Лаборатория — это место, где проводятся эксперименты, для которых требуются строго контролируемые условия. Это могут быть небольшие помещения или большие залы, но главное — это то, что находится внутри. Очевидно, что в зависимости от специализации той или иной лаборатории оборудование в ней может различаться. Однако существует множество приборов, которые универсальны и необходимы в любом химическом экспериментальном центре. Базовое оборудование можно разделить по использованным материалам — стекло, металл, дерево, фарфор, резина и пластик.
Стеклянное лабораторное оборудование
Стекло, в зависимости от типа, может быть использовано для изготовления многих необходимых лабораторных приборов. Наиболее распространенное боросиликатное стекло отвечает всем предъявляемым требованиям, включая: высокую стойкость и низкое тепловое расширение, стойкость к органическим веществам, кислотам и щелочам. К основным стеклянным элементам оборудования относятся пробирки, мензурки, колбы, воронки, кристаллизаторы, часовые стекла, измерительные цилиндры, флаконы, пипетки и бюретки. Между собой стеклянные предметы можно соединять благодаря использованию соединений, т. е. специальных окончаний. Каждое соединение также имеет соответствующие заглушки. Это помогает не только в таких простых действиях, как приготовление растворов, но и в создании оборудования, необходимого, например, в процессах перегонки и для измерения температуры конденсации.
Наиболее распространенными лабораторными стеклянными емкостями являются пробирки, т. е. узкие цилиндрические сосуды, применяемые для проведения химических реакций и нагрева небольших количеств веществ.
Другими важными элементами являются колбы и мензурки. Существует множество типов и емкостей, которые подбираются по необходимости. Мензурки чаще всего выбирают по объему, а колбы имеют конкретное применение. Коническую колбу без соединения чаще всего применяют для титрования, широкогорлую коническую колбу можно применять для выпаривания препарата, а коническую колбу с соединением часто применяют в качестве приемной емкости, например при отборе конкретной фракции перегонки. На рынке также имеется множество круглодонных колб, обычно применяемых в реакциях, проводимых при высоких температурах или при пониженном давлении. Это, например, колбы небольшого объема с сердцевиной и грушевидной частью, одногорлые круглодонные колбы, а также двух- и трехгорлые колбы, позволяющие отбирать или подавать реагенты или газы во время реакции.
Часовые стекла особенно пригодны для покрытия мензурок, а также для окрашивающих реакций и взвешивания твердых веществ. Визуальная оценка продукта также чаще всего осуществляется на предметных стеклах.
Кристаллизаторы представляют собой плоскодонные приспособления цилиндрической формы, которые чаще всего применяют в качестве сосудов для медленного испарения растворителя при рекристаллизации. Аналогичный сосуд, но меньшего размера, представляет собой чашку Петри. Ее форма похожа на форму кристаллизатора, но состоит из двух частей — меньшего и большего лотка, служащего крышкой. Эти чашки можно применять в случае более количественно небольших кристаллизаций, но чаще всего их используют в микробиологических лабораториях для культивирования микроорганизмов.
Измерительные цилиндры имеют шкалу, а их градуировка позволяет отмерять определенную порцию жидкости в соответствии с принятой точностью.
Лабораторные палочки представляют собой стеклянные палочки, применяемые для перемешивания содержимого, в основном в мензурках и конических колбах. Пипетки представляют собой стеклянные трубки с заостренным концом, применяемые для точного измерения и переноса жидкостей. В количественном анализе особое значение имеют одномерные и градуированные пипетки. Третий тип — пипетки Пастера — обычно применяют для добавления порций жидкости по каплям.
Два последних важных стеклянных элемента — это воронки и охладители. Обычные воронки применяют для фильтрования суспензий в сочетании с подходящей фильтровальной бумагой или для количественного переноса веществ в сосуды с узким горлышком. Более специфическим типом являются фильтрующие воронки с фриттой, которые по своей конструкции имеют пористую фритту в нижней части конуса или наверху ножки, что особенно удобно при фильтрации небольших количеств осадка.
Охладители являются обязательным элементом каждого комплекса аппаратов, применяемых для изменения агрегатного состояния вещества из газообразного в жидкое. Их эксплуатационные характеристики предполагают применение при высоких температурах, поэтому их стойкость выше. Внутри горячие пары контактируют с охлаждающей средой. Охладители обычно имеют два соединения — с одной стороны это обеспечивает соединение, например с круглодонной колбой, содержащей перегоняемое вещество, а с другой — с холодильником и приемным сосудом. В зависимости от расхода конденсата (охлажденного пара) различают проточные и возвратные охладители.
Чрезвычайно важным элементом почти каждой лаборатории является также бюретка, т. е. оборудование, предназначенное для измерения определенного количества жидкости, откалиброванное на истечение. Она необходима для анализа титрования.
Весы и тигли позволяют проводить анализы при высоких температурах в сушилках (около 110 °С) и муфельных печах (вплоть до 600 °С), например определение потери массы после сушки или определение сульфатной золы.
Металлическое оборудование
Этот материал обычно представляет собой дополнительные элементы, применяемые для удержания, затягивания или подвешивания другого оборудования. Наиболее распространены лапки, позволяющие удерживать стеклянную посуду на штативе, т. е. на тяжелом элементе, служащем в качестве основы для построения набора стеклянного оборудования. Щипцы позволяют поднимать и перемещать стеклянные предметы, подвергшиеся воздействию высоких температур, например, при перемещении сосудов из сушилки или тиглей из печи.
Фарфоровое оборудование
Фарфор в основном применяют для изготовления ступок, т. е. сосудов, позволяющих растирать и унифицировать порошкообразную массу с помощью пестика. Также распространены испарители, в которых из растворов выпаривают жидкости. Воронки Бюхнера представляют собой фарфоровые элементы, применяемые для фильтрования суспензий с помощью бумажных фильтров, в основном применяемых для фильтрации при пониженном давлении. Их вид несколько отличается от обычных стеклянных воронок, поскольку конус разделен на две части, из которых верхняя имеет плоское дно, на которое помещают фильтрующий материал. Обычно они крупнее и шире своих стеклянных аналогов.
Деревянное оборудование
Обычно ограничивается двумя элементами — штативами и лапками, позволяющими удобно переносить и держать пробирки.
Пластиковое оборудование
Обычно это небольшие элементы, позволяющие фиксировать аппарат в комплекте, например: редукторы между колбой и воронкой Бюхнера. Неотъемлемым элементом повседневного снаряжения являются также пластиковые флаконы для промывания, наполненные дистиллированной водой, ацетоном или другими растворителями. Очень удобны для ополаскивания фильтров или промывания стекла.