由機械分析天平與電子分析天平的特點試論其在化學實驗教學中的互補作用

分析天平是化學學科的重要工具, 尤其對于分析化學來說是重要、常用的衡量儀器。化學工作者都必須熟悉如何正確使用天平, 所以在化學實驗教學中天平的使用是非常重要的教學環節。以定量分析實驗為例, 常量分析的允許測定誤差常常不超過測量結果的千分之幾, 根據這一要求, 北京大學化學基礎實驗教學中心定量分析實驗室配備了一系列的分析天平, 即天平感量在0.1mg的天平, 不但包括技術先進、操作簡單的電子天平 , 還有便于操作訓練、原理理解的機械天平。

1　機械天平與電子天平的特點

近年來, 雖然隨著技術水平的提高和設備的更新, 許多基層化驗室、學校、科研院所已經廣泛使用了電子天平, 但由于我國技術與經濟現狀, 仍有不少工廠、企業、基層化驗室還在使用部分機械加砝碼天平和單盤天平, 兩者共存的情況也給我們實驗教學提出了相應的教學要求。機械天平和電子天平孰優孰劣只有根據不同的場合和需求進行選擇。

1.1　機械天平的特點

近代機械天平可以追述到18世紀, 天平開始采用刀子支承, 大大提高了精度。到19世紀下半葉,天平的精度基本上達到了今天所具有的精度水平。19世紀下半葉到20世紀初, 天平在結構上又得到了許多重大改進。1945年瑞士研制成功臺實用的單盤天平。它比起傳統的雙盤天平具有更多的*性, 如消除不等臂誤差和靈敏度不隨載荷的變化而變化等。1960年美國國家標準局發表了一篇報告, 列舉了單盤天平11大優點, 新型的單盤天平就逐漸取代了傳統的雙盤天平。以下就以北京光學儀器廠DT-100A型單盤天平為例, 介紹機械分析天平的特點:此天平為不等臂橫梁、光學投影顯示、機械式單盤天平, 它具有感量恒定、無不等臂性誤差、全機械減碼操作簡單、稱量較迅速、維護保養方便等優點。

(1)感量恒定:杠桿式等臂天平的感量, 空載時和重載時往往不*一樣, 即隨著橫梁負載的改變而略有變化;而單盤天平在使用過程中, 被稱物與天平內掛砝碼處于同一懸掛系統中, 被稱物的質量等于從懸掛系統中減去的砝碼的質量, 懸掛系統的總質量不隨被稱物質量的不同而改變, 其橫梁的負載是不變的, 因此, 感量也是不變的。

(2)沒有不等臂性誤差:雙盤天平的兩臂長度不一定*相等, 因此, 往往存在一定的不等臂性誤差, 而單盤天平的砝碼和被稱物同在一個懸掛系統中, 承重刀與支點刀之間的距離是一定的, 所以不存在不等臂性誤差;由于采用“替代稱量法”, 其稱量誤差主要來源于內含砝碼, 而這種天平的棒狀砝碼(屬于機械掛碼)的度很高, 優于2等砝碼。

(3)稱量速度較快:天平設有半開機構, 可以在半開狀態下調整砝碼;橫梁在半開時可輕微擺動, 使光屏上的標尺投影能顯示約15個分度, 足以判斷調整砝碼的方向, 明顯縮短了調整砝碼的時間;又由于阻尼器(活塞式結構)效果好, 使標尺平衡速度快,所以稱量速度明顯快于雙盤天平。當今科學技術發展日新月異, 科學實驗儀器技術的發展速度之快, 讓人目不暇接。但是實驗教學的原則要牢牢樹立:既要便于實驗過程的觀察和原理的理解, 方便學生動手, 又要手段先進, 過程、快捷, 利于學生手腦并用能力的提高。這兩方面的要求本身就是一個矛盾體, 如何解決這一矛盾, 就要把握好“度”, 把握好“方式”。

綜上所述, 我們根據化學實驗教學的要求, 一種類型的分析天平不能滿足要求, 那就兩種共存, 做到有效的功能互補作用。既要保證分析天平稱量達到必要的相對準確度, 操作方便快捷, 又要滿足學生對實驗儀器工作過程原理的理解和提高學生自身實驗素養的要求。