کلاس بندی شیشه‌ آلات آزمایشگاهی

اگر در آزمایشگاه کار می کنید و یا در حال گذراندن کلاس های آزمایشگاهی هستید، با انواع مختلفی از ظروف شیشه ای رو به رو خواهید شد که هر یک دارای ویژگی های خاصی می باشد. دانستن تفاوت بین انواع ظروف شیشه ای به شما کمک می کند که آزمایشات را با کارایی بیشتری طراحی و انجام دهید. در این مقاله سعی بر این داریم تا شما را با انواع کلاس های شیشه‌آلات آزمایشگاهی بیشتر آشنا کنیم.

شیشه ماده ای غیر آلی، سفت و سخت، شفاف و غیر بلوری است که از مخلوط اکسید های فلز در دمای بالا تشکیل شده است. قدیمی ترین و معروف ترین شیشه شناخته شده، شیشه های سیلیکاتی است که ماده پایه ای تشکیل دهنده آن ماسه است. ظروف شیشه ای به دلیل داشتن سه ویژگی شفافیت، قابلیت انعطاف پذیری و پایداری به طور گسترده‌ای در سراسر جهان مورد استفاده بسیار قرار می گیرد. از دیگر ویژگی های شیشه می توان به ضریب شکست، ویسکوزیته، مقاومت الکتریکی و نداشتن نقطه ذوب و جوش مشخص اشاره کرد.

شیشه در دماهای بالا تمایل به حفظ شکل فیزیکی خود دارد. با این حال به دلیل وجود نیروهای خارجی مانند گرانش، تحت وزن خود افت می کند. با ادامه روند افزایش دما، سطح شیشه به تدریج فرم خود را از دست داده و به دلیل نیروهای داخلی مانند کشش سطحی حالت خمیری(منطقه خمیری) به خود می گیرد.
فروش شیشه آلات آزمایشگاهی

انواع شیشه

به طور کلی سه نوع دسته از شیشه آلات در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد.این سه دسته شامل شیشه نرم، شیشه سخت و شیشه با درجه حرارت بالا و قابلیت انتقال اشعه یو وی است.

شیشه نرم

شیشه های نرم به دلیل قابلیت ساییده شدن راحت تر نسبت به دیگر شیشه‌آلات، از نظر فیزیکی نرم تر از سایر شیشه ها محسوب می شوند. رایج ترین نوع شیشه نرم، شیشه سودا-لایم است. شیشه سودا-لایم مخلوطی از اکسید سدیم یا کربنات سدیم ، اکسید منیزیم و یا اکسید کلسیم است. شیشه های نرم به دلیل دمای ذوب پایین(نیاز کمتر به انرژی) و قابلیت استفاده طولانی مدت، ارزان ترین نوع شیشه برای تولید ظروف آزمایشگاهی محسوب می شود.

کیفیت این نوع شیشه ها بسته به میزان مواد تشکیل دهنده آن متفاوت است. اما به طور معمول 8 تا 12 درصد وزن شیشه را آهک و 12 تا 17 درصد وزن آن را سودا تشکیل می دهد. غلظت آهک در این دسته از شیشه بسیار مهم است. زیرا غلظت بیش از حد آهک موجب فرورفتگی در طول فرآیند تولید شده و از سوی دیگر غلظت کم آن موجب افزایش احتمال هوازدگی و یا واکنش با آب شود. از معایب این دسته از شیشه آلات میتوان به بالا بودن ضریب انبساط حرارتی آن اشاره کرد که هنگام برخورد با شعله گاز مقاوم نبوده و سریع شکسته و خرد می شود.

• شیشه سودا-لایم

این نوع شیشه‌آلات آزمایشگاهی در برابر تاثیرات محیطی مانند اختلاف دما و محیط شیمیایی، مقاومت نسبتا خوبی دارد. از ویژگی های دیگر این ظروف می توان به راحتی در بازیافت آن ها اشاره کرد. از شیشه سودا-لایم معمولا برای تهیه  ظروفی مانند پیپت و مزور استفاده می شود. به هنگام استفاده از ظروف آزمایشگاهی سودا-لایم باید به این نکته توجه داشت که این ظروف به اندازه شیشه های بروسیلیکاتی مقاوم نیستند اما با این حال مقاومت هیدرولیتیکی خوبی از خود نشان می دهند. ترکیبات تشکیل دهنده شیشه سودا-لایم به صورت زیر است:

شیشه سخت

این دسته از شیشه‌آلات به دلیل مقاومت بالا(3 برابر شیشه نرم) در برابر سایش، شیشه سخت نام گذاری می شوند. از نمونه های رایج این دسته می توان به شیشه های بروسیلیکات اشارکرد. این دسته از شیشه آلات نیاز به انرژی زیادی به هنگام ساخت داشته(در دمای بالا شکل می گیرد) و سریع تر سخت تر می شود. همچنین این گروه از شیشه به دلیل ضریب حرارتی پایین تر از انبساط ، در برابر شوک حرارتی مقاومت بیشتری نسبت به گروه قبل از خود نشان می دهند. همچنین این گروه از شیشه‌آلات از نظر شیمیایی در برابر محلول های قلیایی و بسیاری از مواد شیمیایی مقاومت بالایی دارند.

• شیشه بروسیلیکات

شیشه های بوروسیلیکاتی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی فوق العاده علاوه بر ظروف آزمایشگاهی در ویال و سرنگ های موجود در داروخانه ها، تولید لامپ های روشنایی و یا هر آن چه که نیاز به مقاومت شیمیایی و حرارتی بالا دارد مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع شیشه به دلیل داشتن سیلیکا در ترکیبات خود، پس از قرار گرفتن در معرض آب یک لایه غیر متخلل از ژل سیلیکا بر روی شیشه ایجاد شده و باعث محافظت شیشه از محیط اطراف می شود.

شیشه های بوروسیلیکات در برابر تمامی مواد شیمیایی به جز هیدروفلوئوریک اسید، اسید فسفریک و محلول های داغ سدیم هیدروکسید مقاوم است. زیرا این مواد از ایجاد لایه سیلیکاژل بر روی سطح شیشه جلوگیری کرده و منجر به آسیب دیدگی شیشه می شود. ترکیبات موجود در شیشه بروسیلیکات:

شیشه دمای بالا و انتقال UV

شیشه های دمای بالا با قابلیت انتقال UV که اغلب به عنوان کوارتز در آزمایشگاه ها شناخته می شود، محبوب ترین نوع شیشه در آزمایشگاه محسوب می شود. این دسته از شیشه برخلاف سایر شیشه‌آلات در دمای بالای 1200 درجه شکل خود را حفظ کرده و به دلیل ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین می تواند شوک حرارتی را تحمل کند.

• شیشه کوارتز

کوراتز یکی از فراوان ترین و گسترده ترین مواد معدنی موجود در طبیعت بوده و اغلب در همه سنگ ها(آذرین، رسوبی و یا دگرگون) می توان یافت کرد. از کوارتز به دلیل خلوص بالا، انبساط حرارتی کم، قابلیت تحمل دمای بالا، هدایت حرارتی پایین، مقاومت شیمیایی و استحکام دی الکتریک بالا در صنایع مختلف کاربرد دارد. یکی از این صنایع، صنعت شیشه سازی است. شیشه کوارتز حاوی مواد افزودنی نبوده و اغلب در تولید شیشه‌آلات آزمایشگاهی و یا تولید لامپ های قوسی فیلامنت مورد استفاده قرار می گیرد.

تفاوت شیشه و کوارتز در چیست؟

شیشه و کوارتز هر دو کریستالی بوده و برای اهداف صنعتی و یا تزئینی مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال از شیشه در ساخت منشور، پنجره، لوستر و آویز استفاده شده و در طرف مقابل، کوارتز معمولا در باتری های ساعت، شیشه‌آلات آزمایشگاهی و لامپ های قوسی مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال چهار تفاوت عمده بین شیشه و کوارتز وجود دارد.

تفاوت در ترکیب سیلیکون دی اکسید

کریستال کوارتز(طبیعی و مصنوعی) دارای حداقل 99.9% سیلیسیم دی اکسید در ساختار خود است. در حالی که شیشه نهایتا از 80% سیلیسیم دی اکسید تشکیل شده است. از دیگر ترکیبات شیشه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

تفاوت در ساختار شیمیایی

سیلیسیم عنصری با چهار الکترون ظرفیتی است که به اتم اکسیژن متصل می شود. این پیوند از نوع کووالانسی و قطبی بوده و تشکیل یک سیستم کریستالی چهار ضلعی منظم می دهد. در طرف مقابل شیشه ساختار متقارنی نداشته و مولکول ها به صورت تصادفی پیوند ایجاد می کنند.

مقاومت در برابر دما و فشار

با وجود این که در ساختار هر دو(شیشه و کوراتز) مقداری سیلیکا به کار رفته، اما کریستال کوارتز نسبت به کریستال شیشه مقاومت بالاتری در برابر فشار و دمای زیاد دارد.

عایق یا رسانای الکتریسیته

در صنایع، بسیاری از محصولات جهت کارکرد بهتر نیاز به عایق یا رسانای الکتریکی دارند. شیشه عایق الکتریسیته خوبی است، در حالی که کوارتز یک رسانای الکتریسیته است. به همین دلیل شیشه و کوراتز در بسیاری از محصولاتی که نیاز به هدایت و یا قطع جریان برق دارند، مورد استفاده قرار می گیرد.

کلاس بندی شیشه‌آلات آزمایشگاهی از نظر دقت اندازه‌گیری

شیشه‌آلات آزمایشگاهی از نظر دقت توسط انجمن مواد و آزمون آمریکا(ASTM) به 2 کلاس A و B تقسیم می شوند. کلاس A که اغلب شیشه های بروسیلیکات را شامل می شود، از میزان خطای کمتری برخوردار بوده و میزان مقاومت آن ها در برابر دما و مواد شیمیایی نیز بیشتر است. در طرف مقابل کلاس B قرار گرفته که  درصد خطای آن 2 برابر کلاس A است.

گروه دیگری از ظروف آزمایشگاهی مانند پیپت ها و بورت ها در کلاس AS طبقه بندی می شوند. کلاس AS از نظر دقت معادل کلاس A بوده و تفاوت آن در خروج سریع تر نمونه های مایع است. به عبارت دیگر زمان تحویل( حداقل زمان لازم برای خالی شدن یک نمونه مایع از ظرف) این ظروف کمتر است.

کلاس بندی شیشه‌آلات آزمایشگاهی براساس مقاومت هیدرولیتیکی(کلاس HGB)

واکنش هیدرولیتیکی(hydrolytic resistance) در واقع میزان واکنش آب با یک ترکیب شیمیایی دیگر است که منجر به تولید ترکیبات جدید می شود. طبق این استاندارد هرچه میزان مقاومت هیدرولیتیکی ظروف آزمایشگاهی کم باشد، احتمال آلوده شدن نمونه حین انجام واکنش بیشتر است. بنابراین شیشه‌آلات آزمایشگاهی را می توان به 5 کلاس HGB تقسیم بندی کرد. این تقسیم بندی براساس آزمایش دانه شیشه(glass-grain test) انجام شده و میزان یون های آزاده شده Na₂O به عنوان معیار طبیقه بندی محسوب می شود. هرچه میزان یون آزاد شده سدیم اکسید(Na₂O) بیشتر باشد، مقاومت هیدرولیتیکی شیشه کمتر است.

کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی بر اساس مقاومت در برابر اسیدها

کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی بر اساس مقاومت در برابر محلول‌های قلیایی

ایمنی و حمل و نقل ظروف شیشه ای

1. هنگام کار با ظروف آزمایشگاهی از عینک آزمایشگاهی، دستکش های محافظ و روپوش آزمایشگاهی استفاده کیند.
2. قبل از استفاده از ظروف شیشه ای آن ها را از نظر شکستگی و یا ترک های ریز بررسی کرده و از استفاده از اینگونه ظروف جدا خودداری نمایید.
3. به هنگام حرارت دادن ظروف شیشه ای از شعله متوسط استفاده کرده و از قرار دادن ظروف بر روی شعله مستقیم جدا خوددرای نمایید.(می توان از توری نسوز برای توزیع یکنواخت حرارت استفاده کرد)
4. ظروف شیشه ای را به آرامی گرم و سرد کنید و هنگام انجام این گونه آزمایشات از ظروف یوروسیلیکات استفاده نمایید.
5. از تحت فشار قرار دادن ظروف آزمایشگاهی نازک جدا خودداری کرده و به جای آن از ظروف شیشه ای ضخیم که دارای مقاومت مکانیکی بالایی دارند، استفاده کنید.
6. هنگام استفاده از پیپت از مکیدن نمونه محلول جدا خودداری نمایید. زیرا ممکن است باعث مسمومیت، سوختگی و یا صدمه های جبران ناپذیر شود.
7. از حرارت دادن و گرم کردن ظروف در دمای بیش از 420 درجه سانتی گراد خود داری کنید. زیرا باعث ایجاد شوک حرارتی در شیشه شده و نهایتا منجر به شکستن آن ها می شود.
8. هنگام استفاده از دستگیره جهت جا به جایی ظروف شیشه ای از محافظ و یا روکش های محافظ استفاده نمایید تا از آسیب دیدگی شیشه جلوگیری شود.

توصیه های کلی جهت تمیز کردن ظروف شیشه ای

• ظروف شیشه ای آزمایشگاهی را در اسرع وقت تمیز کرده تا از سفت شدن باقی مانده مواد جلوگیری شود.
• برای از بین رفتن چربی موجود در ظروف ابتدا آن را با حلال آلی شسته و سپس با آب، آبکشی نمایید.
• برای شست و شوی دستی ظروف شیشه ای از اسفنج ها یا برس های پلاستیکی ساینده استفاده نکنید.
• برای تمیز کردن ظروف شیشه ای مورد استفاده در بخش میکروبیولوژی و زیستی ابتدا از مواد ضدعفونی کننده و یا انوکلاو استفاده کرده و سپس آن را ها را بشویید.
• برای پاک کردن لکه های آهن موجود بر روی ظرف می توان از محلول اسید کلریدریک و آب استفاده کرد.
• برای پاک کردن لکه های پرمنگنات موجود بر روی ظروف آزمایشگاهی می توان از مخلوطی از اسید سولفوریک و پراکسید هیدروژن 3% استفاده نمایید.