کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی چیست؟

کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی که از ملزومات اساسی در هر آزمایشگاهی هستند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. زیرا ظروفی شیشه ای آزمایشگاه، باید روی مواد مختلفی که داخل آن ها قرار داده می شوند، بی تاثیر باشد. بی اثر بودن شیشه ها باعث می شود که نگهداری مواد داخل آن ها با آسودگی انجام شود. ولی چون ظروف آزمایشگاهی از جنس های مختلفی ساخته شده اند، از ویژگی های متفاوتی برخوردار هستند. به همین دلیل است که کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی مورد توجه قرار می گیرد. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی می پردازیم.

شیشه

مخلوط اکسیدهای فلزی در دمای بالا شیشه را تشکیل می دهد که به عنوان ماده ای غیرآلی، شفاف و سخت تعریف می شود. شیشه های سیلیکاتی در بین شیشه ها، به عنوان قدیمی ترین آن ها بوده و ماسه اساس تشکیل این نوع شیشه هاست. شیشه ها نقطه ذوب و جوش مشخصی نداشته و دارای مقاوت الکتریکی بالایی هستند. اما اگر تحت دماهای بسیار بالایی قرار بگیرند، تحت تاثیر نیروهای داخلی خود مانند کشش سطحی، نرم شده و حالت خمیری پیدا می کنند.

علت کاربرد ظروف شیشه ای در آزمایشگاه ها

بیشتر ظروف آزمایشگاهی چون ارلن، بشر، مزور، لوله آزمایش، پیپت، بورت و … از شیشه ساخته می شوند. هر چند در ساخت بسیاری از این ظروف پلاستیک نیز کاربرد دارد. یکی از دلایل کاربرد این ماده در ساخت این وسایل، شفاف بودن شیشه است. با وجود شفافیت، مشاهده و کنترل پیشرفت واکنش و همچنین مواد مختلفی که داخل آن ها هستند به راحتی انجام می شود. مزیت دیگر کاربرد وسایل شیشه ای، مقاومت بالای آن در مقابل گرما و حرارت است. همچنین شیشه می تواند در مقابل شوک حرارتی، سالم باقی بماند. مهمترین مزیت استفاده از شیشه ها بی اثر بودن آن ها بر موادی است که داخل آن ها گذاشته می شوند.

انواع شیشه های مورد استفاده در ساخت ظروف آزمایشگاهی

با توجه به این که انواع شیشه ها، دارای خواص متفاوتی هستند، از آن ها در موارد مختلفی استفاده می شود. در اینجا به معرفی انواع جنس های مختلف شیشه ها که شامل شیشه های نرم، سخت و شیشه های با درجه حرارت بالا هستند، می پردازیم.

شیشه نرم

شیشه های نرم خیلی آسان می توانند ساییده شوند، به همین دلیل از نظر حالت فیزیکی نرم تر از سایر انواع شیشه ها هستند. به دلیل ویژگی هایی چون داشتن دمای ذوب پایین، کم هزینه بودن و توانایی استفاده بلند مدت، شیشه های نرم، بیشترین کاربرد را در تولید انواع ظروف آزمایشگاهی دارند. اما این شیشه ها با توجه به این که از چه نوع موادی ساخته می شوند، دارای کیفیت های متفاوتی هستند. در حالت کلی میزان ۸ تا ۱۲ درصد وزن شیشه های نرم از آهک و ۱۲ تا ۱۷ درصد وزن آن ها را سودا تشکیل می دهد.

اگر درصد آهک موجود در این شیشه ها زیاد باشد، باعث ایجاد گود رفتگی در طول فرآیند تولید می شود. همچنین احتمال هوازدگی و واکنش با آب در صورت پایین بودن غلظت آهک در شیشه های نرم افزایش می یابد. یکی از معایبی که شیشه نرم دارد، داشتن ضریب انبساط حرارتی بالای آن است که باعث کم شدن مقاومت آن در مقابل شعله شده و به راحتی شکسته می شود.

شیشه سودا- لایم

از مهمترین نمونه شیشه نرم، سودا- لایم است که در ترکیب خود از اکسید سدیم یا کربنات سدیم، اکسید کلسیم و یا اکسید منیزیم تشکیل شده است. مقاومت این نوع شیشه در برابر تغییرات دما و محیط شیمیایی بالا بوده و در ساخت لوازمی چون پیپت، ظروف پتری دیش، مخازن کروماتوگرافی، ظرف های نگهداری مواد خشک و مزور کاربرد دارد. از ویژگی های شیشه های سودا- لایم، توانایی چند بار ذوب شدن و بازیافت دوباره آن است. مقاومت هیدرولیتیکی این شیشه ها زیاد بوده ولی مقاومت کمتری نسبت به شیشه های بوروسیلیکاتی دارند. پس در مقابل شوک حرارتی شکننده بوده و نقطه ذوب آن ها نیز کم است. عمده ترکیب تشکیل دهنده این شیشه ها، سیلیکون دی اکسید (۶۹ تا ۷۴ درصد) است.

شیشه سخت

شیشه های سخت مقاومت بالایی در برابر سایش داشته و برای ساخت، به انرژی زیادی نیاز دارند. از ویژگی های شیشه های سخت، داشتن مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی بوده که به دلیل داشتن ضریب حرارتی کمتر از انبساط است. محلول های قلیایی و بسیاری از مواد شیمیایی در این نوع از شیشه ها بی اثر هستند. مثالی از این دسته شیشه ها، بوروسیلیکات ها هستند.

بوروسیلیکات ها

از شیشه های پلاستیک علاوه بر این که در ساخت بسیاری از ظروف آزمایشگاهی استفاده می شود، بلکه در ساخت لامپ های روشنایی، سرنگ ها که به مقاومت شیمیایی و حرارتی بالایی دارند، استفاده می شود. چون در ساختار این نوع از شیشه ها، سیلیکا وجود دارد، وقتی در معرض آب قرار می گیرند یک لایه ای از ژل سیلیکا روی شیشه ایجاد می شود. این لایه که دارای ساختاری غیرمتخلخل است، نقش حفاظتی از شیشه را دارد. شیشه های بوروسیلیکات در مقابل موادی چون هیدروفلوئوریک اسید، فسفریک اسید و محلول های سدیم هیدروکسید گرم، مقاومت ندارند. چنین موادی مانع تشکیل لایه غیرمتخلخل سیلیکاژل روی شیشه شده و محافظت آن را دچار اختلال می کنند.

از دیگر ویژگی های بوروسیلیکات ها، داشتن ضریب انبساط حرارتی کم، مقاوم بودن در برابر شوک حرارتی و مقاوم بودن در برابر خوردگی است. در ساخت بسیاری از تجهیزات پزشکی از شیشه های بوروسیلیکاتی استفاده می شود.

شیشه دمای بالا و انتقال UV

شیشه های با مقاومت دمایی بالا که به عنوان کوارتز کاربرد دارند، تا دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد را تحمل می کنند. همچنین این نوع از شیشه ها چون دارای ضریب انبساط حرارتی کمی هستند و مقاومت بالایی در مقابل شوک حرارتی دارند. این شیشه ها می توانند UV را به راحتی از خود عبور دهند.

شیشه کوارتز

به شکل طبیعی در ساختار انواع سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگونی، کوارتز یافت می شود. کاربرد آن در صنایع مختلف به دلیل داشتن درصد خلوص بالا، هدایت الکتریکی کم، توانایی تحمل دماهای زیاد، داشتن انبساط حرارتی کم و همچنین داشتن استحکام دی الکتریکی بالا، بسیار است. با داشتن چنین ویژگی هایی، از کوارتز در هر دمایی می توان استفاده کرد. طوری که حرارت دادن آن تا دمای ۱۵۰۰۰ درجه سانتی گراد و قرار دادن آن در آب سرد، شکستگی یا ترکی را در آن ایجاد نمی کند.

همان طور که گفته شد به دلیل عبور دادن گستره ی بسیاری از طیف ها با انواع طول موج های نور، در مواردی که نیاز به کار بردن اشعه مادون قرمز و ماوراء بنفش است، این شیشه ها مورد استفاده هستند. علاوه بر ساخت ظروف آزمایشگاهی در تولید لامپ های قوسی فیلامنت نیز از کوارتز استفاده می شود.

کوارتز نسبت به انواع شیشه های دیگر گران تر بوده و در آزمایشات اسپکتروسکوپی، تقطیر، کروماتوگرافی و اندازه گری های حجمی مورد استفاده است.

شیشه اکتینیک

نوعی از شیشه ها به نام اکتینیک ها هستند که دارای رنگ قهوه ای تیره و یا کهربایی هستند. برای این که ترکیبات شیمیایی که حساس به نور هستند، دچار تغییرات شیمیایی نشوند، در این شیشه ها نگهداری می شوند. در این صورت است که از اشعه های مادون قرمز، نور مرئی و اشتعه ماوراءبنفش محافظت می شوند.

شیشه سیلانیزه

در آزمایشگاه ها هنگام کار با مواد حساسی چون پروتئین ها، مواد ژنتیکی و مواد استفاده شده در کشت سلولی، از شیشه های نوع سیلانیزه استفاده می شود. درون شیشه های سیلانیزه یا سیلیکونیزه، مواد آبگریزی وجود دارد که مانع چسبیده شدن مواد به هم می شود. به عبارتی املاح در سطوح شیشه جذب نمی شوند. این نوع از شیشه ها برای نمونه هایی با چسبندگی زیاد و غلظت پایین کاربرد دارد.

کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی

با توجه به میزان دقت در درجه بندی، می توان به کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی پرداخت. انجمن مواد و آزمون آمریکا، کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی را انجام داده و میزان دقت این ابزار را تعیین می کند. در زیر به توضیح انواع کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی می پردازیم.

کلاس A

میزان خطا در ظروف شیشه ای با کلاس A کمتر بوده و بیشتر از شیشه بوروسیلیکات ساخته می شوند. این دسته از ظروف، نسبت به حرارت و مواد شیمیایی دارای مقاومت بالایی هستند. شرکت های سازنده با توجه به استانداردهایی چون ASTM یا ISO یا Din، تایید این ظروف را ارئه دادند.

کلاس B

شیشه آلات آزمایشگاهی با درجه کلاس B، بیشتر از جنس سودالایم ساخته می شوند. این نوع از شیشه ها دارای درجه خطایی به اندازه ۲ برابر نسبت به شیشه آلات با درجه کلاس A است. این نوع از شیشه ها باید به صورت دوره ای، کالیبره شوند چون در استفاده طولانی مدت در برابر مواد شیمیایی دچار خوردگی می شوند. کالیبراسیون به معنای کنترل میزان دقت اندازه گیری ظروف مختلف بر حسب استانداردهای بین المللی است. در این صورت میزان خطای اندازه گیری آن ها می تواند محاسبه شود. اما دوره ی کالیبراسیون در شیشه آلات با درجه کلاس A، در فاصله زمان های طولانی تری انجام می شود. طوری که کالیبراسیون ظروف شیشه ای با درجه کلاس A هر ۱۰ سال یکبار و ظروف شیشه ای با درجه کلاس B، هر ۵ سال یکبار انجام می شود.

از این نوع شیشه ها برای ساخت ظروفی چون بالن های ژوژه، بورت و مزور استفاده می کنند.

کلاس AS

دقت اندازه گیری در شیشه های با درجه کلاس AS با دقت ظروف شیشه ای با درجه کلاس A، با هم در یک حد هستند. شیشه های با کلاس AS، مناسب برای بورت ها و پیپت ها هستند که مایع هر چه سریعتر از آن ها خارج شود. به عبارتی دیگر در این نوع شیشه ها، زمان تحویل (مدت زمان لازم برای خروج مایعات) کوتاه است. مدت زمان تحویل که بر حسب ثانیه روی ظروف شیشه ای درج شده است، وابسته به کشش سطحی بین مولکول های مایع و شیشه است.

سایر کلاس بندی های شیشه آلات آزمایشگاهی

مقاومت در برابر محلول های قلیایی یکی از اساس های کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی است. چون وقتی شیشه ها در مقابل مواد قلیایی قرار می گیرند، دچار سایش می شوند. در این تقسیم بندی سه نوع کلاس بندی A_۱ (با میزان تاثیر پذیری کم)، A_۲ (با میزان تاثیرپذیری متوسط) و A_۳ (با میزان تاثیرپذیری بالا) وجود دارد.

کلاس HGB

مقاومت هیدرولیتیکی در یک شیشه از اهمیت ویژه ای در آزمایشگاه ها برخوردار است. به واکنش آب با مواد شیمیایی، واکنش هیدرولیتیکی می گویند. با کم بودن میزان مقاومت هیدرولیتیکی، نمونه های داخل آن دچار آلودگی می شوند. با توجه به این ویژگی و با انجام آزمایش دانه شیشه، ظروف شیشه ای در پنج کلاس درجه بندی می شوند. در این آزمایش که با تیتراسیون انجام می شود، اسید هیدروکلریک به عنوان محلول استاندارد و متیل رد به عنوان معرف استفاده می شود. رابطه بین میزان یون های آزاد شده با مقاومت هیدرولیتیکی برعکس خواهد بود. بیشترین مقاومت هیدرولیتیکی در کلاس ۱ و کمترین میزان مقاومت در کلاس ۵ وجود دارد.

کلاس بندی شیشه آلات آزمایشگاهی به شکل S_۱، S_۲، S_۳ و S_۴

در این نوع کلاس بندی، شیشه ها بر اساس کاهش میزان وزن خود، وقتی که در تماس با اسید قرار می گیرند، درجه بندی می شوند. در آزمایش تشخیص این نوع از کلاس بندی، ۶ ساعت سطح شیشه مورد نظر را در هیدروکلریک اسید می جوشانند. این کلاس بندی توسط استاندارد DIN 12116 تعیین می شود. در این کلاس بندی S_۱، مقاوم به اسید، S_۲ دارای تاثیر پذیری کم، S_۳ تاثیری پذیری متوسط و S_۴ تاثیرپذیری بالا دارد.

مفهوم علامت TC روی شیشه

در ذخیره کردن مایعات و همچنین آماده کردن محلول ها می توان از شیشه آلاتی استفاده کرد که روی آن ها علامت TC درج شده باشد. از این دسته ظروف نمی توان برای انتقال حجم مشخصی از مایعات استفاده کرد. چون با ریختن مقدار مشخصی مایع داخل این ظروف و انتقال آن به ظروف دیگر، مقدار مایع منتقل شده کمتر از میزان مایع وارد شده در ظرف اول خواهد بود. چون مقداری از این مایع با دیواره و سطح داخلی ظروف چسبیده و حجم مایع منتقل شده را کم می کنند. نمونه هایی از ظروف دارای این علامت، ارلن مایر و فلاسک حجمی هستند.

نکات ایمنی در استفاده و تمیز کردن ظروف شیشه ای آزمایشگاه ها

اول این که در هنگام کار از روپوش آزمایشگاهی، عینک و دستکش های محافظ استفاده شود. وقتی در انجام آزمایش نیاز به گرما دادن باشد، باید از قرار دادن ظروف شیشه ای در مقابل حرارت مستقیم خودداری کنید. گرم و سرد کردن ظروف باید به آهستگی انجام شود. دمای حرارت این ظروف نباید از ۴۲۰ درجه سانتی گراد بالاتر باشد چون با شوک حرارتی که ایجاد می کند، این ظروف می شکنند.

در تمیز کردن این ظروف نیز باید هر چه سریعتر انجام شود تا مانع از سفت شدن مواد داخل آن شود. اگر ترکیبات نامحلول در آب، این ظروف را آلوده کردند، از حلال های آلی برای شستن آن ها استفاده کرد. در آزمایشگاه های بیولوژیکی و زیستی، ابتدا مواد ضدعفونی کننده و اتوکلاو برای تمیز کردن این ظروف استفاده می شوند.