لوازم آزمایشگاهی

   لوازم آزمایشگاهی ابزارهای اولیه کار در یک آزمایشگاه هستند و بنابراین شناخت این وسایل، کاربرد آنها و طرز کار صحیح با هر کدام از این وسایل برای انجام یک آنالیز دقیق با اهمیت است.

   در ادامه برخی از وسایل پرمصرف و کاربردی که معمولا در هر آزمایشگاهی باید وجود داشته باشد معرفی شده و نکات و موارد کاربردی برای هر کدام بررسی می شود. توجه شود که به فراخور آنالیزها و دستگاه هایی که در یک آزمایشگاه وجود دارد، ممکن است وسایل و ابزارهای دیگری که در اینجا به آن پرداخته نشده است، نیز استفاده شود.

وسایل حجم سنجی

  استفاده از وسایل حجمی در تهیه محلول ها، در انتقال یک حجم مشخص و یا در رقیق‌سازی نمونه‌ها در هر آزمایشگاهی الزامی ست. در آزمایشگاه‌های تجزیه به دلیل اهمیت اندازه‌گیری‌های کمی، استفاده از وسایل حجم سنجی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند به ویژه برای دستگاه‌هایی مثل کروماتوگرافی و جذب و نشر اتمی که با محلول‌ها سرو کار دارند، بسیار حساس خواهد بود. بنابراین صحت این وسایل در اندازه‌گیری های جزئی (Trace) و بسیار جزئی (Ultra trace) بسیار حیاتی است.

  وسایل حجم سنجی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند. دسته اول برای نگهداری یا انتقال یک حجم مشخص به کار می‌روند که به آنها تک علامته یا (one-mark) گویند و دسته دوم وسایلی که برای حجم‌های مختلفی مدرج شده‌اند که به آنها چند علامته و یا ( multi-mark) نیز گویند. براین اساس نامگذاری دیگری نیز برای وسایل جحم سنجی در نظر می‌گیرند. وسایل حجمی مثل بالون که برای نگهداری محلول‌ها استفاده می‌شوند را وسایل TCیا (To Contain) گویند و با علامت TC نیز مشخص می‌شوند و وسایلی مثل پی‌پت و بورت که برای انتقال و برداشتن حجم مشخصی به کار می‌روند را وسایل TD یا  (To Deliver ) گویند که با علامت TD مشخص می‌شوند.

   در انتقال حلال‌هایی غیر از آب با وسایل حجمی TD باید دقت نمود چون این وسایل با آب مقطر کالیبره شده‌اند، بنابراین در انتقال حلال‌هایی غیر از آب ممکن است باعث ایجاد خطا در حجم شوند.

  وسایل حجم‌سنجی از نظر تجاری به دو گروه  با درجه A و B  تقسیم بندی می‌شوند. تفاوت این درجه بندی براساس حدود تغییرات (Tolerance limits) حجم‌های جزئی در وسیله حجم‌سنجی بر اساس استانداردهای بین‌المللی، سازمان بین المللی استاندارد (International Standard Organization, ISO) ویا موسسه استاندارد بریتانیا (British standard, BS)، تعیین می‌شود. به طور معمول برای یک حجم مشخص،حدود تغییرات نوع B  دو برابر تغییرات نوع A  است یعنی وسایل حجم سنجی نوع A  با صحت و دقت بیشتری درجه‌بندی شده‌اند و حتما باید یک شماره سریال که نشان‌دهنده روش درجه‌بندی آنهاست بر روی این وسایل حک شده باشد. بر اساس این تقسیم بندی تجاری وسایل نوع A  گران‌تر از وسایل حجمی نوع B هستند.

بر اساس قوانین سازمان بین المللی استاندارد (ISO) و یا موسسه استاندارد بریتانیا (BS)، موارد زیر باید در هنگام خرید و یا استفاده از وسایل  حجم سنجی مد نظر قرار گیرند.

  • تغییرات هر دو نوع وسایل حجم سنجی نوع A و B  باید مشخص بوده و بر روی وسیله مورد نظر حک شود.
  • حجم یا ظرفیت وسیله مورد نظر باید بر حسب میلی لیتر ( ml) و یا سانتی متر مکعب (cm3) بر روی وسیله مورد نظر حک شود.
  • دمای مرجع ( reference temperature) یا دمایی که کالیبراسیون وسیله مورد نظر در آن دما صورت گرفته باید گزارش شود ( این دما غالبا ۲۰ درجه سانتی گراد است)
  • شماره شناسایی (identification number ) همه وسایل حجم سنجی نوع A باید دارای این شماره باشند ولی در وسایل نوع B گزارش این شماره الزامی نیست.

   حجم وسایل حجم‌سنجی ممکن است با استفاده مداوم و گذر زمان تغییر کند. مخصوصا در مورد وسایل نوع A که کالیبراسیون باید به صورت مرتب و دوره‌ای انجام شود. دوره‌های کالیبراسیون این وسایل نباید بیشتر از یکسال باشد و روش‌های کالیبراسیون نیز باید بر اساس روش‌های یک سازمان معتبر مثل سازمان بین المللی استاندارد ( ISO ) و یا موسسه استاندارد بریتانیا (BS) باشد.

 توجه شود که وسایل حجم سنجی به هیچ عنوان نباید در شعله مستقیم و یا روی هیتر حرارت داده شوند زیرا دمای بالا باعث تغییرات غیر قابل برگشت در آنها می‌شود به طوری که با کالیبراسیون نیز خطای آنها قابل تصحیح نخواهد بود.

 این وسایل علاوه بر جنس شیشه از پلاستیک و یا تفلونیPFTE یا (Polytetrafluoroethylene) نیز ساخته می شوند و به صورت تجاری در دسترس هستند. لوازم پلاستیکی ارزان تر هستند، بسیاز سبک تر از شیشه هستند، شکننده نیستند در برابر خوردگی و خراش مقاوم هستند و دیرتر خراب می شوند و به همین دلایل کار کردن با آنها راحت تر و کم خطرتر است. اما برای اندازه گیری های دقیق یا آنالیزهای حساس نباید از لوازم پلاستیکی استفاده کرد. لوازم تفلونی گران تر هستند ولی در برابر خوردگی مقاوم هستند و دماهای ۲۰۰-۳۰۰ درجه را تحمل می کنند.

  وسایل حجم سنجی که به طور معمول در یک آزمایشگاه استفاده می‌شوند عبارتند از: پی‌پت (نوع مدرج و حبابدار) ، بالون، بورت، ارلن، استوانه مدرج و بشر. جدول ۱ انواع این وسایل حجم سنجی دقیقبا توصیف هرکدام را نشان می دهد.

جدول ۱- وسایل حجم سنجی دقیق

بالون 

    بالون‌ها (Flask) وسایل حجم سنجی با حجم مشخصی هستند که برای رقیق سازی، تهیه محلول‌ها و استانداردهای با غلظت مورد نظر استفاده می‌شوند. بالون‌ها برای نگهداری محلول‌ها نیز استفاده می شوند، از این رو جزو وسایل حجم سنجی TC  هستند و هم به صورت شیشه‌ای و هم پلاستیکی وجود دارند.  انواع بالون برحسب شکل و نحوه استفاده از آنها در دسترس هستند. بالون ژوژه یا بالن حجمی، با یک خط نشانه بر روی گردنه باریک بالن برای اندازه گیری دقیق حجم،  بالون خلاء با یک لوله جانبی بر روی گردنه بالن برای تقطیر مایعات، و بالن ته گرد برای حرارت دادن مایعات و محلول ها. معمول‌ترین حجم‌های مورد استفاده بالون‌ها ۱۰،۲۵،۵۰، ۱۰۰، ۵۰۰ و ۱۰۰۰ میلی لیتری است.

پی‌پت 

   پی‌پت (Pipette)برای انتقال حجم مشخص به کار می‌روند و جزو دسته وسایل TD هستند. پی پت‌ها بر حسب دقت و صحتی که دارند طراحی مختلفی دارند و بر این اساس به دو دسته مدرج و حبابدار تقسیم می‌شوند. دقت و صحت هر دو نوع پی‌پت برای یک حجم مشخص با توجه به شرکت سازنده آن متفاوت خواهد بود اما به هر حال مقدار دقیق حدود تغییرات آنها باید در برگه مشخصات  و روی پی‌پت درج شده باشد. پی‌پت های مدرج برای برداشتن حجم‌های مختلف درجه‌بندی شده‌اند در واقع این دسته از پی‌پت‌ها جزو وسایل چند علامته هستند بنابر این با این نوع پی‌پت‌ها علاوه برانتقال حجم نهایی پی‌پت، می‌توان حجم‌های کمتری را نیز انتقال داد. پی‌پت‌های حبابدار برای انتقال یک حجم مشخص به کار می‌روند و جزو وسایل حجمی تک علامته هستند.

    برای انتقال یک حجم مشخص پی‌پت‌های حبابدار صحت بیشتری از پی‌پت‌های مدرج در همان حجم دارند. به عنوان مثال برای انتقال ۵ میلی لیتر از یک محلول استفاده از یک پی‌پت حبابدار ۵ میلی لیتری درست‌تر از استفاده از یک پی پت مدرج  ۵ میلی لیتری خواهد بود.

  پی‌پت‌ها بر حسب حجمی که می توان با آن محلولی را منتقل کرد نیز به دو دسته میکرو پی‌پت‌ها، که برای انتقال حجمی بین ۱۰۰۰-۱ میکرولیتر استفاده می‌شوند، و ماکرو پی‌پت‌ها ، که برای انتقال حجم‌های بیشتر از ۱ میلی لیتر به کار می‌روند و معمولا حجم‌های ۱،۲،۵،۱۰،۲۵ میلی لیتری دارند، تقسیم می‌شوند.

  علاوه بر این پی‌پت‌ها بر حسب مکش محلول به دو دسته صورت مکانیکی و یا الکترونیکی تقسیم می‌شوند. مکش در پی‌پت‌های مکانیکی توسط پی‌پت پرکن (Pipette filler ) انجام می‌شود و تنظیم حجم مورد نظر بر عهده اپراتور است در صورتی که در نوع الکترونیکی، سنسورهای الکترونیکی حجم مورد نظر را تنظیم می‌کنند. اگر چه پی‌پت‌های الکترونیکی به خاطر عدم تاثیر خطای اپراتور، مخصوصا در خواندن حجم، دقیق تر از نوع دستی هستند اما هنوز در بیشتر آزمایشگاه‌ها به خاطر قیمت ارزان تر نوع دستی، استفاده از نوع دستی بسیار رایج‌تر است.

 میکروپیپت وسیله ای پیچیده تر است که برای برداشتن و انتقال حجم های کم مایعات در محدوده ۱ تا هزار میکرولیتر با دقتی حد میکرولیتر (یک هزارم میلی لیتر) ساخته شده اند. میکروپیپت دارای یک مکنده قابل تنظیم هستند که به کمک نوک های قابل تعویض به طور اتوماتیک می تواند مقدار بسیار کم و معینی را برداشت کند. میکروپیپت ها در دو نوع با حجم ثابت و حجم متغیر وجود دارند. در حجم ثابت مقدار معین و ثابتی توسط میکروپیپت برداشته می شود ولی نوع متغیر یا قابل تنظیم آن قابلیت برداشت حجم های مختلف را دارد.

ارلن

  ارلن (Erlenmeyer Flask) ظرف مخروطی شکل با گردنه باریک است که برای مخلوط کردن، حرارت دادن و نگهداری محلول ها و مایعات بکار می رود و از لوازم پرکاربرد آزمایشگاهی محسوب می شود. این وسیله از جنس پیرکس بوده که در برابر حرارت مقاوم است و تا ۴۰۰ درجه سانتی گراد را می تواند تحمل کند. ارلن به خاطر نام سازنده اش به ارلن مایر نیز معروف است. ارلن خلا یک لوله جانبی برای اتصال به پمپ و ایجاد خلا دارد که معمولا برای صاف کردن رسوب گذاری استفاده می شود.

استوانه مدرج و بشر دقت لازم را برای آنالیز مقادیر جزئی و بسیار جزئی ندارند. بورت نیز به طور عمده در اندازه گیری‌ کمی روش‌های تیتراسیون کاربرد دارد. بنابراین دو وسیله پی‌پت و بالون برای به حجم رساندن، رقیق‌کردن و آماده‌سازی استانداردها و نمونه‌ها استفاده می‌شود و دقت و نحوه استفاده و کالیبراسیون این دو برای اندازه گیری کمی بسیار با اهمیت است.جدول ۲ انواع این وسایل حجم سنجی دقیقبا توصیف هرکدام را نشان می دهد.

جدول ۲- وسایل حجم سنجی نیمه دقیق

وسایل آماده سازی نمونه

از آنجایی که بیشتر دستگاه های آنالیزی با محلول و مایعات سرو کار دارند نمونه های جامد باید به صورت محلول در آیند. این دسته از وسایل آزمایشگاهی برای آماده سازی نمونه های جامد به کار می روند و ابزارهای کمکی هستند برای برداشتن و جدا کردن نمونه از توده (بالک)، ساییدن و پودر کردن، خشک کردن، مخلوط کردن، خاکستر کردن، صاف کردن و .. استفاده می شوند. به جز ترازو که نقش بسیار بااهمیتی در نتایج آنالیزهای کمی دارد، بقیه وسایل این دسته به صورت مستقیم بر روی نتایج تاثیرگذار نیستند. اما باید در نظر داشت که استفاده درست از هرکدام از این وسایل ضروریست. به عنوان مثال استفاده بد از هاون و یکنواخت نشدن نمونه برداشته شده و باقی ماندن کلوخه، عملکرد بد کوره در خشک شدن کامل ماده جامد و در نتیجه توزین نادرست نمونه را به همراه خواهد داشت.

در جدول ۳ وسایلی که برای نمونه سازی اولیه در بیشتر آزمایشگاه ها مورد نیاز است را به همراه توصیف مختصری از آنها فهرست شده اند. ابزارها و وسایل ساده دیگری مانند پنس، سه پایه ،گیره فلزی، شیشه ساعت، انواع بطری، آبفشان یا پیست، چراغ بونزن، دماسنج، لوله آزمایش و ..به دلیل کارکرد واضح و ساده ای که دارند در جدول فهرست نشده اند.

ترازو

  وزن کردن یک مرحله حیاتی در هر آزمایشگاه شیمی و تجزیه‌ای است و یکی از علل عدم قطعیت در نتایج کمی یک آنالیز است که نتایج آن ممکن است  در رد یا قبول نتایج یک آزمایش تاثیر زیادی بگذارد.

   تاکنون انواع مختلف ترازو شامل ترازوهای دو کفه ای، اهرمی و الکترونیکی یا دیجیتال در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار گرفته اند. دقت ترازوهای دوکفه ای و اهرمی ۱-۰٫۱ گرم است. ترازوهای الکترونیکی (Electronic balance) با دقتی در محدوده ۰٫۰۰۰۱-۰٫۰۰۰۰۱ گرم بسیار دقیق تر از دو نوع دیگر هستند بنابراین امروزه در آزمایشگاه ها عمدتا از ترازوهای الکترونیکی استفاده می شود.

  یک ترازوی الکترونیکی مستقیماً جرم نمونه را اندازه‌گیری نمی‌کند، در واقع نیروی وزن را اندازه می‌گیرد. بنابراین چیزی که قرائت می شود، مقدار وزنی نامیده می‌شود. اثراتی که بر روی صحت و دقت نتایج وزنی یک ترازوی الکترونیکی تاثیر می‌گذارند به سه نوع تقسیم می‌شوند: نوع اول اثراتی است که از خود ترازو ناشی می‌شوند مثل: خوانایی یا  توانایی خواندن (Readability)، تکرارپذیری (Repeatability)، غیر خطی بودن (Non-linearity)، حساسیت و ضریب دمایی.

   نوع دوم اثراتی است که توسط محیط ایجاد می‌شوند مثل رطوبت هوا، دما و فشار هوا، پرتوهای گرمایی و نور مستقیم خورشید.

  نوع سوم اثراتی هستند که بر روی جسم مورد اندازه‌گیری تاثیر می گذارند، مثل اثر سبکسازی هوا (Air Buoyancy)، بارگذاری (Loading) نمونه روی صفحه ترازو، اپراتور یا شخصی که با ترازو کار می‌کند و غیره. اگر وزن کردن در خلأ و روی زمین انجام شود، یک جسم با جرم m، نیروی وزنی G=m.g را خواهد داشت اما اگر همین جسم در اتمسفر وزن شود، تحت تأثیر عوامل محیطی نظیر فشار، دما و رطوبت وزنی متفاوت از وزن آن در خلا خواهد داشت. بنابراین ترازوهای الکترونیکی دارای محفظه ی توزین هستند تا  سبب کاهش تاثیر هوا بر وزن مواد  شود. ضمن اینکه برای کالیبره دقیق و محاسبه خطای ترازو فشار، دما و رطوبت محل نگه داری ترازو باید ثابت بوده یا تغییرات زیادی نداشته باشد. ترنسدیوسرترازو ممکن است به دما حساس باشد.

  مشخصات یک ترازو تحت تاثیر پارامترهای تصادفی مثل (خوانایی و تکرارپذیری) و خطای سیستماتیک (غیرخطی بودن، تغییرات حساسیت، ضریب دمایی) است که با تنظیم درست ترازو، این مقادیر باید به صفر میل کنند.  برای توزین دقیق‌تر و صحیح‌تر، استفاده از یک ترازوی حساس که مقادیر پایین‌تری از خوانایی، تکرارپذیری، غیرخطی بودن و حساسیت الزامی است که همه این پارامترها برای هر کاربرد ویژه‌ای یا هر جسم ویژه‌ای باید کنترل شوند.

جدول ۳- وسایل نمونه سازی اولیه