科学是知识的分支,它结合了对物理和自然现象的有组织的研究。化学科学包括在观察和实验的帮助下对我们周围物质的行为研究。大多数国家的学校化学科学课程包括两部分:理论和实践。理论以文字形式为学生提供知识,而实践则将理论与物理现实联系起来。实验是化学科学的重要组成部分,因为它有助于更详细地理解化学物质的复杂相互作用。为进行这些实验提供受控环境的通用设施在学校、机构或任何其他组织中以实验室的名称而闻名。在化学实验室工作时,一个人遇到了几种进行实验所需的仪器。了解这些设备的功能至关重要,因为无效不仅会增加实验错误的风险,还会造成潜在的实验室危害。以下是常用化学实验室设备的列表,以及它们的用途。
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在化学实验室工作总是令人兴奋和有启发性的;然而,它伴随着暴露于有害化学物质的潜在危险。因此,在进入化学实验室之前,始终建议穿戴适当的装备,也称为个人防护设备 (PPE)。在化学实验室工作的安全装备主要包括三件事:
护目镜: 顾名思义,护目镜可确保您的眼睛安全。它们是最重要的安全装备之一,因为眼睛是人体最脆弱的部位。酸等几种化学物质可能会对视力造成严重伤害,例如眼皮疹或永久性视力丧失。
实验室外套: 实验室外套不仅是医学和化学专业人员的通用制服,而且具有非常明确的用途。及膝外套可确保身体和衣物免受意外溢出和有害化学物质飞溅的影响。此外,在发生火灾或污染等紧急情况时,实验服可以比普通衣服更容易、更快速地脱下。
乳胶/丁腈手套: 酸等化学物质具有很强的反应性,与此类化学物质的物理接触会导致严重烧伤。乳胶或丁腈手套可作为人体皮肤之间的屏障,保护皮肤免受灼伤、感染和危险化学品造成的污染。
烧杯是化学实验室中最常用的实验室仪器之一。它们是圆柱形的,底部平坦,顶部有一个用于倾倒化学品的小喷口。烧杯通常由硼硅酸盐玻璃或塑料制成。虽然塑料烧杯仅用于混合化学品,但玻璃烧杯具有高热稳定性,也可用于加热化学品。此外,与塑料烧杯相比,玻璃烧杯在内容可见性和测量方面提供了更高的清晰度。烧杯有多种尺寸,容量从 5 毫升到 10000 毫升不等。烧杯通常用于盛放、混合和加热单个化学品或化学品混合物。
试剂瓶,有时也称为培养基瓶,是专门设计的容器或容器,用于盛装液体或粉末形式的化学品。它们有各种尺寸、形状,通常由玻璃或塑料制成。虽然大多数是透明玻璃容器,但一些试剂瓶是琥珀色(光化)、棕色或红色,以保护光敏化合物免受可见光、紫外线和红外线辐射。
烧瓶是化学实验室中使用的一类玻璃器皿。它们有多种形状和尺寸,每一种都有与之相关的特定用途。让我们来看看化学实验室中使用的几种烧瓶。
锥形瓶,又称锥形瓶,是一种玻璃器皿,由锥形体、平底和圆柱形颈部组成。它是化学实验室中进行各种实验,如滴定、过滤、结晶等最常用的烧瓶之一。它于1860年首先由德国化学家Emil Erlenmeyer获得专利。Erlenmeyer 烧瓶的倾斜侧面和宽底使其成为完美的锥形容器,可通过旋转混合化学品而没有任何溢出风险。此外,锥形瓶的圆柱形颈部可以容纳一个玻璃塞,它还为安装漏斗提供支撑。根据应用,锥形瓶可以有刻度或无标记。此外,它还可用于加热和煮沸用途。
顾名思义,圆底烧瓶是一件具有球形底部和圆柱形颈部的实验室玻璃器皿。烧瓶的圆形底部为容器周围的热量均匀分布提供了合适的表面积。因此,它通常用于需要对化学成分进行均匀加热或沸腾的实验。此外,圆柱形颈部可以支撑漏斗并容纳玻璃塞。圆底烧瓶常与砂浴、水浴、旋转蒸发仪等其他加热设备配套使用,广泛用于实验室规模的其他化学品合成;但是,它不能像锥形瓶那样通过旋转提供混合效果。在混合圆底烧瓶中的内容物时,机械搅拌器或玻璃棒会派上用场。
容量瓶是主要用于制备溶液的实验室玻璃器皿之一。它由一个平底圆锥形灯泡组成,该灯泡连接到一个细长的颈部,带有一个雕刻环,用作指示特定体积的标记。因为它的标记指定了精确的体积测量,所以烧瓶也被称为量筒或量瓶。要制备溶液,请将溶质放入容量瓶中,然后加入足够的溶剂使其溶解。之后,使用移液器或滴管小心地添加溶剂,直到溶液达到蚀刻标记。标记表示所需的溶液体积。重要的是要注意容量瓶已针对容量瓶上指示的特定温度进行校准。此外,烧瓶上有一个数字,以确定合适的玻璃塞的大小。容量瓶通常由透明的硼硅酸盐玻璃或塑料制成;尽管如此,实验室还是使用琥珀色的容量瓶来制备光敏溶液。
蒸煮瓶是一种形状奇特的密闭玻璃器皿,带有弯曲的颈部。尽管目前的化学实验室不再使用蒸馏瓶,但它们已被包括 Antoine Lavoisier 和 Jöns Berzelius 在内的几位著名化学家用于进行蒸馏过程。今天,冷凝器已经取代了蒸馏瓶,成为一种更方便的设备。尽管如此,蒸馏烧瓶仍可在市场上买到,并可用于非复杂蒸馏。
布氏烧瓶是一种化学实验室玻璃器皿仪器,看起来几乎与锥形烧瓶相同,但壁厚且靠近嘴的软管倒钩。它通常用于溶液的真空过滤或蒸馏。布氏烧瓶的厚壁使其足够坚固,可以抵抗压力差,同时保持内部真空。它以其发ming者 Ernst Wilhelm Büchner 的名字命名,他是一位德国工业化学家,也因发ming布氏漏斗而闻名。其他名称包括真空瓶、过滤瓶、吸瓶、侧臂瓶和北里瓶。与 Büchner 漏斗一起使用时,与传统方法相比,它可以在真空下进行更快的过滤。
顾名思义,梨形烧瓶是实验室玻璃器皿,底部呈V字形,形似倒梨。它通常在有机化学中用于多种加热目的,例如使用旋转蒸发器将溶液蒸发至合成后干燥并去除浓缩样品。
凯氏烧瓶是一种化学实验室玻璃器皿,类似于容量瓶,但底部是圆形而不是锥形。这个烧瓶是由丹麦著名科学家 Johan Gustav Christoffer Thorsager Kjeldahl 在 19 世纪设计的,用于使用他设计的凯氏定氮法来评估有机化合物中的氮浓度。在消化阶段,烧瓶的超长颈部用作空气冷凝器,减少蒸汽的截留。
schlenk 烧瓶是一种用于进行厌氧反应的实验室玻璃器皿。它是一个带有梨形或球形底部的烧瓶,颈部附近有一个侧臂,用于填充或排出惰性气体。用惰性气体冲洗烧瓶是改变烧瓶环境的典型方法。这是通过通过其侧臂冲洗烧瓶或使用连接到气体管线的宽孔针来实现的。烧瓶的内容物通过烧瓶的颈部流出烧瓶。针头方法的优点是能够将针头朝向烧瓶底部放置,以更好地冲洗烧瓶的环境。
在化学实验室中,试管是使用最广泛的玻璃器皿仪器之一。它是一个圆形底部的圆柱形容器,用于在实验过程中盛放化学品。由于其高热稳定性,试管可用于加热或煮沸化学样品。加热时,必须将试管保持在 45 度角,这样在窄管内形成的气体可以很容易地逸出,而不会导致热液体喷出。
沸腾管是一种玻璃器皿,看起来类似于试管,但尺寸要大 50%。顾名思义,沸腾管用于煮沸化学品。与试管不同,沸腾管由耐热玻璃制成,这种材料具有出色的热稳定性,可以将它们加热到比硼硅酸盐玻璃试管高得多的温度。
离心管是带有盖子的圆柱形容器,用于离心机中以分离溶液的成分。离心管是带有弯曲尖端的小型试管,可以由玻璃或塑料制成。吸头的设计可能因化学样品中的固体、生物分子和不溶性物质的类型而异。
长梗漏斗,也称为蓟漏斗,是一种实验室玻璃器皿,带有长管轴和顶部带有喇叭形边缘的储液灯泡。这些漏斗可以在现有系统或设备中精确放置少量化学品,从而更容易将新材料添加到滴定管和窄颈容器中。长梗漏斗漏斗减少了反应发生过快和溢出的可能性。
毛细管是化学实验室常用的计算化学物质熔点温度的仪器。它是一种细管,内径从 0.5 毫米到 3 毫米不等,长度从 1 毫米到 6 毫米不等。它们用于将待测熔点的化学物质样品固定在熔点仪或噻勒管内。
熔管是一种实验室管,其功能类似于沸腾管,但它更小更薄。用于进行钠熔解试验(拉赛因试验)等实验,或通过对少量样品进行过度加热来确定物质的熔点/沸点。由于熔接管在加热后会被分解,因此它们由更薄的玻璃制成。
熔点测定管是一种用于测定有机化合物熔点的实验室玻璃器皿。它看起来像一个普通的玻璃试管,附在一个形成三角形的 V 形手柄上。熔点测定管的结构提供了围绕三角形区域的对流热量,从而将来自火焰的热量均匀快速地分布在整个取暖油中。将样品浸入从一侧封闭的毛细管内的油浴中,然后借助具有出色热稳定性的弹性带将毛细管连接到温度计上。熔点是样品开始熔化时在温度计上测得的温度。
试管架是一种在加热试管时用来固定试管的装置。它提供了人的手和试管之间的安全距离,保护皮肤免受化学品溢出造成的意外灼伤。
试管架由一个穿孔板组成,该穿孔板布置在塑料或金属的普通板上,将试管保持在直立位置。此外,一些试管架还带有将试管保持在倾斜位置的空间。它们专门用于需要使用多个试管的实验或当试管必须长时间不受干扰地存放时。
离心机是一种根据密度分离液体、气体或液体的实验室设备。通过快速旋转含有该物质的离心管来完成分离。离心机基于沉降原理,尽管该过程比自然沉降要高效和快速得多。在高速旋转引起的重力(g-force)的影响下,物质根据密度分离。离心机还可用于收集细胞、沉淀 DNA、纯化病毒颗粒和识别分子构象的微小变化。如今,研究设施和实验室配备了多种类型的离心机,能够利用各种转子。
顾名思义,实验室摇床是一种实验室设备,用于通过摇晃化合物来混合、混合或搅拌化合物。它包含一个振动板,可容纳装有化学化合物的试管或烧瓶。
磁力搅拌器是一种利用电磁力搅拌化学溶液的装置。将磁力搅拌棒插入装有溶液的烧瓶中,然后将其放置在磁力搅拌器的热板上。在容器下方产生的振荡电磁场驱动搅拌棒的旋转运动。这种搅拌方法比传统的用玻璃棒搅拌更有效、更快速、更卫生。
滤纸是一种半透性纸,用于化学实验室,用于从液体溶液中分离固体杂质或成分。它们通常由纤维素制成,其毛细管功能在分离细小的固体杂质时派上用场。
漏斗是一种锥形装置,用于将液体从一个容器倒入另一个容器,而不会有溢出的风险。它们通常由玻璃和塑料制成,有多种尺寸,可用于任何需要将化学溶液倒入烧瓶、试管、烧杯和其他容器中的过程。它们也可以与滤纸一起使用,以滤除溶液中的杂质。
过滤漏斗是一种实验室玻璃器皿,用于过滤化学溶液中的固体杂质。它们由一个锥形主体组成,该主体与中间有筛子的圆柱形管相连。为了提高过滤过程的效率,滤纸也可以加入到该过程中。
分液漏斗或分液漏斗是一种实验室玻璃器皿,用于分离两种密度相似的不混溶液体。它是一种锥形装置,具有半球形头部、圆柱形管出口和称为旋塞的聚四氟乙烯塞。它有各种尺寸,容量从 30 毫升到 3 升不等。因其在溶剂萃取技术中的应用而在有机化学中广为人知,俗称液-液萃取技术。该技术基于化合物相对溶解度的概念。例如,油等有机化合物不能与水等极性溶剂充分混合,因此可以使用分液漏斗进行分离。水会沉淀在分液漏斗中,因为它比油密度大,而油会浮在上面。
滴液漏斗是一种实验室玻璃器皿,可在将液体从一个容器转移到另一个容器时提供受控的液体流动。它通常呈圆柱形,底部有一个旋塞阀,位于开口出口之前。一些滴液漏斗还带有一个额外的压力平衡管,可确保流动,尤其是在处理对空气敏感的化学品时。滴液漏斗特别用于进行那些需要逐滴或缓慢添加试剂的化学反应。
布氏漏斗是一种用于实验室的过滤设备。它通常由瓷器、玻璃或塑料制成。它经常与布氏烧瓶一起使用以进行过滤过程。使用布氏漏斗过滤比基于重力的过滤更快。Büchner 漏斗由圆柱形头部制成,圆柱形头部通过过滤网连接到锥形烧瓶上。
研钵和杵是古老的工具,用于将成分或物质粉碎和研磨成稀糊状或粉末。它们在化学实验室中用于将化学晶体或片剂研磨成粉末或糊状。
洗瓶是一种普通的塑料瓶,附在带有螺旋盖的喷嘴上,用于在使用后或使用前冲洗各种实验室玻璃器皿,例如试管和圆底烧瓶。
表面皿是一种圆形凹面玻璃器皿,用于化学实验室的各种应用。其中包括用于蒸发液体、在称重时保持固体、加热少量物质以及用作烧杯盖的表面。这种应用通常用于防止灰尘和其他颗粒进入烧杯;然而,表玻璃并没有完全密封烧杯,允许发生气体交换。
坩埚是一种陶瓷或金属罐状容器,用于熔化金属和其他固体化合物。它们有多种形状和尺寸,由可以承受高温的材料制成。例如,工业级坩埚由氧化铝、碳化硅、石英或水冷铜等材料制成,而实验室级坩埚通常由粘土制成。
钳子是一种类似剪刀的工具,用于夹住和抬起物体,避免被烫伤的风险。它们用于在加热、转移蒸发皿或从反应容器中取出小物体后固定坩埚。
环形支架是一种支撑设备,用于固定其他实验室仪器,如烧杯、烧瓶、滴定管等。它由一个重型冲压钢底座组成,钢棒垂直竖立在钢底座上。各种夹持设备(例如环和夹具)以所需的高度拧到钢棒上,以夹持目标设备。
冷凝器是一种用于引起冷凝的实验室设备,即将蒸汽变成液体。它们用于执行从蒸馏到回流溶剂的多种化学过程。冷凝器通常由一个大玻璃管和一个横跨其整个长度的较小玻璃管组成,热蒸汽通过该玻璃管并冷凝成液体。下面我们来看看化学实验室常用的一些冷凝器。
李比希冷凝器用于将气体冷却和冷凝成液体,这通常是化学蒸馏过程的一部分。冷凝柱由一根直玻璃管组成,气体流过该玻璃管,周围有一个水套,有助于冷却气体。这种冷凝器以德国化学家 Justus Baron von Liebig 的名字命名。
格雷厄姆冷凝器是一种与李比希冷凝器非常相似的装置,不同之处在于它包含一个围绕蒸汽流过的内管的螺旋盘管。螺旋结构提供更大的表面积以用作汽液冷凝路径。尽管格雷厄姆冷凝器可用于多种蒸馏配置,但建议将其与凯氏蒸馏灯泡结合使用以提高蒸馏效率。
杜瓦冷凝器是一种快速冷却低沸点挥发性溶剂的设备,例如氯仿、二乙胺和二氯甲烷。杜瓦冷凝器顶部有一个大开口,可以更轻松地添加干冰、液氮和丙酮等冷却剂组合。杜瓦冷凝器通常由硼硅酸盐玻璃制成,它具有比普通玻璃更强的抗热震性和极高的耐化学性。杜瓦冷凝器还具有底部内部接头和用于连接软管的软管接头。
索氏装置是一种用于从固体材料中提取脂质和其他所需化合物的实验室设备。该设备由各种部件组成,每个部件在提取过程中都有特定的用途。根据固体样品的化学性质(例如极性),将合适的溶剂放入圆底烧瓶中,随后将其加热以将溶剂转化为蒸气形式。样品固体被放置在索氏提取室内的索氏套管内。索氏提取室是索氏装置的主要部分,位于圆底烧瓶和回流冷凝器之间。蒸发的溶剂从圆底烧瓶上升,通过索氏萃取室的蒸汽管,进入回流冷凝器。在回流冷凝器内,蒸气液化并落在装有固体样品的套管上。然后液体溶剂渗透固体样品并提取脂质,同时通过虹吸管返回圆底烧瓶。重复此过程,直到从样品中提取所需化合物。这种脂质提取方法具有额外的好处,即允许在提取过程中重复使用溶剂。食品检测、生物燃料和环境研究是索氏萃取的一些实际应用。重复此过程,直到从样品中提取所需化合物。这种脂质提取方法具有额外的好处,即允许在提取过程中重复使用溶剂。食品检测、生物燃料和环境研究是索氏萃取的一些实际应用。重复此过程,直到从样品中提取所需化合物。这种脂质提取方法具有额外的好处,即允许在提取过程中重复使用溶剂。食品检测、生物燃料和环境研究是索氏萃取的一些实际应用。
色谱法是指用于分离混合物的一系列实验室技术。它需要使溶解的混合物通过固定相,该固定相根据流动相和固定相之间的差异分配将待测量的分析物与混合物中的其他分子分开。柱色谱法是一种根据化学物质的极性或疏水性纯化化学物质的方法。基于分子混合物在流动相和固定相之间的差异分配,分子混合物在柱色谱中被分离。此过程中使用的设备称为色谱柱。它是一根长长的圆柱形玻璃管,末端有一个水龙头。管的底部填充有棉花或玻璃棉塞或玻璃粉以将固相固定到位。
气体注射器是一种实验室玻璃器皿,用于从封闭系统中注入或去除一定体积的气体,以及量化化学反应产生的气体体积。气体注射器在外观上类似于普通注射器。然而,气体注射器的内腔是由磨砂玻璃制成的,这种玻璃的表面经过磨光以实现平坦但粗糙(无光泽)的纹理。注射器筒也有磨砂玻璃表面。针筒的磨光表面很容易在注射器腔的磨砂玻璃表面内滑动,摩擦力最小。这些毛玻璃表面的紧密匹配也提供了足够的气密性密封。
滴管,有时称为滴管,是化学实验室中用于转移极少量液体的设备。它们的顶部有一个可压缩的灯泡,有助于液体的流动。
量筒,也称为量筒或量筒,是一种细长的容器,用于测量化学实验室中液体的体积。它们有各种尺寸,体积从 5 毫升到几升不等。大型量筒通常由聚丙烯制成,因为它具有出色的耐化学性,或者由聚甲基戊烯制成,因为它具有透明性,这使得它们比玻璃更轻且不易碎。量筒包含一个坚固的底座或底座以保持稳定性和一个喷口,以便倒出内容物。一些玻璃钢瓶包含塑料缓冲器或塑料环,以帮助防止钢瓶因不稳而翻倒时意外破裂。
带刻度的移液管是一种经过校准的长管,在实验室中用于测量从一个容器转移到另一个容器的液体体积。移液器侧面是一个体积刻度,显示从吸头到该点的体积。刻度移液器根据其准确度等级进行分类。容量较小的移液器通常比容量较大的移液器更精确。
容量移液器是一种经过校准的设备,可以将特定体积的液体从一个容器转移到另一个容器。与刻度移液器不同,容量移液器上没有刻任何刻度标记;然而,它们在顶部附近确实有一个环形标记,中间有一个球状膨胀,通常在其上刻有从尖端到环形的体积。
滴定管是一根底部带有水龙头的长圆柱形管,通常借助夹子安装在支架上。该设备广泛用于在试剂的体积分析或滴定过程中提供受控的试剂流量。滴定管侧面刻有体积刻度,可提供正态方程的体积读数。
抹刀是用于在化学实验室中搬运、混合或涂抹固体或糊状材料的工具。它们有各种形状和尺寸,通常由不锈钢制成。它们可以抵抗与沸水、酸、碱和大多数溶剂接触而导致的变质。为了更容易处理,其中一些具有聚氯乙烯塑料手柄或固定硬木手柄。
实验室温度计是一种用于精确测量温度或温度变化的设备。传统的实验室温度计由底部填充有水银的细长玻璃管组成,可响应温度变化。但是,在现代实验室中,也可以找到双金属片、电子热敏电阻温度计或红外 (IR) 设备等温度计。实验室温度计可用于多种科学目的,包括确定物质的熔点和沸点,以及确定反应条件。
本生灯是一种燃气燃烧器,旨在提供具有所需强度的单一火焰。燃烧器的筒体或烟囱安装在一个平坦的底座上,该底座包含一个软管倒钩、一个燃气阀和一个空气窗。本生灯通常使用天然气(主要是甲烷)或液化石油气。
实验室三脚架是一个三足平台,用于支撑在本生灯上加热的容器。它由不锈钢或铝等轻金属制成,设计轻巧且便于携带。
金属丝网,也称为金属丝网,是一种金属丝交织的片材,位于烧杯和三脚架之间。由于玻璃器皿不能直接加热,因此使用金属丝网来分散火焰中的热量。石棉陶瓷层通常包含在金属丝网的中心,因为它具有耐热性。
蒸发皿,又称瓷盘,是一种类似坩埚的碗状器具,用于蒸发液体物质。它用于那些需要消除多余溶剂以获得浓缩溶液或溶解组分的固体沉淀物的实验中。蒸发皿通常由瓷器制成,体积范围从 3 毫升到 10 毫升不等。
培养皿是一种浅而透明的圆柱形管,通常用于进行生化反应。它通常由耐热硼硅酸盐玻璃组成,并配有一个盖子,以保护样品免受污染。
水浴是化学实验室中最重要的设备之一。它是一种用于对易燃化学样品进行恒温加热的装置。实验室水浴槽通常由加热组件、容纳水和样品的不锈钢室以及用户界面组成。一些水浴具有额外的功能,例如循环水以保持一致的温度或振动水浴以保持样品在烹饪时移动。
基普发生器是化学实验室用来制备硫化氢气体、二氧化碳气体和氢气等气体的设备。它由荷兰药剂师 Petrus Jacobus Kipp 于 1844 年左右发ming。该设备通常由玻璃或聚乙烯制成,由三个层层叠叠的腔室组成。液体试剂通过顶部腔室倾倒,顶部腔室通过穿过中间腔室的管连接到底部腔室。当底部腔室完全充满时,中间腔室的旋塞打开片刻以排出空气。然后液体试剂上升到中间腔室并与固体试剂反应产生必要的气体,然后可以通过旋塞排出。
熔点仪是用来测定化合物熔点的装置。上述熔点测定管是一种熔点装置。其他类型可能包括 Fischer-Jhon 装置、Gallenkamp(电子)熔点装置和自动熔点装置。与熔点测定管不同,这些设备不需要油或任何其他化学物质来确定给定物质的熔点,而是在毛细管的帮助下将样品直接放置在设备内部。
数字天平是一种用于测量化学实验室中化学试剂重量的设备。它们非常敏感,甚至可以重达 0.001 克的物质。出于这个原因,它们会定期校准并通常保存在玻璃墙内。称量物质时,墙壁应保持靠近,以减少测量中的任何误差。
数字色度计是化学实验室中使用的一种设备,通过测量给定溶液对特定波长的光的吸光度来确定已知溶质的浓度。数字色度计的工作原理是比尔-兰巴特定律,该定律指出溶液对光的吸收与溶液的浓度成正比。该设备包括一个光敏电阻,用于监测样品的透光率或吸光度,然后用于计算浓度。