分析天平是化學(xué)學(xué)科的重要工具, 尤其對于分析化學(xué)來說是最重要、最常用的衡量儀器?；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)實驗教學(xué)中天平的使用是非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。以定量分析實驗為例, 常量分析的允許測定誤差常常不超過測量結(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)實驗教學(xué)中心定量分析實驗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、操作簡單的電子天平 , 還有便于操作訓(xùn)練、原理理解的機械天平。

1　機械天平與電子天平的特點

近年來, 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, 但由于我國技術(shù)與經(jīng)濟現(xiàn)狀, 仍有不少工廠、企業(yè)、基層化驗室還在使用部分機械加砝碼天平和單盤天平, 兩者共存的情況也給我們實驗教學(xué)提出了相應(yīng)的教學(xué)要求。機械天平和電子天平孰優(yōu)孰劣只有根據(jù)不同的場合和需求進行選擇。

1.1　機械天平的特點

近代機械天平可以追述到18世紀, 天平開始采用刀子支承, 大大提高了精度。到19世紀下半葉,天平的精度基本上達到了今天所具有的精度水平。19世紀下半葉到20世紀初, 天平在結(jié)構(gòu)上又得到了許多重大改進。1945年瑞士研制成功第一臺實用的單盤天平。它比起傳統(tǒng)的雙盤天平具有更多的優(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年美國國家標準局發(fā)表了一篇報告, 列舉了單盤天平11大優(yōu)點, 新型的單盤天平就逐漸取代了傳統(tǒng)的雙盤天平。以下就以北京光學(xué)儀器廠DT-100A型單盤天平為例, 介紹機械分析天平的特點:此天平為不等臂橫梁、光學(xué)投影顯示、機械式單盤天平, 它具有感量恒定、無不等臂性誤差、全機械減碼操作簡單、稱量較迅速、維護保養(yǎng)方便等優(yōu)點。

(1)感量恒定:杠桿式等臂天平的感量, 空載時和重載時往往不完全一樣, 即隨著橫梁負載的改變而略有變化;而單盤天平在使用過程中, 被稱物與天平內(nèi)掛砝碼處于同一懸掛系統(tǒng)中, 被稱物的質(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)量不隨被稱物質(zhì)量的不同而改變, 其橫梁的負載是不變的, 因此, 感量也是不變的。

(2)沒有不等臂性誤差:雙盤天平的兩臂長度不一定完全相等, 因此, 往往存在一定的不等臂性誤差, 而單盤天平的砝碼和被稱物同在一個懸掛系統(tǒng)中, 承重刀與支點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“替代稱量法”, 其稱量誤差主要來源于內(nèi)含砝碼, 而這種天平的棒狀砝碼(屬于機械掛碼)的精確度很高, 優(yōu)于2等砝碼。

(3)稱量速度較快:天平設(shè)有半開機構(gòu), 可以在半開狀態(tài)下調(diào)整砝碼;橫梁在半開時可輕微擺動, 使光屏上的標尺投影能顯示約15個分度, 足以判斷調(diào)整砝碼的方向, 明顯縮短了調(diào)整砝碼的時間;又由于阻尼器(活塞式結(jié)構(gòu))效果好, 使標尺平衡速度快,所以稱量速度明顯快于雙盤天平。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異, 科學(xué)實驗儀器技術(shù)的發(fā)展速度之快, 讓人目不暇接。但是實驗教學(xué)的原則要牢牢樹立:既要便于實驗過程的觀察和原理的理解, 方便學(xué)生動手, 又要手段先進, 過程高效、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)實驗教學(xué)的要求, 一種類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作用。既要保證分析天平稱量達到必要的相對準確度, 操作方便快捷, 又要滿足學(xué)生對實驗儀器工作過程原理的理解和提高學(xué)生自身實驗素養(yǎng)的要求。