传统酒精灯在各种中小学、大学的学生教学实验中,有着非常广泛的应用。在化学实验室中,通过其燃烧产生的火焰,可以实现如:加热蒸发皿加速水分蒸发,进行食盐析晶、硫酸铜晶体制备;对试管内的固体物质热分解(如碳酸氢钠)、液体升温反应(如温度对溶解速率的影响);依靠火焰的高温拉制毛细管、弯管成型;喷显色剂后烘烤显色,火焰移动灵活适合局部加热。在生物实验中,微生物接种前灼烧灭菌,火焰温度需达500℃以上杀灭芽孢;观察植物细胞质壁分离时,快速加热载玻片促进细胞失水;灼烧瓶口防止污染,酒精灯产生的上升气流可形成局部无菌区。在物理实验中,火焰可以演示气体热膨胀(如覆杯实验)、对流现象(火焰上方纸风车转动)等等。
传统的酒精灯虽然在教学实验室中用途非常广泛,但是仍存在着诸多缺陷和风险,主要包括以下几个方面:
1.使用液态酒精(浓度70%-90%),玻璃材质易倾倒导致燃料泄漏,酒精挥发可能引发爆燃,尤其在通风不良环境中风险显著。
2.需使用火柴或打火机点燃,点火过程可能烫伤学生。
3.火焰大小不可调控,意外熄灭后需重新点火。
4.玻璃材质禁止手持,仅限桌面固定使用,移动时需熄火冷却。
5.酒精(乙醇)在室温下挥发速度极快(20℃时蒸气压≈5.8 kPa),挥发气体密度大于空气,易在桌面低洼处积聚。
6.酒精燃烧时火焰呈淡蓝色,在明亮环境下不易辨识,尤其日光灯下,学生易误判火焰状态导致触碰烫伤。
针对酒精灯的这些缺陷,目前市面上出现了加热套、加热板等电加热的方式来替代,但是电加热仍有较多的局限,明火的加热消毒蒸煮器材仍有其显著优点,主要有以下几点显著优势:
1.温度更高,火焰烧灼加热速度快、时间短,灭菌效果更显住,可以用于安瓿瓶等玻璃器材的封口,电加热无法实现。
2.可视化强,火焰的颜色、高度变化直接反映燃烧状态,便于学生理解实验过程。
3.火焰可以用于蒸煮、灭菌、加热等等各类应用,通用型强,电加热设备往往一种仪器只针对某种用途,针对不同应用需要购买不同设备,成本过高。
针对目前许多教学实验室用户既要使用明火实验的需要,又要避免冲突酒精灯不安全的缺点,市场上出现了电子点火本生灯产品。下面我们以Sciencetool圣斯特品牌的D200和D200为例,来说明电子本生灯的结构特点,以及和传统酒精灯的差异。
首先我们先来观察电子本生灯的构造外形,为了让用户更容易上手,D200和D220参考了传统酒精灯的造型,储气罐在整体结构的底部,为镀铬金属材质,可以直接放置在台面上使用,喷嘴位于储气罐上方。D200的喷嘴垂直于储气罐上,火焰燃烧时垂直向上,适合于定特定容器内的溶剂溶液进行加热、将接种环、镊子等手持的实验部件靠近火焰燃烧,应用最为广泛,也类似传统酒精灯;D220的喷嘴和火焰则呈45度倾斜角,适合进行接种环、镊子等手持的实验部件火焰灭菌烧灼,有一定倾斜角的火焰操作时更利于观察。
电子本生灯和传统酒精在工作原理上,最大的差异在以下几点:
第一,电子本生灯采用丁烷气体作为燃料,密封于金属储气罐内,无挥发泄漏风险,倾倒时也不会有燃料洒漏风险。
第二,电子本生灯的储气罐材质是金属的,自重使其更稳,且金属外壳耐冲击,不会写酒精灯的玻璃材质这么易碎。
第三,金属外壳支持手持操作,能够多角度的调整燃烧方向,适用于生物安全柜内灭菌、安瓿瓶封口等需多角度作业的场景。
第四,电子本生灯不需要使用外部火源点火,其内置陶瓷压电体,点下点火开关后,通过压电体将机械能转化成电能点燃丁烷气体,使其燃烧产生明火。
第五,火焰可以被控制和调节。酒精灯点燃后只能任其燃烧,无法调节火焰。电子本生灯可以通过调节空气进气量和丁烷气体的出气量,来改变火焰的大小、颜色、温度、高低等参数,能够使用不同的实验应用需求。