分析化學實驗室精細化管理探索與實踐

李 嬌， 金 谷， 姚奇志， 李玲玲， 劉紅瑜， 朱平平

（中國科學技術大學a.國家級化學實驗教學示范中心；b.化學與材料科學學院，合肥230001）

0 引 言

分析化學實驗是中國科學技術大學（以下簡稱中科大）面向化學與材料科學學院、少年班學院、地空學院的二年級本科生所開設的實驗課程，每學年開設的分析化學實驗項目有16 個，共計年授課20 教學周，160 學時，年授課約500 人。實驗項目多，課時多，學生多，試劑和儀器種類繁多量大，然而實驗管理人員少，管理工作困難重重，久而久之則會影響本科實驗教學的正常進行。

要解決以上問題，亟須一套行之有效的方法，讓實驗室的管理更加科學、規范，更好地保障教學工作順利進行［1-6］。通過人員優化（Person）、實驗室細節優化（Materia）兩個方面討論了分析化學實驗室的精細化管理之優化措施，拋磚引玉。

1 人員優化（Person）

（1）人員現狀。近幾年，隨著學校的政策變化，2010 年開始已停止招聘實驗員崗位，與此同時，每年會有2 ～3 名退休的實驗員，這直接導致人員數量急劇減少，至今，整個化學實驗教學中心實驗員僅為6 名，而且4 名將會在3 年內退休，剩下2 名也都同時達到退休年齡，專職實驗教輔人員極度缺乏，這種情況會將一直持續。

（2）人員優化“三位一體”新模式。分析化學實驗室僅1 名教輔人員，但同時也擔任實驗教學、平臺管理工作，實驗室管理形勢嚴峻。經多年不斷摸索，采取實驗管理人員（學院所有教師均必須參與教輔工作）為主，研究生助教+勤工儉學學生輔助的“三位一體” 新實驗室管理模式（見表1），在很大程度上解決專職實驗員缺乏的問題。新管理模式另辟蹊徑，不但減輕了實驗管理人員的工作量，而且有效提高了實驗管理效率［7-10］。

表1 “三位一體”新管理模式下職責分類

2 細節優化實例（Materia）

2.1 試劑管理細節優化

（1）試劑分類存儲。分析化學實驗用到大量的化學藥品，主要以酸堿、無機鹽為主，還有部分易燃、易爆、強腐蝕、易揮發、有毒的危化品，如重鉻酸鉀、高錳酸鉀、過硫酸銨、氨水等，將其分類存儲。普通藥品置于普通藥品柜中，強酸堿、腐蝕性試劑置于酸堿柜，揮發性等危化品置于通風藥品柜中（見圖1，藥品間門禁有專用鎖，攝像頭監控，通風系統）。定期檢查，確保安全使用，如果貯存或使用不當，會對實驗室安全及人身安全造成極大威脅。加強對化學品的安全管理，進行規范、有序、科學管理才能保障實驗教學的順利進行［11-13］。

圖1 試劑分類存儲

（2）試劑配制。分析化學實驗試劑配制量特別大（年均近200L），工作量不言而喻（見表2），因此在配制試劑過程中，教師需要積極思考，逐步挖掘出合理、有效、簡易的試劑配制方法，提高整體配劑效率。

表2 年均試劑配制量

以“硫磷混酸溶液”配制為例（見表3），優化前的方法是將濃硫酸先緩慢倒入水中，這個過程放熱劇烈，加些許、不停攪拌（手動）、冷卻再加，循環直至加完，1.5 L濃硫酸大概3 h才能加完，最終再冷卻3 h 加入磷酸1 h，配制10 L硫磷混酸總耗時約7 h，基本上需要1 ～2 d工作時間，費時費力。經過教師的摸索，對原方法進行了簡單優化，只需將磷酸和硫酸加入順序調換，時間即可縮短5 h。因為磷酸遇水放熱量小，可稍快倒入700 mL蒸餾水中，此時溶液密度變大，再慢加入硫酸，放熱量明顯降低，加入速度亦可稍快。優化后的配制過程僅需約2 h，有效地提高了試劑配制的工作效率。

表3 “硫磷混酸溶液”配制優化前后對比

（3）試劑防污染。公用試劑和藥品取用過程中有可能會出現試劑污染問題，主要是試劑種類較多，學生使用后將牛角匙和膠頭滴管無序混放所致。所以，針對這一問題做了一些細節優化。①固體藥品取用。經優化后，藥匙是使用一次性滴管斜剪去上半部制成，新藥匙存放在塑料盒中，標簽注明。稱量完成后，一次性藥匙回收至桌面垃圾桶，助教負責實驗結束后統一清洗，置于燒杯中晾干，以備后用（見圖2）。②試劑取用。經優化后，教師提前將一次性滴管倒立固定在試劑瓶上，試劑使用時學生用剪刀將滴管尖部剪開作為公用滴管座，取另一根一次性滴管作為公用滴管，用完即插入滴管座（見圖3）。這種方法的使用，避免了學生滴管混用所造成的試劑污染和浪費，同時消除了因試劑污染而影響學生實驗數據的準確性的顧慮。

圖2 固體藥品取用優化

圖3 試劑取用優化

2.2 玻璃儀器管理細節優化

（1）移液管架管理。原有移液管架，移液管（長度約30 ～50 cm）均橫向放置，每個學生位配置一個移液管架（每間教室24 個學生位需24 個管架）。實驗過程中，桌面滿布玻璃儀器，移液管架和長移液管占用大量空間，且桌面擺放略顯零亂，不便清理。所以，經調研后，將原移液管架更換為圓盤形3 層移液管架（見圖4），可放置約20 根移液管，移液管之間不會發生碰撞，可以有效減少破損率；每間教室僅需4 ～6 個管架，較之前24 組管架，清潔美觀、節省空間、取放方便，易于管理；底部可拆卸瀝水板，可保證移液管內殘留液體不會流出架外污染環境，且拆卸方便，便于清理。

圖4 移液管架優化

（2）分液漏斗管理。分液漏斗在聚乙二醇雙水相萃取實驗中大面積使用（約300 個）［14-15］，一直困擾我們的問題是：萃取完成后分液漏斗內會殘留部分聚乙二醇溶液，及時沖洗干凈，可以避免上下玻璃活塞處黏結，如若殘留時間較長，則會導致活塞難以拔出和轉動。雖然每年教師課上均會反復強調要求，但是總是會有20% ～30%的分液漏斗因黏結而不能使用，每年都需一筆費用完成補充。

經過一段時間的調研，2013 年開始使用聚四氟乙烯活塞分液漏斗（前期花費較大），更換至今已經6 年多時間，嶄新如前，均未出現黏結問題，經久耐用（見圖5）。

圖5 分液漏斗管理

（3）平底燒瓶管理。平底燒瓶主要是加熱蒸餾水的容器以供學生實驗使用，但瓶頸部分加熱后立即取用，有可能會造成學生燙傷，所以改進平底燒瓶的工作一直在進行，歷經數個版本（見圖6）的嘗試，最終采用3#羊毛氈內包隔熱效果好，外部用塑料繩固定，安全耐用（1#毛巾需專門收納，不易管理；2#毛巾隔熱性較差，防燙效果不理想）。

圖6 平底燒瓶管理優化

2.3 其他細節優化

（1）二維碼應用。實驗室歷年的實驗教學內容安排、座位表、玻璃儀器柜清單、試劑清單、玻璃儀器存放單、儀器使用說明等都需要打印貼在醒目的位置，而且每學期都需要更換，造成紙質浪費，針對這一方面，采用了新型二維碼的形式，將上述表以及清單的內容制作成相應的二維碼，貼在相對應的儀器或者柜面上，學生在操作前，可以自行用微信或者其他軟件掃二維碼，手機上就會出現相應的文字和表格內容，方便易行，而且避免紙質浪費，方便學生隨時查閱［16］（見圖7）。

圖7 二維碼應用

（2）廢液管理細節。廢液分類處理，完全依靠學生自行分類，會出現很多問題，舉個簡單的例子，滴定過程中NaOH溶液滴定HCl 溶液亦或反之，滴定完成后，學生們會將含有指示劑的錐形瓶中的溶液倒入堿性或者酸性無機廢液桶，這樣廢液桶內出現明顯顏色變化，回收公司則以溶液內具體成分不明為由拒收廢液，所以經過多方面考慮，最終采用助教輔助廢液回收的方法［17］。

具體做法：①要求教師在每次實驗課中，須和學生說明本次實驗廢液種類以及處理方式；②學生實驗結束后，須在助教的指導下統一將廢液倒入廢液杯中；③助教將廢液由廢液杯倒入廢液桶中。此方法中間環節增添助教輔助，簡單易行，完美地解決了廢液回收混亂問題（見圖8）。

圖8 廢液回收細節設計

（3）耗材細節優化。將耗材分為常用耗材和備用耗材兩部分，其中學生使用率較高的耗材（記號筆、剪刀、皮筋、稱量紙、標簽紙、PH紙等），用不同顏色的收納盒（見圖9）分類保存（標簽注明），置于兩側邊臺，方便學生就近取用，節約實驗時間。

圖9 常用耗材分類收納盒

3 結 語

細節優化工作歷經數年不斷摸索，取得了明顯成效，獲得學生們的一致好評。通過上述對人員、實驗室細節一系列規范、科學優化管理，為實驗教學的順利開展提供了有力保障。實驗室細化管理是一項長期工作，需要結合實驗室實際情況，依靠眾多教師、學生、助教等人員的通力合作，腳踏實地，才能實現高效率、高質量的實驗準備工作，更進一步達到提高教學質量的目標，任重而道遠。