分析天平是化學(xué)學(xué)科的重要工具, 尤其對(duì)于分析化學(xué)來(lái)說(shuō)是最重要、最常用的衡量?jī)x器?；瘜W(xué)工作者都必須熟悉如何正確使用天平, 所以在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中天平的使用是非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。以定量分析實(shí)驗(yàn)為例, 常量分析的允許測(cè)定誤差常常不超過(guò)測(cè)量結(jié)果的千分之幾, 根據(jù)這一要求, 北京大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心定量分析實(shí)驗(yàn)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(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)單的電子天平 , 還有便于操作訓(xùn)練、原理理解的機(jī)械天平。近年來(lái), 雖然隨著技術(shù)水平的提高和設(shè)備的更新, 許多基層化驗(yàn)室、學(xué)校、科研院所已經(jīng)廣泛使用了電子天平, 但由于我國(guó)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀, 仍有不少工廠、企業(yè)、基層化驗(yàn)室還在使用部分機(jī)械加砝碼天平和單盤(pán)天平, 兩者共存的情況也給我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了相應(yīng)的教學(xué)要求。機(jī)械天平和電子天平孰優(yōu)孰劣只有根據(jù)不同的場(chǎng)合和需求進(jìn)行選擇。近代機(jī)械天平可以追述到18世紀(jì), 天平開(kāi)始采用刀子支承, 大大提高了精度。到19世紀(jì)下半葉,天平的精度基本上達(dá)到了今天所具有的精度水平。19世紀(jì)下半葉到20世紀(jì)初, 天平在結(jié)構(gòu)上又得到了許多重大改進(jìn)。1945年瑞士研制成功第一臺(tái)實(shí)用的單盤(pán)天平。它比起傳統(tǒng)的雙盤(pán)天平具有更多的優(yōu)越性, 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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)表了一篇報(bào)告, 列舉了單盤(pán)天平11大優(yōu)點(diǎn), 新型的單盤(pán)天平就逐漸取代了傳統(tǒng)的雙盤(pán)天平。以下就以北京光學(xué)儀器廠DT- 100A 型單盤(pán)天平為例, 介紹機(jī)械分析天平的特點(diǎn) : 此天平為不等臂橫梁、光學(xué)投影顯示、機(jī)械式單盤(pán)天平, 它具有感量恒定、無(wú)不等臂性誤差、全機(jī)械減碼操作簡(jiǎn)單、稱(chēng)量較迅速、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。感量恒定: 杠桿式等臂天平的感量, 空載時(shí)和重載時(shí)往往不完全一樣, 即隨著橫梁負(fù)載的改變而略有變化; 而單盤(pán)天平在使用過(guò)程中, 被稱(chēng)物與天平內(nèi)掛砝碼處于同一懸掛系統(tǒng)中, 被稱(chēng)物的質(zhì)量等于從懸掛系統(tǒng)中減去的砝碼的質(zhì)量, 懸掛系統(tǒng)的總質(zhì)量不隨被稱(chēng)物質(zhì)量的不同而改變, 其橫梁的負(fù)載是不變的, 因此, 感量也是不變的。沒(méi)有不等臂性誤差: 雙盤(pán)天平的兩臂長(zhǎng)度不一定完全相等, 因此, 往往存在一定的不等臂性誤差, 而單盤(pán)天平的砝碼和被稱(chēng)物同在一個(gè)懸掛系統(tǒng)中, 承重刀與支點(diǎn)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(chēng)量法􀀁, 其稱(chēng)量誤差主要來(lái)源于內(nèi)含砝碼, 而這種天平的棒狀砝碼(屬于機(jī)械掛碼)的精確度很高, 優(yōu)于2等砝碼。稱(chēng)量速度較快: 天平設(shè)有半開(kāi)機(jī)構(gòu), 可以在半開(kāi)狀態(tài)下調(diào)整砝碼; 橫梁在半開(kāi)時(shí)可輕微擺動(dòng), 使光屏上的標(biāo)尺投影能顯示約15個(gè)分度, 足以判斷調(diào)整砝碼的方向, 明顯縮短了調(diào)整砝碼的時(shí)間; 又由于阻尼器(活塞式結(jié)構(gòu))效果好, 使標(biāo)尺平衡速度快,所以稱(chēng)量速度明顯快于雙盤(pán)天平。

   20世紀(jì)60年代以來(lái), 電子技術(shù)獲得了驚人的發(fā)展, 作為電子技術(shù)應(yīng)用典型的電子天平已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。它是利用電子裝置完成電磁力補(bǔ)償的調(diào)節(jié), 使物體在重力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)力的平衡, 或通過(guò)電磁力矩的調(diào)節(jié), 使物體在重力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)力矩的平衡。電子天平的特點(diǎn)如下 :電子天平支承點(diǎn)采用彈簧片, 不需要機(jī)械天平的寶石、瑪瑙刀與刀承, 取消了升降框的裝置,采用數(shù)字顯示方式代替指針刻度式顯示, 以及采用體積小的大集成電路; 因此, 電子天平具有壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、靈敏度高、體積小、操作方便、安裝容易和維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。電子天平采用了電磁力平衡原理, 稱(chēng)量時(shí)全量程不用砝碼, 放上被稱(chēng)物后在幾秒鐘內(nèi)達(dá)到平衡, 顯示讀數(shù); 有的電子天平采用單片微處理機(jī)控制, 使稱(chēng)量速度更快、精度高、準(zhǔn)確度好。電子天平還具有自動(dòng)校正、累計(jì)稱(chēng)量、超載指示、故障報(bào)警、自動(dòng)去皮重等功能, 使稱(chēng)重操作更便捷。電子天平具有質(zhì)量信號(hào)輸出, 可以與打印機(jī)、計(jì)算機(jī)聯(lián)用, 可以實(shí)現(xiàn)稱(chēng)量、記錄、打印、計(jì)算等自動(dòng)化; 它具有RS232C標(biāo)準(zhǔn)輸出接口, 同時(shí)也可以與其它分析儀器聯(lián)用, 實(shí)現(xiàn)從樣品稱(chēng)量、樣品處理、分析檢驗(yàn)到結(jié)果處理、計(jì)算等全過(guò)程的自動(dòng)化, 大大地提高了工作效率。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異, 科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)的發(fā)展速度之快, 讓人目不暇接。但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原則要牢牢樹(shù)立: 既要便于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察和原理的理解, 方便學(xué)生動(dòng)手, 又要手段先進(jìn), 過(guò)程高效、快捷, 利于學(xué)生手腦并用能力的提高。

   這兩方面的要求本身就是一個(gè)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(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求, 一種類(lèi)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(bǔ)作用。既要保證分析天平稱(chēng)量達(dá)到必要的相對(duì)準(zhǔn)確度, 操作方便快捷, 又要滿足學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器工作過(guò)程原理的理解和提高學(xué)生自身實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的要求。