徐 登, 魏登貴, 屈德宇, 王 皎, 蔡宏偉

(武漢理工大學 化學化工與生命科學學院, 湖北 武漢 430070)

高校化學實驗易耗品量化估算的研究與實踐

徐 登, 魏登貴, 屈德宇, 王 皎, 蔡宏偉

(武漢理工大學 化學化工與生命科學學院, 湖北 武漢 430070)

針對目前高校化學實驗室在易耗品管理上的經驗化和粗放化現(xiàn)狀,依據(jù)化學實驗中常用易耗品的特性和使用特點,提出了易耗品的量化估算數(shù)學模型。該量化估算模型為化學實驗室易耗品的采購與管理、實驗室經費的分配和使用,尤其是化學實驗室的科學化、信息化管理,提供了一種新的管理思路,對其他類似實驗室亦具有一定的參考價值。

化學實驗； 易耗品； 量化估算； 損耗成本

近年來,隨著高校招生規(guī)模的不斷擴大、新開專業(yè)的增多,以及對學生創(chuàng)新實踐能力的強化培養(yǎng),實驗教學成本在逐年遞增[1-3]。因此,如何節(jié)約實驗教學資源和成本,合理分配實驗教學經費及資源,保證實驗教學的高質量運行,一直是高校實驗室優(yōu)化管理工作的關鍵所在[4-5]。

高?；瘜W實驗室,作為實踐性教學的重要平臺,對于提高相關專業(yè)學生基礎能力和綜合素質、培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力具有不可替代的作用[6]。然而,作為支持化學實驗室日常運行最常用的易耗品,因具有價格低、種類多、數(shù)量大、型號雜、使用范圍廣等特點[7-8],至今無法對其用量和成本進行較為科學的估算和管理,導致實驗管理人員以及管理部門對化學實驗室易耗品的采購與管理仍處于傳統(tǒng)的經驗型、粗放型、應急性階段,與日新月異的信息化時代不相適應[9]。

本文根據(jù)多年來高校化學實驗室管理及教學經驗,依據(jù)化學實驗中易耗品的特性和使用特點,引入統(tǒng)計學意義上的人均損耗率,用于構建易耗品用量和損耗成本的量化估算數(shù)學模型。經初步實踐證明,所提出的量化估算數(shù)學模型,可以較好地估算出化學實驗室在學期/學年需要補充的易耗品種類、數(shù)量和成本,達到了合理安排采購計劃、有序使用運行經費的目的,為化學實驗室科學化、規(guī)范化、信息化管理奠定了良好基礎。

1 化學實驗易耗品量化估算思路

1.1 化學實驗易耗品特點

根據(jù)《高等學校材料、低值品、易耗品管理辦法》有關規(guī)定[10],易耗品指玻璃器皿、元件、零配件、實驗小動物等。而在基礎化學實驗室涉及到的易耗品主要有玻璃儀器及器皿、塑料橡膠制品等,種類繁多且復雜,既包括一次性易耗品(如濾紙、pH試紙、一次性滴管等),又包括可重復用易耗品(如玻璃燒杯、坩堝等)。因此對化學實驗易耗品的成本估算,需根據(jù)其特質和屬性分門別類,構建新的數(shù)學估算模型。

1.2 人均損耗率的提出

對于可重復用易耗品,從多年以來我?；瘜W實驗室配置的種類、數(shù)量及學期/學年補充數(shù)量中發(fā)現(xiàn),該類物品的損耗與其本身特性、使用頻率及學生操作水平等因素直接相關,一定數(shù)量的學生損壞相應配置物品的數(shù)量基本固定。因此,對于該類易耗品的量化估算,本文從統(tǒng)計學角度出發(fā),引入人均損耗率這一概念,其含義是指對某一具體可重復用易耗品,學生個體在使用過程中將其損壞、不可再次使用的概率,是對該隨機損壞事件發(fā)生的可能性的度量。其大小既與易耗品材質特性及損壞難易程度相關,同時與學生的使用頻率及操作水平相關。

為合理確定人均損耗率的大小,根據(jù)可重復用易耗品材質特性及損壞難易程度,進一步將其細分為以下4類:

(1) 易碎玻璃制品,如10 mL普通試管、5 mL離心試管、5 mL量筒等；

(2) 一般玻璃制品,如250 mL錐形瓶、250 mL容量瓶等；

(3) 耐用制品,包括難碎玻璃制品(如干燥器等)、陶瓷類制品、竹木制品、塑料橡膠制品等；

(4) 金屬制品。

因人均損耗率與學生個人操作水平密切相關,根據(jù)可重復用易耗品的類型及學生的總體素質,同時考慮到易耗品在實際配置時還有個人用和共用2種情況,依據(jù)多年來我校學生損壞物品登記表及購置統(tǒng)計情況,最終確定不同類可重復用易耗品的人均損耗率,如表1所示(該表為我?；瘜W實驗中心擬定的經驗數(shù)據(jù),僅供參考)。

對于一次性易耗品,其與化學試劑的使用特點類似,屬于100%消耗的物品,可參照化學試劑量化估算的思路來建立數(shù)學模型[11]。為簡化統(tǒng)一數(shù)學模型,將其視為100%損耗的物品,相應的人均損耗率設定為100%。

表1 各類可重復用易耗品的人均損耗率

1.3 易耗品量化估算方法

根據(jù)某一學期/學年的教學任務,依據(jù)參加某實驗課程/某實驗項目的班級數(shù)、學生人數(shù)及物品配置量,以人均損耗率為核心,量化估算易耗品在每一學期/學年班級、實驗項目的損耗數(shù)量及成本,再逐步推算至實驗課程、實驗中心的損耗數(shù)量及成本,其估算流程如圖1所示。

圖1 易耗品量化估算流程圖

2 化學實驗易耗品量化估算數(shù)學模型

利用人均損耗率,建立如下實驗課程量化估算數(shù)學模型:

(1)

其中,R——某實驗課程易耗品損耗成本；

xi——參加第i個實驗項目的班級數(shù)；

yi——參加第i個實驗項目的班級人數(shù),一般取

自然班35人/班；

zij——第i個實驗項目中第j種易耗品單一學生配置量；

φij——第i個實驗項目中第j種易耗品人均損耗率，對于可重復用易耗品,φ值可參考表1設定；對于一次性易耗品,φ取100 %；

pij——第i個實驗項目中第j種易耗品的市售單價。

一個實驗中心每學期/學年易耗品總損耗成本S,即為該實驗中心承擔的各門課程中易耗品損耗成本的總和,即：

(2)

其中,S——實驗中心低值易耗品總損耗成本；

Rk——第k門實驗課程中易耗品的損耗成本；

k——實驗中心實驗課程數(shù)；

σ——校正因子,σ∈[1.0,1.2]。

考慮到實驗項目中統(tǒng)計整理出的易耗品有少量遺漏,具體每種物品的損耗率有些許差異,以及物品配置時的破損、學生使用過程中的浪費等情況,在量化估算中,引入校正因子σ對上述理論估算結果進行適當校正,以盡量達到與實際情況吻合的目的。

3 量化估算模型實踐驗證

以下分別以我校某學期分析化學和有機化學實驗課程中2個實驗項目進行驗證說明。

3.1 “可溶性氯化物中氯含量的測定”實驗項目損耗成本估算

實驗步驟[12]:準確稱取1.5 g左右的粗食鹽試樣置于小燒杯中,加水溶解后,轉入250 mL容量瓶中,稀釋至刻度,搖勻。用移液管準確移取25 mL NaCl試液于250 mL錐形瓶中,加入25 mL蒸餾水、1 mL 50 g/L K2CrO4溶液,在不斷搖動下,用0.1 mol/L AgNO3溶液滴定至溶液呈現(xiàn)磚紅色即為終點。平行滴定3份,計算試樣中氯的含量。

該實驗所需易耗品種類及損耗成本量化估算結果如表2所示。

表2 某學期實驗“可溶性氯化物中氯含量的測定”易耗品損耗成本估算

注:本文所用的易耗品參考單價來源于某玻璃儀器公司,下同。

3.2 “環(huán)己烯的制備”實驗項目損耗成本估算

實驗步驟[13]:

(1) 安裝分餾裝置,將5.0 mL環(huán)己醇及2.5 mL 85 %磷酸加入圓底燒瓶中,用小火加熱混合物至沸騰,慢慢蒸出生成的環(huán)己烯和水。當溫度下降,不再有餾出物時,停止加熱。

(2) 將餾出物倒入分液漏斗中,加入等體積的飽和氯化鈉溶液洗滌,分去水層；再用10 %的碳酸鈉溶液洗滌有機層,從下口分去水層；用藍色石蕊試紙檢驗有機層,如仍呈酸性,再用5 mL 10 %的碳酸鈉溶液洗滌,直至有機層不呈酸性；用飽和氯化鈉溶液洗滌有機層,從下口分去水層。

(3) 將有機層從分液漏斗上口倒入一干燥的小錐形瓶中,用無水氯化鈣干燥粗產物,搖動錐形瓶,直到液體清亮為止。

(4) 將干燥后的粗產物過濾到圓底燒瓶中進行蒸餾,收集80～85 ℃餾分。

該實驗,所需易耗品種類及損耗成本量化估算結果如表3所示。

表3 某學期實驗”環(huán)己烷的制備“易耗品損耗成本量化估算

從表2和表3中可清楚了解到開展實驗項目“可溶性氯化物中氯含量的測定”和“環(huán)己烷的制備”所需各種易耗品的種類、損耗量及損耗成本。根據(jù)各易耗品的實驗項目損耗量,可為學期初的易耗品采購提供參考依據(jù),避免采購量超過使用量,造成庫存積壓和資源浪費,如實驗項目“環(huán)己烷的制備”中120 mm直形冷凝管,為保證實驗教學的正常開展及資源的合理利用,在制訂采購計劃時,化學實驗室除需要按照自然班人數(shù)在每個教室配置35個外,至少要準備10個庫存量,以保證后續(xù)班級順利開展實驗。另外,根據(jù)易耗品損耗的合計成本,可為實驗項目、教學任務的制訂,實驗室經費的分配提供有效、可靠的依據(jù)。而通過對上述實驗項目的易耗品量化估算分析,實驗項目“可溶性氯化物中氯含量的測定”和“環(huán)己烷的制備”中易耗品的班級平均損耗成本分別為45元和60元左右。雖然易耗品的單價低,但由于使用數(shù)量及種類多,使得易耗品的合計損耗成本較高。因此,為構建節(jié)約型校園,在實驗教學中培養(yǎng)學生節(jié)約的意識及細心的習慣就顯得尤為重要。

4 結語

化學實驗室易耗品量化估算模型的建立,可以較為可靠地估算出化學實驗項目、實驗課程、實驗中心易耗品的損耗數(shù)量、明細和成本,從而為化學實驗室易耗品的采購、實驗室經費的分配和使用提供了一種行之有效的管理思路,進一步提升高校化學實驗室的管理水平和管理質量,亦為化學實驗室成本及經費管理的信息化奠定良好基礎。

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[13] 劉軍, 周忠強. 有機化學實驗[M]. 武漢：武漢理工大學出版社, 2009.

Research and practice of quantitative estimation of chemical consumables in chemical experiments in colleges and universities

Xu Deng, Wei Denggui, Qu Deyu, Wang Jiao, Cai Hongwei

(School of Chemistry, Chemical Engineering and Life Sciences, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)

In view of the experience and extensive situation of the present management of the consumables in university chemical laboratories, and according to the characteristics and utilization features of the commonly used consumables in chemical experiments, a mathematical model for quantitative estimation of the consumables is proposed. This quantitative estimation model provides a new management idea for the purchase and management of the consumables in chemical laboratories, and the allocation and utilization of laboratory funds, especially for the scientific and informationization management of the chemical laboratories, and also has certain reference value for other similar laboratories.

chemical experiment; consumables; quantitative estimation; loss cost

10.16791/j.cnki.sjg.2017.12.073

2017-05-09

徐登(1988—),女,湖北隨州,碩士,助理實驗師,研究方向為實驗室安全管理

E-mail：csuxudeng@163.com

蔡宏偉(1965—),男,陜西銅川,博士,教授,研究方向為分析測試技術、計算化學.

E-mail：caihongwei@whut.edu.cn

G482

A

1002-4956(2017)12-0297-04