أدوات زجاجية مخبرية

يعود تاريخ صناعة الزجاج إلى الفينيقيين الذين صهروا حجر الأوبسيديان في مواقد النار ، فصنعوا بذلك أولى الأواني الزجاجية. وتطورت صناعة الزجاج مع تطور حضارات قديمة أخرى، كالسوريين والمصريين والرومان، الذين أتقنوا فن صناعة الزجاج. ويُنسب إلى مريم اليهودية ، وهي كيميائية من الإسكندرية في القرن الأول الميلادي، ابتكار بعض أولى الأواني الزجاجية المستخدمة في التجارب الكيميائية، مثل الكيروتاكيس الذي استُخدم لجمع الأبخرة المتصاعدة من المواد الساخنة. ^{[ 1 ]} ورغم هذه الابتكارات، ظل استخدام الزجاج في التجارب الكيميائية محدودًا في ذلك الوقت بسبب انخفاض الثبات الحراري اللازم للتجارب، لذا صُنعت المعدات في الغالب من النحاس أو السيراميك . ^{[ 1 ]}

شهدت صناعة الزجاج تحسناً ملحوظاً خلال القرنين الرابع عشر والسادس عشر، بفضل مهارة وخبرة صانعي الزجاج في البندقية . خلال هذه الفترة، اكتسب البنادقة معرفة واسعة بصناعة الزجاج من الشرق، لا سيما من سوريا والإمبراطورية البيزنطية . ^{[ 1 ]} إلى جانب هذه المعرفة، حصل صانعو الزجاج في البندقية أيضاً على مواد خام عالية الجودة من الشرق، مثل رماد النباتات المستورد الذي يحتوي على نسبة أعلى من الصودا مقارنةً برماد النباتات من مناطق أخرى. ^{[ 1 ]} أدى هذا المزيج من المواد الخام الأفضل والمعلومات الواردة من الشرق إلى إنتاج زجاج أكثر شفافية وأعلى مقاومة للحرارة والمواد الكيميائية، مما ساهم في التحول إلى استخدام الزجاج في المختبرات. ^{[ 1 ]}

كانت العديد من الأواني الزجاجية التي أُنتجت بكميات كبيرة في ثلاثينيات القرن التاسع عشر تُصبح غير شفافة ومتسخة بسرعة بسبب رداءة نوعية الزجاج المستخدم. ^{[ 2 ]} خلال القرن التاسع عشر، بدأ المزيد من الكيميائيين يُدركون أهمية الأواني الزجاجية لشفافيتها وقدرتها على التحكم في ظروف التجارب. ^{[ 3 ]} ساهم كل من يونس جاكوب بيرزيليوس ، مخترع أنبوب الاختبار ، ومايكل فاراداي في ازدهار صناعة الزجاج الكيميائي. نشر فاراداي كتاب "التلاعب الكيميائي" عام 1827، والذي شرح فيه بالتفصيل عملية صنع أنواع عديدة من الأواني الزجاجية الأنبوبية الصغيرة وبعض التقنيات التجريبية للكيمياء الأنبوبية. ^{[ 3 ] [ 4 ]} كتب بيرزيليوس كتابًا مشابهًا بعنوان " العمليات والأجهزة الكيميائية" ، والذي قدم فيه مجموعة متنوعة من تقنيات نفخ الزجاج الكيميائي. ^{[ 3 ]} أدى ازدهار صناعة الزجاج الكيميائي إلى توسيع نطاق التجارب الكيميائية، وإلى تحول نحو الاستخدام السائد للأواني الزجاجية في المختبرات. ومع ظهور الأواني الزجاجية في المختبرات، برزت الحاجة إلى التنظيم ووضع المعايير. كانت الجمعية البروسية للنهوض بالصناعة من أوائل المنظمات التي دعمت التحسين التعاوني لجودة الزجاج المستخدم. ^{[ 5 ]}

بعد تطوير أوتو شوت لزجاج البوروسيليكات في أواخر القرن التاسع عشر، صُنعت معظم الأدوات الزجاجية المخبرية في ألمانيا حتى بداية الحرب العالمية الأولى . ^{[ 6 ]} قبل الحرب العالمية الأولى، واجه منتجو الزجاج في الولايات المتحدة صعوبة في منافسة مصنعي الأدوات الزجاجية المخبرية الألمان، لأن هذه الأدوات كانت تُصنف كمواد تعليمية، وبالتالي لم تكن خاضعة لضريبة الاستيراد. خلال الحرب العالمية الأولى، انقطع توريد الأدوات الزجاجية المخبرية إلى الولايات المتحدة. ^{[ 6 ]}

في عام ١٩١٥، طورت شركة كورنينج للزجاج زجاج البوروسيليكات الخاص بها، والذي تم طرحه تحت اسم بايركس . وقد شكل هذا إنجازًا هامًا للمجهود الحربي في الولايات المتحدة. ^{[ ٦ ]} على الرغم من أن العديد من المختبرات عادت إلى استيراد الزجاج بعد انتهاء الحرب، إلا أن الأبحاث المتعلقة بتحسين صناعة الزجاج ازدهرت. وأصبحت الأواني الزجاجية أكثر مقاومة للصدمات الحرارية مع الحفاظ على خمولها الكيميائي . ^{[ ٧ ]}

بدأت الجهود خلال عشرينيات القرن العشرين لتوحيد أبعاد الأواني الزجاجية المختبرية، لا سيما وصلات الزجاج المطحون ، مع ظهور بعض المعايير الخاصة بكل مصنّع في ذلك الوقت تقريبًا. وبدأ تطوير المعايير التجارية حوالي عام ١٩٣٠، مما أتاح لأول مرة توافق الوصلات بين مختلف المصنّعين، إلى جانب ميزات أخرى. ^{[ ٨ ] [ ٩ ]} وقد أدى ذلك سريعًا إلى درجة عالية من التوحيد والنمطية التي نراها في الأواني الزجاجية الحديثة.

قد تُصنع الأواني الزجاجية المخبرية من أنواع عديدة من الزجاج ، لكل منها خصائص واستخدامات مختلفة. يُعد زجاج البوروسيليكات نوعًا من الزجاج الشفاف يتكون من أكسيد البورون والسيليكا، وتكمن ميزته الرئيسية في معامل تمدده الحراري المنخفض، مما يجعله أكثر مقاومة للصدمات الحرارية من معظم أنواع الزجاج الأخرى. ^{[ 10 ]} يتحمل زجاج الكوارتز درجات حرارة عالية جدًا، وهو شفاف في أجزاء معينة من الطيف الكهرومغناطيسي . أما الزجاج البني الداكن أو الكهرماني (الأكتيني) فيحجب الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء . ويتحمل الزجاج ذو الجدران السميكة التطبيقات المضغوطة. والزجاج المسامي هو زجاج دقيق المسام يسمح بمرور الغازات أو السوائل. وتُعالج الأواني الزجاجية المطلية خصيصًا لتقليل احتمالية الكسر أو التلف. أما الأواني الزجاجية المعالجة بالسيليكون فتُعالج خصيصًا لمنع التصاق العينات العضوية بالزجاج. ^{[ 11 ]}

يُعدّ نفخ الزجاج العلمي، الذي يُمارس في بعض المختبرات الكبيرة، مجالًا متخصصًا في صناعة الزجاج. ويتضمن هذا المجال التحكم الدقيق في شكل وأبعاد الزجاج، وإصلاح الأواني الزجاجية باهظة الثمن أو التي يصعب استبدالها، ودمج أجزاء زجاجية مختلفة معًا. وتتوفر العديد من الأجزاء مدمجةً مع أنابيب زجاجية طويلة لتكوين قطع زجاجية مخبرية متخصصة للغاية.

عند استخدام الأواني الزجاجية، غالبًا ما يكون من الضروري التحكم في تدفق السوائل. ويتم إيقاف التدفق عادةً باستخدام سدادة . يمكن نقل السوائل بين قطع الأواني الزجاجية المتصلة. تشمل أنواع مكونات التوصيل الأنابيب الزجاجية ، والوصلات على شكل حرف T، والوصلات على شكل حرف Y، والمحولات الزجاجية. ولضمان وصلة محكمة الإغلاق، يُستخدم مفصل زجاجي مصقول (يمكن تعزيزه باستخدام طريقة تثبيت مثل مشابك كيك ). هناك طريقة أخرى لتوصيل الأواني الزجاجية وهي استخدام وصلة خرطوم وأنابيب مرنة . يمكن التحكم في تدفق السوائل بشكل انتقائي باستخدام صمام ، ومن أنواعه الشائعة صمام الإيقاف المدمج مع الأواني الزجاجية. يمكن استخدام صمامات مصنوعة بالكامل من الزجاج لتقييد تدفق السوائل . يمكن توجيه السوائل، أو أي مادة متدفقة، إلى فتحة ضيقة باستخدام قمع .