стеклянной посуды восходит к финикийцам , которые сплавляли обсидиан на костре , создавая первую стеклянную посуду. Стеклянная посуда развивалась по мере того, как другие древние цивилизации, включая сирийцев, египтян и римлян, совершенствовали искусство изготовления стекла. Марии Еврейке , алхимику из Александрии в I веке нашей эры, приписывают создание одной из первых стеклянных изделий для химических веществ, таких как керотакис, который использовался для сбора паров от нагретого материала. ^[1] Несмотря на эти творения, стеклянная посуда для химического использования в то время все еще была ограничена из-за низкой термостабильности, необходимой для экспериментов, и поэтому в основном изготавливалась с использованием меди или керамических материалов . ^[1]

Ранняя современная эпоха

Стеклянная посуда снова улучшилась в 14-16 веках благодаря навыкам и знаниям венецианских мастеров стекла . За это время венецианцы собрали знания о производстве стекла с Востока, а также информацию, поступающую из Сирии и Византийской империи . ^[1] Наряду со знаниями о производстве стекла, стеклодувы в Венеции также получали более качественное сырье с Востока, такое как импортированная растительная зола, которая содержала более высокое содержание соды по сравнению с растительной золой из других регионов. ^[1] Такое сочетание лучшего сырья и информации с Востока привело к производству более чистой и более высокой термической и химической стойкости, что привело к переходу к использованию стеклянной посуды в лабораториях. ^[1]

Современная эра

Многие стаканы, производившиеся массово в 1830-х годах, быстро становились мутными и грязными из-за использования стекла низкого качества. ^[2] В 19 веке все больше химиков начали осознавать важность стеклянной посуды из-за ее прозрачности и способности контролировать условия экспериментов. ^[3] Йонс Якоб Берцелиус , который изобрел пробирку , и Майкл Фарадей внесли свой вклад в развитие химического выдувания стекла. В 1827 году Фарадей опубликовал «Химические манипуляции» , в которых подробно описан процесс создания многих типов стеклянной посуды для небольших трубок и некоторые экспериментальные методы химии трубок. ^{[3] [4]} Берцелиус написал аналогичный учебник под названием « Химические операции и аппараты» , в котором описаны различные методы химического выдувания стекла. ^[3] Развитие этого химического выдувания стекла расширило возможности химических экспериментов и привело к сдвигу в сторону доминирующего использования стеклянной посуды в лабораториях. С появлением стеклянной посуды в лабораториях возникла необходимость в организации и стандартах. Прусское общество развития промышленности было одной из первых организаций, поддержавших совместное улучшение качества используемого стекла. ^[5]

После разработки Отто Шоттом боросиликатного стекла в конце 19 века большая часть лабораторной посуды производилась в Германии вплоть до начала Первой мировой войны . ^[6] Перед Первой мировой войной производители стекла в США испытывали трудности с конкуренцией с немецкими производителями лабораторной посуды, поскольку лабораторная посуда классифицировалась как учебный материал и не облагалась налогом на импорт. Во время Первой мировой войны поставки лабораторной посуды в США были прекращены. ^[6]

В 1915 году компания Corning Glassworks разработала собственное боросиликатное стекло, представленное под названием Pyrex . Это было благом для военных действий в Соединенных Штатах. ^[6] Хотя после окончания войны многие лаборатории вернулись к импорту, исследования в области более качественной стеклянной посуды процветали. Стеклянная посуда стала более устойчивой к термическому удару , сохраняя при этом химическую инертность . ^[7]

Выбор лабораторной посуды

Лабораторная посуда обычно выбирается лицом, отвечающим за конкретный лабораторный анализ, в соответствии с потребностями конкретной задачи. Для выполнения задачи может потребоваться стеклянная посуда, изготовленная из стекла определенного типа. Эту задачу можно легко выполнить, используя недорогую стеклянную посуду массового производства , или может потребоваться специальная деталь, изготовленная стеклодувом . Задача может потребовать контроля потока жидкости . Задача может иметь особые требования к обеспечению качества.

Тип стекла

Коричневые стеклянные банки с прозрачной лабораторной посудой на заднем плане

Лабораторная посуда может быть изготовлена ​​из нескольких видов стекла , каждый из которых имеет разные возможности и используется для разных целей. Боросиликатное стекло — это тип прозрачного стекла, состоящего из оксида бора и кремнезема. Его основной особенностью является низкий коэффициент теплового расширения, что делает его более устойчивым к тепловому удару, чем большинство других стекол. ^[8] Кварцевое стекло выдерживает очень высокие температуры и прозрачно в определенных частях электромагнитного спектра . Затемненное коричневое или янтарное (актиничное) стекло может блокировать ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Толстостенное стекло выдерживает давление. Фриттованное стекло — это мелкопористое стекло, через которое может проходить газ или жидкость. Стеклянная посуда с покрытием подвергается специальной обработке, чтобы уменьшить вероятность ее поломки или разрушения. Силанизированная (силиконизированная) стеклянная посуда подвергается специальной обработке, предотвращающей прилипание органических образцов к стеклу. ^[9]

Научное выдувание стекла

Научное выдувание стекла, которое практикуется в некоторых крупных лабораториях, является специализированной областью выдувания стекла. Научное выдувание стекла включает в себя точный контроль формы и размеров стекла, ремонт дорогой или труднозаменяемой стеклянной посуды, а также сварку различных стеклянных частей. Многие детали могут быть соединены со стеклянной трубкой для создания узкоспециализированной лабораторной посуды.

Контроль потока жидкости

При использовании стеклянной посуды часто приходится контролировать поток жидкости. Обычно его останавливают пробкой . Жидкость может перемещаться между соединенными частями стеклянной посуды. Типы соединительных компонентов включают стеклянные трубки , Т-образные соединители, Y-образные соединители и адаптеры для стекла. Для герметичного соединения используется притертое стеклянное соединение (возможно, усиленное с помощью зажимного метода, например, зажимов Кека ). Другой способ соединения стеклянной посуды – это использование заусенца для шланга и гибкой трубки . Поток жидкости можно переключать избирательно с помощью клапана , обычно запорного крана , приваренного к стеклянной посуде. Клапаны, полностью изготовленные из стекла, можно использовать для ограничения потоков жидкости . Жидкость или любой текущий материал можно направить в узкое отверстие с помощью воронки .

Контроль потока жидкости с помощью специальной стеклянной посуды

• 
  Цельностеклянный обратный клапан.
• 
  Эрленмейер и фильтровальная колба. Обратите внимание на зазубренный пистолет на фильтрующей колбе.
• 
  Стеклянный адаптер с заусенцем для шланга слева и разъемом для притертого стекла справа.
• 
  Конический соединительный стопор с уплотнительным кольцом из ПТФЭ . Обратите внимание на оптическую прозрачность узкого уплотнительного кольца, прижатого стеклянным швом справа.
• 
  Пробковый клапан с Т-образным отверстием с резьбой, используемый в качестве бокового отвода на колбе Шленка .
• 
  Обычный стеклянный кран с прямым отверстием , прикрепленный пластиковой пробкой-фиксатором к боковому отводу колбы Шленка .

Гарантия качества

Метрология

Лабораторную посуду можно использовать для высокоточных объемных измерений. При высокоточных измерениях, например, проводимых в испытательной лаборатории, метрологический класс стеклянной посуды становится важным. В этом случае метрологическая степень может быть определена как по доверительному интервалу вокруг номинального значения измерительных меток, так и по прослеживаемости калибровки по стандарту NIST. Периодически может возникнуть необходимость проверять калибровку лабораторной посуды. ^[10]

Растворенный кремнезем

Лабораторная посуда состоит из кремнезема. Кремнезем считается нерастворимым в большинстве веществ, за некоторыми исключениями, такими как плавиковая кислота . Несмотря на то, что небольшое количество кремнезема нерастворимо, оно растворяется , что может повлиять на высокую точность и низкопороговые измерения кремнезема в воде. ^[11]

Очистка

Мытье лабораторной посуды в посудомоечной машине

Очистка лабораторной посуды иногда необходима и может осуществляться несколькими методами. Стеклянную посуду можно замочить в растворе моющего средства, чтобы удалить жир и ослабить большинство загрязнений. Эти загрязнения затем очищают щеткой или губкой для удаления частиц, которые невозможно смыть. Прочная стеклянная посуда может выдержать обработку ультразвуком в качестве альтернативы чистке. Для некоторых чувствительных экспериментов стеклянную посуду можно замачивать в растворителях, таких как царская водка или слабые кислоты, чтобы растворить следовые количества определенных загрязнений, которые, как известно, мешают эксперименту. После завершения очистки стеклянную посуду обычно трижды ополаскивают, прежде чем подвешивать ее вверх дном на сушильные стойки. ^[12]

Примеры

Существует множество разновидностей лабораторной посуды:

Примеры стеклянной тары включают в себя:

• Мензурки представляют собой простые контейнеры цилиндрической формы, используемые для хранения реагентов или образцов .
• Колбы представляют собой стеклянные контейнеры с узким горлышком, обычно конической или сферической формы, используемые в лаборатории для хранения реагентов или образцов. Примеры колб включают колбу Эрленмейера , колбу Флоренции и колбу Шленка .
• Бутылки для реагентов — это контейнеры с узкими отверстиями, обычно используемые для хранения реагентов или образцов. Маленькие бутылочки называются флаконами .
• Банки представляют собой цилиндрические емкости с широкими отверстиями, которые можно герметично закрыть. Колпаковые банки используются для хранения вакуумов.
• Пробирки используются химиками для хранения, смешивания или нагревания небольших количеств твердых или жидких химикатов, особенно для качественных экспериментов и анализов.
• Эксикаторы стеклянной конструкции используются для сушки материалов или сохранения материала сухим.
• Стеклянные испарительные чашки , такие как часовые стекла , в основном используются в качестве испаряющей поверхности (хотя их можно использовать и для покрытия стакана).
• Чашка Петри — это плоская чашка, наполненная питательным желатином, который позволяет микроорганизмам быстро расти. Чашка Петри названа в честь изобретателя Юлиуса Петри в 1880-х годах.
• Предметные стекла для микроскопа представляют собой тонкие полоски, используемые для удержания предметов под микроскопом.

Примеры стеклянной посуды, используемой для измерений, включают:

• Градуированные цилиндры — это тонкие и высокие цилиндрические емкости, используемые для измерения объема.
• Мерные колбы предназначены для измерения определенного объема жидкости.
• Бюретки похожи на градуированные цилиндры, но имеют клапан на конце, используемый для диспергирования точного количества жидких реагентов, часто для титрования. ^[13]
• Стеклянные пипетки используются для переноса точного количества жидкости.
• Стеклянные эбуллиометры используются для точного измерения температуры кипения жидкостей. ^[14]

Другие примеры стеклянной посуды включают:

• Стержни для перемешивания представляют собой стеклянные стержни, используемые для смешивания химических веществ.
• Конденсаторы используются для конденсации паров путем их охлаждения и превращения в жидкость. ^[15]
• Для перегонки путем нагревания применяют стеклянные реторты , имеющие колбу с длинным изогнутым носиком. ^[16]
• Сушильные пистолеты используются для освобождения образцов от следов воды и других примесей. ^[17]

Рекомендации

1. Расмуссен, Сет С (16 декабря 2019 г.). «Краткая история раннего кварцевого стекла: влияние на науку и общество». Содержание : 125 – 138 страниц. doi :10.13128/СУБСТАНЦИЯ-267.
2. Эспахангизи, Киджан (2015). «От топоса до ойкоса: стандартизация стеклянной тары как эпистемические границы в современных лабораторных исследованиях (1850–1900)» (PDF) . Наука в контексте . 28 (3): 397–425. дои : 10.1017/S0269889715000137. PMID  26256505. S2CID  45645118.
3. Джексон, Кэтрин М. (01 марта 2015 г.). «Чудесные свойства стекла»: Калиаппарат Либиха и практика химии стекла». Исида . 106 (1): 43–69. дои : 10.1086/681036. ISSN  0021-1753. PMID  26027307. S2CID  8478216.
4. «Химические манипуляции; инструкции для студентов-химиков по методам проведения демонстрационных или исследовательских экспериментов с точностью и успехом / Майкл Фарадей». Приветственная коллекция . Проверено 25 марта 2022 г.
5. Эспахангизи, Киджан (10 августа 2015 г.). «От топоса до ойкоса: стандартизация стеклянной тары как эпистемические границы в современных лабораторных исследованиях (1850–1900)». Наука в контексте . 28 (3): 397–425. дои : 10.1017/s0269889715000137. hdl : 20.500.11850/103657 . ISSN  0269-8897. PMID  26256505. S2CID  45645118.
6. Дженсен, Уильям (2006). «Происхождение пирекса». Журнал химического образования . 83 (5): 692. Бибкод : 2006JChEd..83..692J. дои : 10.1021/ed083p692.
7. Доннелли, Алан (март 1970 г.). «История лабораторной посуды». Лабораторная медицина . дои : 10.1093/labmed/1.3.28.
8. Су-Джин Пак, Мин-Кан Со (2011). «Элемент и обработка». Интерфейс науки и технологий . 18 : 431–499. дои : 10.1016/B978-0-12-375049-5.00006-2. ISBN 9780123750495.
9. Бхаргава, Хемендра (1977). «Улучшенное извлечение морфина из биологических тканей с использованием силиконизированной стеклянной посуды». Журнал фармацевтических наук . 66 (7): 1044–1045. дои : 10.1002/jps.2600660738. ПМИД  886442.
10. Кастанейра, И. (2006). «Обеспечение качества мерной стеклянной посуды для определения витаминов в пищевых продуктах». Пищевой контроль . 17 (9): 719–726. doi : 10.1016/j.foodcont.2005.04.010.
11. Чжан, Цзя-Чжун (1999). «Лабораторная посуда как загрязнитель при силикатном анализе проб природной воды». Исследования воды . 33 (12): 2879–2883. дои : 10.1016/s0043-1354(98)00508-9 .
12. Кампос, MLAM (2007). «Растворенный органический углерод в дождевой воде: обеззараживание стеклянной посуды и сохранение проб, а также летучий органический углерод». Атмосферная среда . 41 (39): 8924–8931. Бибкод : 2007AtmEn..41.8924C. doi :10.1016/j.atmosenv.2007.08.017.
13. Хини, Пол (26 августа 2020 г.). «Что такое бюретка?». Мир исследований и разработок .
14. «Эбуллиометр». Монаш Научный .
15. Абдулвахаб, Абдулкарим. «Экспериментальное исследование материала конденсатора в системе кондиционирования». Наука Директ .
16. «Реторта». Национальный музей американской истории .
17. Селла, Андреа (28 сентября 2009 г.). «Классический комплект: сушильный пистолет Абдерхальдена». Химический мир .

Внешние ссылки

• Смитсоновский институт науки под стеклом
• Стеклянная посуда для химической лаборатории на сайте About.com. Архивировано 7 февраля 2013 г. на Wayback Machine.
• Как очистить стеклянную посуду