1 Szkło i sprzęt w pracowni chemii kosmetycznej
1. Część teoretyczna
1.1. Czym jest laboratorium chemiczne?
Zgodnie ze „Słownikiem języka polskiego” „laboratorium” to: „pomieszczenie wyposażone w specjalną aparaturę, przeznaczone do przeprowadzania badań naukowych lub analiz lekarskich”. Laboratorium chemiczne jest pomieszczeniem przeznaczonym do przeprowadzania badań naukowych wymagających wykonywania eksperymentów w ściśle kontrolowanych warunkach oraz wyposażonym w odpowiednią do tego celu aparaturę.
Laboratoria, w zależności od specyfiki prowadzonych w nich badań, mogą być nieduże, wielkości pokoju, bądź też swą wielkością przypominają hale fabryczne. Laboratoria, z reguły, są pomieszczeniami dobrze wentylowanymi, wyposażonymi w odpowiednio zaprojektowane i wykonane meble laboratoryjne. Sprzęt i wyposażenie dodatkowe dostosowywane jest indywidualnie do rodzaju laboratorium i prowadzanych w nim badań. Laboratoria możemy podzielić biorąc pod uwagę różne kryteria, m.in. ze względu na ich charakter, lokalizację czy funkcje jakie pełni. W zależności od dziedziny prowadzonych badań, laboratoria możemy podzielić na:
fizyczne
chemiczne
biologiczne
medyczne
przemysłowe
pomiarowe w naukach społecznych.
Jednym z częściej spotykanych laboratoriów są właśnie laboratoria chemiczne, które ze względu na rodzaj prowadzonych badań dzielimy na:
Laboratoria analityczne – w których naukowcy przeprowadzają badania z zakresu analizy chemicznej, biologicznej lub medycznej. Stanowiska pracy są wyposażone w specjalistyczną aparaturą analityczną różnych rozmiarów. Aparatura jest rozmieszczona w laboratorium w określony sposób, a ze względu na powtarzalność badań, sprzętu nie trzeba demontować.
Laboratoria syntetyczne – to miejsca, w których naukowcy prowadzą głównie syntezy różnorodnych związków chemicznych, na porządku dziennym jest tam nieprzerwany przepływ narzędzi i pracowników. Trudne do przewidzenia efekty doświadczeń (pożar, wybuch, wylanie substancji żrącej) powodują, iż laboratoria takie nie są wyposażone w sprzęt znacznej wartości. Stanowisko pracy znajduje się przy dygestorium (wyciągu) laboratoryjnym lub przy stole laboratoryjnym. Wykorzystany do syntezy sprzęt demontuje się po wykonaniu zadania, myje, sprząta się stanowisko pracy przygotowując je na następne eksperymenty.
Laboratoria specyficzne – np. mikrobiologiczne, radiologiczne – to pomieszczenia sterylne, w których można przebywać w określonym ubiorze i zgodnie z zasadami bezpieczeństwa.
Laboratoria genetyczne – są to placówki naukowe wykonujące badania DNA.
Laboratoria przeznaczone do badań zachowania ludzi – służą do prowadzenia badań na psychice ludzi. Wyposażone są w kamery, mikrofony czy lustra weneckie. Badanie jest wykonywane bardzo rzadko, ponieważ bardzo ciężko jest stworzyć sytuacje odpowiednie do danego zadania.
2
Laboratoria przemysłowe – służą do testowania prototypów różnych maszyn, urządzeń, zabezpieczeń, np. zderzeniowe testy samochodów
Laboratorium kryminalistyczne – prowadzone są w nim badania w zakresie techniczno-kryminalistycznego zabezpieczania śladów przestępstw i zwalczania przestępczości
Laboratoria pomiarowe – wykorzystywane są do pomiarów własności fizycznych czy wzorcowania przyrządów pomiarowych. Posiadają one wdrożone odpowiednie systemy jakości i akredytacje.
1.2. Szkło, aparatura i podstawowy sprzęt laboratoryjny.
Zanim przystąpimy do pracy w laboratorium chemicznym należy zapoznać się ze stosowanymi w nim naczyniami, aparaturą i podstawowym sprzętem laboratoryjnym, a także opanować podstawowe czynności i techniki laboratoryjne. Do pracy w laboratoriach chemicznych używa się specjalnego sprzętu laboratoryjnego, który w zależności od rodzaju materiału, z jakiego został wykonany, możemy podzielić na: szklany, metalowy, drewniany, porcelanowy, gumowy lub wykonany z tworzyw sztucznych.
Szklany sprzęt laboratoryjny produkowany jest z różnych gatunków szkła, głównie szkła borowo-krzemowego, spełniających określone normami wymagania, takie jak: duża odporność i mała rozszerzalność termiczna, odporność na działanie związków organicznych, kwasów i zasad. Różne rodzaje naczyń laboratoryjnych, np.: zlewki, probówki, cylindry mieszadła, produkowane są z polietylenu, polipropylenu lub teflonu. W laboratoriach wykorzystuje się także sprzęt metalowy i pomocniczy sprzęt laboratoryjny wykonany ze szkła, porcelany, drewna, metalu czy tworzyw sztucznych.
Do podstawowych naczyń i sprzętu szklanego zalicza się: probówki, zlewki, kolby, lejki, krystalizatory, szkiełka zegarkowe, cylindry miarowe i butelki, pipety.
Łączenie poszczególnych elementów aparatury szklanej odbywa się za pomocą korków z odpowiednimi otworami lub poprzez specjalne zakończenia szklanej aparatury nazywane szlifami. Połączenia szlifowe, różnego typu i różnych rozmiarów, są najczęściej stosowane do łączenia aparatury szklanej.
Sprzętem szklanym często wykorzystywanym w laboratorium są probówki, czyli najczęściej szklane naczynia laboratoryjne o wąskim, cylindrycznym kształcie służące głównie do ogrzewania niewielkich ilości roztworów oraz do prowadzenia reakcji chemicznych.
Rycina 1. a) probówka szklana zwykła b) probówka stożkowa
c) probówka miarowa ze szlifem
Podstawowym sprzętem szklanym w laboratorium są kolby, zlewki czy butelki, różniące się między sobą kształtem, pojemnością i zastosowaniem.
3 Rycina 2. a) zlewka wysoka (wąska)
b) zlewka niska (szeroka) c) mała zlewka
d) kolba stożkowa bez szlifu (kolba Erlenmeyera, erlenmayerka) e) kolba stożkowa o szerokiej szyi
f) kolba stożkowa ze szlifem i korkiem g) butelka z doszlifowanym korkiem
h) kolba płaskodenna ze szlifem i z korkiem
Butelki służą w laboratoriach chemicznych do przechowywania cieczy lub substancji stałych. Zlewki i kolby stożkowe są wykorzystywane głównie do sporządzania roztworów, ich mieszania, ewentualnie podgrzewania. Kolby kuliste wykorzystuje się do reakcji prowadzonych w wysokich temperaturach lub pod zmniejszonym ciśnieniem.
a) b) c) d) e) f) g)
Rycina 3. a) kolba sercowata b) kolba gruszkowata
c) ÷ e) jednoszyjne kolby okrągłodenne
f) dwuszyjna kolba okrągłodenna o szyjach prostych h) trójszyjna kolba okrągłodenna o szyjach skośnych
Szkiełka zegarkowe służą do odważania substancji stałych, do przykrywania zlewek, próbnego odparowywania cieczy, przeprowadzania niektórych reakcji, np. wybranych reakcji barwnych.
Krystalizatory są to płaskodenne, płytkie, cylindryczne naczynia laboratoryjne stosowane do przeprowadzania procesu krystalizacji przy powolnym odparowywaniu rozpuszczalnika (bez ogrzewania!).
Cylindry miarowe, nazywane także menzurkami, to szklane naczynia w kształcie cylindra, zaopatrzone w podziałkę (w ml lub cm3), wykorzystywane do odmierzania określonej objętości cieczy z niezbyt dużą dokładnością.
Bagietka, to szklany pręt, służący do mieszania zawartości zlewek i kolb stożkowych.
4 Szalka Petriego to naczynie laboratoryjne w kształcie podstawki o szerokim, płaskim dnie i niskich ściankach bocznych, wykonywane ze szkła lub z tworzyw sztucznych. Występują najczęściej w komplecie złożonym z 2 sztuk o różnych średnicach, z czego jedna stanowi podstawę, zaś druga – pokrywę. Wykorzystywane są do hodowli mikroorganizmów (często grzybów lub bakterii), ale często stosuje się je jako szkło ogólnego zastosowania do przechowywania substancji chemicznych, ich suszenia czy nawet krystalizacji.
Pipeta to szklana rurka o zwężonym wylocie, służąca do odmierzania i przenoszenia cieczy. Istnieją różne rodzaje pipet: jedno- i wielomiarowe, pipety Pasteura.
Rycina 4. a) cylinder miarowy (menzurka) b) pipeta wielomiarowa
c) bagietka szklana (pręcik) d) szalka Petriego
e) szkiełko zegarkowe f) krystalizator
Lejek zwykły jest stosowany do nalewania i przenoszenia cieczy do naczyń o wąskich szyjkach, do sączenia zawiesin przy użyciu sączków z bibuły filtracyjnej oraz do przesypywania substancji stałych.
Lejki filtracyjne ze spiekiem szklanym (lejki Schotta) posiadają wklejony porowaty spiek szklany w dolnej części stożka lub u szczytu nóżki. Stosowane są do sączenia, często małych ilości osadu. Lejki Büchnera, są to z kolei lejki wykonane częściej z porcelany i stosowane do sączenia zawiesin przez sączki z bibuły filtracyjnej, głównie pod zmniejszonym ciśnieniem.
Rycina 5. a) lejek szklany zwykły
b) lejek z krótką, szeroką nóżką
5 c) polietylenowy lejek do przesypywania osadów
d) porcelanowy lub polipropylenowy lejek Büchnera – widok z góry i z boku (1 – płytka z otworami w lejku sitowym)
e) lejek ze spiekiem szklanym
f) szklany lejek typu Büchnera ze szlifem
(2 – płytka ze spieku szklanego, 3 – szlif zewnętrzny na nóżce lejka)
Dwie niemieszające się ze sobą ciecze możemy rozdzielić za pomocą rozdzielaczy o kształcie: gruszkowatym, kulistym lub cylindrycznym. Rozdzielacze, o różnej pojemności, zaopatrzone są w korki i krany wykonane ze szlifowanego szkła lub z teflonu. Korki teflonowe są wygodniejsze w użyciu i znacznie szczelniejsze od szklanych.
Rycina 6. a) rozdzielacz gruszkowaty ze szklanym korkiem i kranem b) rozdzielacz kulisty z teflonowym korkiem i kranem
c) rozdzielacz/wkraplacz cylindryczny ze szklanym kranem i korkiem z otworem odpowietrzającym
d) wkraplacz gruszkowaty na szlifie z korkiem z otworem odpowietrzającym e) wkraplacz z wyrównywaniem ciśnienia
Chłodnice laboratoryjne są elementem sprzętu laboratoryjnego służącym do zmiany stanu skupiania z gazowego (lotnego) w ciekły. Chłodnice laboratoryjne są zazwyczaj wykonane są ze szkła bardzo odpornego na zmiany temperatury ponieważ, w ich wnętrzu dochodzi do zetknięcia się gorących par związków chemicznych z zimnym medium chłodzącym, którym najczęściej jest woda. Chłodnice przeważnie posiadają dwa szlify. Jest kilka rodzajów chłodnic laboratoryjnych. Ze względu na budowę możemy wyróżnić chłodnice powietrzne, Liebiega, Allihna, spiralne. Zaś ze względu na kierunek przepływu kondensatu, czyli schłodzonych par wyróżniamy: chłodnice przepływowe (destylacyjne) oraz zwrotne.
6 Rycina 7. a) chłodnica Liebiga z dwoma szlifami
b) chłodnica kulkowa Allihna z jednym szlifem c) chłodnica spiralna Grahama
d) chłodnica ze spiralnym chłodzeniem wewnętrznym e) chłodnica powietrzna z jednym szlifem
Sprzęt metalowy
Do sprzętu metalowego najczęściej wykorzystywanego w laboratorium chemicznym zalicza się: łapy, pierścienie z łącznikiem, łączniki, a także ściskacze, statywy czy szczypce.
Łapy służą do przytrzymywania sprzętu szklanego. Łączniki stosuje się w celu połączenia łap ze statywami. Pierścień z łącznikiem to rodzaj uchwytu do zawieszenia rozdzielaczy oraz lejków, a także podstawa pod kolby destylacyjne. Statywy to elementy bardzo ciężkie, na których montowane są zestawy aparatury szklanej. Szczypce służą do trzymania elementów szklanych poddanych działaniu wysokiej temperatury. Ściskacze to drobne elementy wykorzystywane do zamykania węży gumowych.
Rycina 8. a) sposób mocowania łącznika do statywu (1 – miejsce do przykręcenia łapy) b) łapa trójkątna z okładziną filcową
c) łapa okrągła z okładziną filcową d) łapa czteropalczasta
e) kółko metalowe z punktowo nałożoną okładziną gumową do mocowania lejków, rozdzielaczy gruszkowatych
7 Sprzęt drewniany
Sprzęt drewniany obecnie wykorzystywany w laboratoriach to głównie statywy i łapy do probówek.
Rycina 9. Łapy drewniane do probówek
Sprzęt porcelanowy
Najczęściej stosowany sprzęt porcelanowy są to parownice, moździerze, tygle, łyżeczki i łopatki oraz omówione wyżej lejki Büchnera. Parownice wykorzystuje się do odparowywania cieczy z roztworów. Moździerze to naczynia przeznaczone do rozdrabniania i proszkowania substancji za pomocą pistla. Łyżeczki i łopatki to niezbędny w laboratorium chemicznym sprzęt pomocniczy służący do pobierania i przenoszenia substancji stałych i półstałych.
Rycina 10. a) parownica
b) moździerz z pistlem c) tygiel
1.3 Mycie i suszenie naczyń/szkła laboratoryjnych Zasady mycia szkła laboratoryjnego:
- mycie naczyń należy wykonywać bezpośrednio po ich użyciu
- do mycia naczyń nie wolno używać ścierających środków myjących, - osady ze ścianek naczyń usuwa się przy użyciu szczotki do mycia, - środek myjący należy dobrać do rodzaju zanieczyszczenia,
Jak myjemy szkło laboratoryjne? Najpierw na mokro usuwamy szczotką do mycia, wszelkie osady i naloty. Dokładnie płuczemy szkło wodą wodociągową, a następnie wodą destylowaną.
Jeżeli po opłukaniu wodą destylowaną ścieka ona swobodnie po ściankach naczynia, nie pozostawiając śladów, to naczynie szklane możemy uznać za czyste.
Szkło laboratoryjne suszymy w temperaturze pokojowej na deskach do suszenia lub w suszarkach elektrycznych o temperaturze suszenia w zakresie 90-115°C, z wyjątkiem naczyń miarowych (temperatura mycia i suszenia tych naczyń nie może przekraczać 40°C).
8 Literatura
Czaplewska P. Kołodziejczyk A. S. Szymańska A. Podstawowe wyposażenie i techniki stosowane w laboratorium chemicznym, Projekt „Kształcenie kadr dla innowacyjnej gospodarki opartej na wiedzy w zakresie agrochemii, chemii i ochrony środowiska”,
„Unia Europejska, Europejski Fundusz Społeczny”
Czarny A., Kawałek B., Kolasa A., Milart P., Rys B., Wilamowski J. (2007): Ćwiczenia laboratoryjne z chemii organicznej Zasady bezpieczeństwa, aparatura i techniki laboratoryjne, Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, Zakład Chemii Organicznej Wydawnictwo Adamantan
Sarbak Z., (2009): Podstawy techniki laboratoryjnej, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów
Vogel A.I., (2018): Preparatyka organiczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
