Введение
Разнообразное оборудование, обычно изготавливаемое из стекла, применяемое для научных экспериментов. Лабораторная стеклянная посуда охватывает широкий спектр оборудования, используемого в научных исследованиях и традиционно изготавливаемого из стекла. Стекло можно выдувать, гнуть, резать, отливать и придавать ему различные размеры и формы, что делает его распространенным материалом в химических, биологических и аналитических лабораториях. Многие лаборатории проводят обучение по правилам использования стеклянной посуды и предупреждают начинающих пользователей об опасностях, связанных с ее применением.
Laboratory glassware refers to a variety of equipment used in scientific work, and traditionally made of glass. Glass can be blown, bent, cut, molded, and formed into many sizes and shapes, and is therefore common in chemistry, biology, and analytical laboratories. Many laboratories have training programs to demonstrate how glassware is used and to alert first–time users to the safety hazards involved with using glassware.
Древняя эпоха
История стеклянной посуды восходит к финикийцам, которые сплавляли обсидиан в кострах, создавая первые стеклянные изделия. Стеклянная посуда развивалась по мере того, как другие древние цивилизации, включая сирийцев, египтян и римлян, совершенствовали искусство стеклоделия. Марию-еврейку, алхимика из Александрии I века нашей эры, считают создательницей одних из первых стеклянных приборов для химических целей, таких как керотакис, который использовался для сбора паров от нагреваемого материала. Несмотря на эти изобретения, применение стеклянной посуды в химии в то время было ограничено из-за недостаточной теплостойкости, необходимой для экспериментов, поэтому её в основном изготавливали из меди или керамики. В XIX веке всё больше химиков стали признавать важность стеклянной посуды благодаря её прозрачности и возможности контролировать условия экспериментов. Йёнс Якоб Берцелиус, изобретатель пробирки, и Майкл Фарадей внесли вклад в развитие химического стеклодувного дела. Фарадей опубликовал книгу «Химические манипуляции» в 1827 году, в которой подробно описал процесс создания различных видов стеклянной посуды из трубок и некоторые экспериментальные методы для работы с трубками. Берцелиус написал аналогичный учебник под названием «Химические операции и аппаратура», в котором представил различные техники химического стеклодувного дела. После разработки боросиликатного стекла Отто Шоттом в конце XIX века большая часть лабораторной стеклянной посуды производилась в Германии до начала Первой мировой войны. До Первой мировой войны производители стекла в Соединенных Штатах испытывали трудности в конкуренции с немецкими производителями лабораторной посуды, поскольку лабораторная посуда классифицировалась как учебный материал и не подлежала импортным пошлинам. Во время Первой мировой войны поставки лабораторной стеклянной посуды в Соединенные Штаты были прерваны.
Выбор лабораторной стеклянной посуды
Лабораторная стеклянная посуда обычно подбирается ответственным за конкретный лабораторный анализ, исходя из требований поставленной задачи. Для выполнения задачи может потребоваться посуда, изготовленная из определенного типа стекла. Задача может быть легко решена с использованием недорогой серийной посуды, либо может потребовать специализированного изделия, изготовленного стеклодувом. Задача может требовать контроля потока жидкости. Также задача может предъявлять особые требования к контролю качества.
Тип стекла
Лабораторная стеклянная посуда может быть изготовлена из нескольких типов стекла, каждый из которых обладает различными свойствами и предназначен для разных целей. Боросиликатное стекло – это прозрачный тип стекла, состоящий из оксида бора и диоксида кремния, его основная характеристика – низкий коэффициент теплового расширения, что делает его более устойчивым к термическому шоку, чем большинство других видов стекла. Кварцевое стекло выдерживает очень высокие температуры и прозрачно в определенных частях электромагнитного спектра. Темно-коричневое или янтарное (актиническое) стекло блокирует ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Стекло с толстыми стенками предназначено для работы под давлением. Фриттованное стекло – это мелкопористое стекло, через которое могут проходить газы или жидкости. Покрытая стеклянная посуда подвергается специальной обработке для снижения риска поломки или разрушения. Силанизированная (силиконизированная) стеклянная посуда обрабатывается специальным образом, чтобы органические образцы не прилипали к стеклу.
Научное вдувание стекла
Научное стеклодувление, которое практикуется в некоторых крупных лабораториях, — это специализированная область стеклодувного искусства. Научное стеклодувление включает в себя точный контроль формы и размеров стекла, ремонт дорогостоящей или труднозаменимой лабораторной посуды, а также соединение различных стеклянных деталей. Многие детали доступны в виде припаянных к стеклянной трубке элементов для создания высокоспециализированной лабораторной посуды.
Контроль потока жидкости
При использовании стеклянной посуды часто необходимо контролировать поток жидкости. Обычно его останавливают пробкой. Жидкость может транспортироваться между соединенными элементами стеклянной посуды. Типы соединительных компонентов включают стеклянные трубки, Т-образные соединители, Y-образные соединители и стеклянные адаптеры. Для герметичного соединения используется шлифованный стеклянный соединение (возможно, усиленное методом зажима, например, клипсами Кека). Другой способ соединения стеклянной посуды – использование штуцера и гибкой трубки. Поток жидкости можно выборочно переключать с помощью клапана, наиболее распространенным типом которого является краник, припаянный к стеклянной посуде. Для ограничения потока жидкости могут использоваться клапаны, полностью изготовленные из стекла. Жидкость или любой текучий материал можно направлять в узкое отверстие с помощью воронки.
Метрология
Лабораторная стеклянная посуда может использоваться для высокоточных объемных измерений. При высокоточных измерениях, таких как те, что проводятся в испытательной лаборатории, важным становится метрологический класс посуды. Метрологический класс определяется как доверительным интервалом вокруг номинального значения отметок измерения, так и прослеживаемостью калибровки к стандарту NIST. Периодически может потребоваться проверка калибровки лабораторной стеклянной посуды.
Растворенный кремний
Лабораторная стеклянная посуда состоит из диоксида кремния, который считается нерастворимым в большинстве веществ, за исключением некоторых, таких как плавиковая кислота. Несмотря на нерастворимость, ничтожно малое количество диоксида кремния всё же растворяется, что может повлиять на высокоточные измерения содержания диоксида кремния в воде при низких концентрациях.
Уборка
Иногда требуется очистка лабораторной стеклянной посуды, которую можно проводить различными способами. Стеклянную посуду можно замачивать в моющем растворе для удаления жира и размягчения большинства загрязнений. Затем эти загрязнения удаляют щеткой или абразивной губкой для удаления частиц, которые невозможно смыть водой. Прочную стеклянную посуду можно подвергать ультразвуковой обработке в качестве альтернативы механической очистке. Для некоторых деликатных экспериментов стеклянную посуду замачивают в растворителях, таких как царская водка или слабые кислоты, для растворения следовых количеств специфических загрязнений, известных своим влиянием на результаты эксперимента. По завершении очистки обычно промывают посуду трижды, после чего её сушат, подвешивая вверх дном на сушильных стеллажах.