在藥學(xué)專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)新理念

胡馨 周振環(huán) 黃子豪

摘 ? ?要： 綠色化學(xué)理念越來越受到各高校的重視，將綠色化學(xué)理念不斷滲透到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有重要意義。本文對(duì)藥學(xué)專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系，即四大化學(xué)實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行分析，探討如何在高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)理念。

關(guān)鍵詞： 綠色化學(xué)理念 ? ?化學(xué)實(shí)驗(yàn) ? ?藥學(xué)專業(yè)

20世紀(jì)90年代，在環(huán)境與發(fā)展矛盾日益突出的形勢(shì)下，綠色化學(xué)作為新興交叉學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生，利用化學(xué)技術(shù)和方法減少甚至消滅對(duì)人類健康、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。綠色化學(xué)的理想是不再使用有毒、有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，它是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和優(yōu)良素質(zhì)的有利手段。藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與綠色化學(xué)聯(lián)系最為緊密，藥學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課大多與化學(xué)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)室是高校進(jìn)行教學(xué)和科研的重要基地，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要場(chǎng)所。但由于現(xiàn)有技術(shù)水平的限制，為了達(dá)到某些教學(xué)目的，不得不開設(shè)一些非綠色實(shí)驗(yàn)，由此而產(chǎn)生廢液、廢渣、廢氣。目前我國(guó)高校的各類藥學(xué)（化學(xué)）實(shí)驗(yàn)室就像一座座微型化工廠，每天排放著各種污染物，而且由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用試劑品種多，排放的污染物成分復(fù)雜，治理起來更加困難，并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成很大污染。因此，在高校藥學(xué)專業(yè)藥學(xué)（化學(xué)）實(shí)驗(yàn)課中滲透綠色化學(xué)理念已迫在眉睫[1]。

我校現(xiàn)行的藥學(xué)專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系是：無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)稱四大化學(xué)實(shí)驗(yàn)。將綠色化學(xué)新理念適時(shí)地滲透于四大化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中具有重要意義。

一、無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為藥學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后的第一門化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，在整個(gè)藥學(xué)教學(xué)過程中處于舉足輕重的地位，將綠色化學(xué)理念融入其中，不僅能保證學(xué)生具有良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而且能使學(xué)生在潛移默化中感受綠色化學(xué)的教育[2]。

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中廢液、廢渣的排放是不可避免的，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模诓挥绊憣?shí)驗(yàn)效果的前提下盡量使用低毒和無毒化學(xué)試劑替代有毒化學(xué)試劑以減少有毒試劑的排放。例如：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，沉淀離子及沉淀劑大部分使用的是Pb（NO■）■和K■CrO■，采用這些沉淀離子及沉淀劑現(xiàn)象比較明顯，但Pb、Cr是有毒重金屬，排放到水中會(huì)對(duì)水資源造成嚴(yán)重污染。為了既保留傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的精華，又減少實(shí)驗(yàn)廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，我們根據(jù)綠色化學(xué)理念及多相離子平衡的實(shí)驗(yàn)原理重新選擇沉淀離子及沉淀劑。對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比如下（表1）。

表1 ? ?傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比

結(jié)果表明：改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)效果也非常好，同樣達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模⑶覝p少了有毒物質(zhì)的使用和排放，實(shí)現(xiàn)了無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)可減少藥品的損耗，安全且可防止環(huán)境污染，此方法適用于模擬那些易燃、易爆危險(xiǎn)性較大的實(shí)驗(yàn)，以及演示某些常規(guī)所不允許的實(shí)驗(yàn)操作，如用啟普發(fā)生器制取乙炔等。

二、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化

大部分有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課采取傳統(tǒng)教學(xué)模式，即基本操作實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、合成實(shí)驗(yàn)，存在諸多弊端[3]。隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不斷更新與完善，充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，將有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)行綠色化，不僅能鍛煉學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作能力，而且可降低“三廢”的排放，減少對(duì)環(huán)境的污染。

首先，合理選擇和重組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不但滿足了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和科研能力的需要，而且體現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)綠色化的思想[4]。例如，將“由苯制備硝基苯”“鉻酸氧化法制備環(huán)己酮”等實(shí)驗(yàn)刪除，因?yàn)榇祟悓?shí)驗(yàn)中原料和產(chǎn)物的毒性較大，會(huì)通過皮膚進(jìn)入血液而引起中毒并且在體內(nèi)難以代謝。同時(shí)可增加“從茶葉中提取咖啡因”綠色化實(shí)驗(yàn)[5]，此實(shí)驗(yàn)中練習(xí)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)操作：回餾、蒸餾和升華，不僅訓(xùn)練了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，而且所用藥品和試劑無毒無污染。在達(dá)到應(yīng)有實(shí)驗(yàn)效果的同時(shí)減少了實(shí)驗(yàn)原料對(duì)環(huán)境的污染。

其次，利用半微量實(shí)驗(yàn)代替常量實(shí)驗(yàn)。在半微量化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，把化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”作為探究型課題，讓學(xué)生進(jìn)行探究，鼓勵(lì)他們對(duì)原有可能導(dǎo)致環(huán)境污染的常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)[6]，減少藥品用量，選用低毒試劑。

三、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化

分析化學(xué)是藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的必修課程，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)與其他實(shí)驗(yàn)一樣，在傳統(tǒng)的樣品采集、處理、測(cè)試中均會(huì)產(chǎn)生一些有毒有害或?qū)Νh(huán)境不友好的廢棄物。將綠色化學(xué)思想融于分析化學(xué)試驗(yàn)教學(xué)中，有效地減少實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)環(huán)境造成的污染，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化意識(shí)是高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)[7]。

將單個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)以串聯(lián)形式連起來，可最大限度地利用化學(xué)試劑。例如，重鉻酸鉀法測(cè)定鐵含量是一個(gè)非常經(jīng)典的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并且與實(shí)際聯(lián)系緊密，學(xué)生通過此實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步掌握氧化還原滴定法的基本原理。實(shí)驗(yàn)中所用的重鉻酸鉀非常穩(wěn)定、易提純并且氧化性適宜，適合用作滴定劑。為此，我們將重鉻酸鉀法測(cè)鐵含量和間接碘量法實(shí)驗(yàn)進(jìn)行串聯(lián)，在重鉻酸鉀法測(cè)鐵含量實(shí)驗(yàn)中用來潤(rùn)洗滴定管的重鉻酸鉀和滴定結(jié)束后剩余的重鉻酸鉀溶液進(jìn)行再利用，因?yàn)樵摬糠秩芤喝暂^純凈且濃度在一定范圍，作為廢液棄置非常浪費(fèi)。因此，可測(cè)定單獨(dú)收集的該部分重鉻酸鉀溶液的準(zhǔn)確濃度，作為間接碘量法中標(biāo)定Na■S■O■的基準(zhǔn)物質(zhì)。由此可見，串聯(lián)實(shí)驗(yàn)一方面可以減少藥品的浪費(fèi)，另一方面能夠相對(duì)降低對(duì)環(huán)境的污染。

四、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是繼普通物理、無機(jī)、分析等前修實(shí)驗(yàn)課后的一門綜合基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，是連接基礎(chǔ)學(xué)科、應(yīng)用學(xué)科和科學(xué)研究的橋梁，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生“綠色化學(xué)”意識(shí)具有直接作用[8]。

首先是實(shí)驗(yàn)裝置綠色化。在諸多物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫、測(cè)壓儀器都是大量含汞儀器。如在測(cè)量凝固點(diǎn)下降時(shí)使用的貝克曼溫度計(jì)、測(cè)定液體飽和蒸汽壓時(shí)使用的U型管水銀壓力計(jì)、測(cè)量大氣壓時(shí)使用的水銀氣壓計(jì)等。水銀是有毒有害的物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)過程中一旦操作不慎，發(fā)生泄露，將造成污染，危害學(xué)生和教師的健康。因此，可使用新型測(cè)溫測(cè)壓儀器，例如用數(shù)字式精密溫差測(cè)量?jī)x取代原有的貝克曼溫度計(jì);用數(shù)字式低真空測(cè)壓儀取代原有的U型管水銀壓力計(jì);用數(shù)字式氣壓計(jì)取代水銀氣壓計(jì)。它們采用新型傳感技術(shù)，精度高、穩(wěn)定性好、無污染。這些儀器的使用不僅解決了汞污染問題，而且操作簡(jiǎn)單、讀數(shù)清晰、測(cè)量精度高，使物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的測(cè)溫測(cè)壓手段更方便更安全。

其次是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綠色化。根據(jù)“綠色化學(xué)”從源頭消除污染的原則，可采用無毒或低毒的藥品代替有毒藥品的方法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綠色化。如在“雙液系相圖”實(shí)驗(yàn)中可用環(huán)己烷代替苯，環(huán)己烷的毒性還不及苯的十分之一。此外，在“純液體飽和蒸汽壓的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中的用純水為研究對(duì)象替代純有機(jī)液體，在“表面張力測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中使用乙醇代替正丁醇，使化學(xué)藥品的污染在源頭上得到了控制。實(shí)驗(yàn)經(jīng)改進(jìn)后污染程度降低，實(shí)驗(yàn)成本降低，同時(shí)實(shí)驗(yàn)效果很理想。

綠色化學(xué)作為一種理念，滲透到藥學(xué)專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中很有必要，有充分的可行性。這種意識(shí)不僅有助于學(xué)生最大限度地拒絕或減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)造成的環(huán)境污染，更加重要的是能夠促使學(xué)生主動(dòng)從身邊做起，從“點(diǎn)滴”做起，在強(qiáng)化綠色化學(xué)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的過程中逐步成為集科學(xué)精神與人文修養(yǎng)于一身的合格藥學(xué)專業(yè)大學(xué)生。

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2014年贛州市社會(huì)科學(xué)研究課題，編號(hào)：14522。