美國加州大學洛杉磯分校材料化學實驗室管理的感想

吳 偉, 張曉云

(中國石油大學(華東) 理學院, 山東 青島 266580)

世界大學實驗室

美國加州大學洛杉磯分校材料化學實驗室管理的感想

吳 偉, 張曉云

(中國石油大學(華東) 理學院, 山東 青島 266580)

結合美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)材料化學實驗室在安全、環保、儀器管理方面的嚴謹和高效運行經驗,提出要對學生進行全面的安全健康教育培訓。通過重視學生的工作環境質量、加強學生環保意識,培養具有社會責任感的學生。通過高效的培訓和現代管理體系,實現儀器設備的高效運行。

安全健康培訓； 環境保護； 廢液回收； 儀器設備

高校材料化學實驗室是培養材料、化學等相關專業學生的重要場所,也是相關專業教師和研究生進行科學研究的工作室。材料化學實驗室同化學實驗室一樣,存放或使用大量有危險性的化學試劑、壓力設備等,一般公認容易產生安全隱患和環境污染問題。另外,材料化學實驗室一般涉及多種用于材料分析和表征的科研儀器。近年來材料化學實驗室的安全管理和儀器設備使用效率受到人們越來越廣泛的重視[1-2]。在這方面國外對于材料化學實驗室的管理體系和規章制度等具有一定的借鑒價值[3-4]。本文作者結合在美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)材料科學與工程系材料化學實驗室進行研究工作的經歷,談一下如何實現實驗室嚴謹和高效管理的感想。

1 完善的安全健康培訓制度和嚴格的執行

在UCLA等大學實驗室,培訓是常態化的。在實驗室工作需要安全與健康培訓,使用儀器設備需要集中或單獨接受培訓,只有在培訓考試合格后才能工作。安全與健康培訓第一步是由學校的EHS(environment,health & safety)中心負責的。EHS中心針對不同學科實驗室的培訓課不同,所有培訓的內容在EHS中心網站可以下載[5-6]。根據中國留學人員較多的特點還提供中文版的培訓資料。培訓材料中含有試題庫,便于練習與理解。

EHS規定新到實驗室的人員必須參加培訓課,長期工作者每年進行一次網絡自學和考試。針對化學實驗室，安全與健康培訓內容包括方方面面,譬如實驗室門要保持關閉、通風柜的門開的高度要合適、每個鋼瓶要雙鏈上下固定、不能多個鋼瓶固定在一起、液體化學試劑瓶必須存放在容器中、實驗結束后臺面清理干凈、化學試劑危險標記的識別以及MSDS(material safety data sheet)閱讀、易產生過氧化物試劑(如乙醚、四氫呋喃、三氧化鉻等)的使用時間記錄、在實驗室著裝要求符合PPE[3](personal protective equipment)安全要求以及人體工學[2]的培訓等。涉及氟化物使用、放射性物質及實驗動物使用的人員還需進行單獨的培訓。

培訓的內容具體而嚴格,培訓大約2個小時,緊接著考試。考試成績高于80分者(滿分100分)將收到郵件通知培訓合格。將此郵件轉發給實驗室管理人員(lab manager)。lab manager通常由實驗室的美國本土學生擔任,然后lab manager再親自培訓本實驗室必要安全設備的使用,比如閱讀實驗室藥品管理手冊，易燃易爆、有毒、致癌、腐蝕性試劑的分類管理,每個房間滅火器、洗眼器、淋浴器的位置及使用方法,緊急傷口處理包的位置與使用方法,消防逃生通道等。完成實驗室室內培訓后在實驗室安全培訓手冊簽名。EHS中心每年要檢查安全培訓手冊簽名,確保所有人員接受了必要的培訓。新進實驗人員在完成上述必要的培訓后才能得到導師的簽名到系里申請得到實驗室的鑰匙,從而擁有進入實驗室工作的資格。

任何在實驗室工作的人員必須參加這樣的培訓,這個培訓制度是被嚴格執行的。這個過程順序不可顛倒。筆者在等待培訓成績通知之前,和一個學生進入實驗室,lab manager看到就堅定地讓筆者離開實驗室,即使在一旁觀看學生做實驗也不可以。能夠感受到他們非常堅持原則和對于規章制度的敬畏。筆者在實驗室開始工作后曾遇到過一個學生從實驗室烘箱里取出樣品時沒有帶護目鏡,被lab manager看到后受到嚴肅的批評。在開始時可能不習慣,以為是小題大做，甚至有點兒挑剔,但仔細想想,嚴格按照安全要求操作才是對人員最好的保護。只有養成良好的習慣,才能避免釀成大禍。就像人們需要敬畏法律那樣,在實驗室就必須敬畏規章制度。2年前在國內，筆者認識的一個學生就因實驗時沒帶護目鏡,被濺出的液體傷害了一只眼睛。

2 處處彰顯對環境的保護

化學類實驗產生的廢液、固體廢棄物和廢氣處理不當有可能造成對環境的污染,對于一個合格的實驗參與者,必須將這種污染消除或降低到最小程度[7]。在這方面,UCLA材料化學實驗室的環保意識值得稱道。

首先,實驗室內環境對于實驗工作人員的健康尤為重要。不可否認在國內很多大學的化學、材料化學、高分子化學類的一些實驗室不同程度地存在臟亂差的現象。一些實驗室內空氣污濁并含揮發試劑味道,含多種有害成分的廢液隨手棄置甚至倒入下水道。這里面有實驗室條件的因素,也有制度和健康環保意識方面的問題。而筆者遇到的幾個從國內大學初到UCLA材料化學實驗室的同行都曾感嘆:怎么一點兒味也沒有？實際上UCLA化學相關實驗室的通風系統每天24 h運行。由于制度保證了任何有毒(味)的、易產生粉塵的試劑的取用都必須在通風櫥內操作,通風櫥的門開的高度有明顯標記,開的過高效果較差,會有報警裝置提醒。良好的通風效果保證了實驗室內空氣的清潔和實驗人員的健康。

UCLA同樣注重化學試劑對校園環境污染的可能性,在實驗室的工作服不允許離開實驗室穿著,也不允許在實驗樓內辦公區穿著,以減小對辦公區和校園污染的機會。從化學試劑庫購買玻璃瓶裝試劑必須使用其他容器攜帶和運送,以避免玻璃瓶破碎和化學試劑溢出；在實驗室集存注射器針頭等尖銳物品廢棄物必須使用金屬容器,固體垃圾必須分類用塑料袋封裝送出等,細節問題都有具體規定。實驗室的樓道門是全金屬門且是彈簧拉伸自動落鎖關閉的,不僅平時能夠減小室內空氣的對外擴散,也能夠在火災時對著火區進行有效的隔離。

廢液是材料化學實驗室產生的最大的一類廢棄物。將廢液分類集存,既便于回收又避免不同性質的化學物質產生反應造成危害。事實上,筆者在國內多年的學習和工作經歷中曾多次遇到過實驗人員因廢液處置不當導致的液體噴濺、著火和爆炸事故。筆者在UCLA所在實驗室主要從事有機材料制備相關的研究,實驗產生的廢液按照甲醇乙醇、乙酸乙酯、丙酮、三鹵甲烷鹵代烴、甲苯等芳香烴、乙醚等廢液分類在廢液瓶中集存。如果實驗產生其他類別的廢液就需要新建廢液瓶。廢液瓶的建立首先要通過實驗室系統登錄EHS中心網站在線填寫廢液標簽,需要注明廢液的大致組成、廢液瓶的體積、日期、使用者、實驗室等信息,打印該標簽貼在廢液瓶上。這樣在EHS中心就相當于為該廢液瓶建立了檔案,滿3個月就有工作人員來回收該廢液瓶。如果期間廢液瓶即將裝滿,可隨時打電話通知取走。任何人不允許將廢液倒入沒有標簽的廢液瓶中,廢液瓶禁止手寫標記。有一次EHS中心出了點問題不能打印廢液標簽,大家就收到lab manager的郵件,提醒在問題解決之前,不允許產生新的廢液。

令人印象深刻的是玻璃儀器洗滌產生的高濃度廢水是嚴格禁止從水槽直接倒入下水系統的,即使廢棄物是完全水溶性的。含低濃度重金屬離子的洗滌廢液必須單獨收集于廢液瓶中。玻璃器皿的洗滌堅持少量多次洗滌的原則,洗滌廢液集中存入廢液瓶,最后幾乎干凈的玻璃器皿才可以在水槽里洗,最大限度地減小了化學污染物對排水系統的沖擊。EHS中心會隨時抽檢實驗室排水,若不合格,輕則實驗室整頓,重則實驗室關閉。這里不僅是一個規章制度的問題,也要求實驗人員具有很好的環境保護意識。

3 高效的儀器設備管理

材料化學相關的研究需要多種不同用途的儀器設備。如何讓大型儀器充分發揮作用一直都是人們在探討的問題[8-12]。在UCLA,儀器管理模式非常高效。

實驗室常用儀器設備都分別由實驗室人員專人管理,比如真空烘箱、旋轉蒸發、手套箱、紅外、紫外光譜儀等,新進人員一定要經過專門管理人員培訓才能使用,并且儀器旁邊附有儀器操作標準步驟及注意事項(standard operation procedures,SOP)。負責儀器管理的人員會經常檢查相應設備工作狀況,及時發現問題,及時進行維護和維修,保證實驗室工作的正常進行。比如真空烘箱連接的真空泵傳動皮帶松弛,會提前購買,不待機器停轉再買，以免耽誤時間；管理手套箱的人員會經常關注手套箱里的氧氣含量,稍有異常就檢查原因。

人們常注意到在美國一些大學和研究機構,許多大型儀器既有很先進的,也有一些型號較老的,有些型號甚至是我國一些知名大學和研究機構淘汰了的。在UCLA,儀器分析實驗室內同時存放著3臺不同型號的核磁共振譜儀,而紅外光譜儀、熱重分析儀和示差掃描量熱儀等多臺儀器集中在一個實驗室內,其儀器使用效率很高。所有大型儀器設備全校共享,有專業人員管理,但不負責測試,使用者先培訓考試,通過考試后取得儀器室的進門密碼和自己的測試賬號,才能使用大型儀器。儀器使用前進行網上預約。對于使用頻率較高的儀器,比如材料表征常用的掃描電鏡(SEM),限制每人每周預約時間,并且儀器全天工作。提前24 h可以撤銷預約,如果預約了而沒有去測試是同樣要收費的,儀器的管理細致而高效。

4 結束語

大學承擔著培養有專業理論和實踐技能的人才的任務,大學更應該培養學生的社會責任感。目前我國高校的實驗室管理水平和儀器使用效率參差不齊,因此有必要建立健全實驗室安全管理體制,包括安全教育培訓教程資料的編制、安全及環保教育體系、廢棄物管理體系等。一方面需要建立和健全切實可行的規章制度,另一方面也需要培養實驗人員自覺和堅定執行規章制度的責任感。要求學生在實驗室進行科研活動過程中堅守原則、承擔責任,也是對他們將來走向社會承擔自己應盡的社會責任的教育。如果學生在實驗室很好地接受到安全健康教育培訓,能夠做到處處加強環保意識,當他們未來成為行業的參與者或管理者時,就具有很強的節能減排和環保意識。

近年來隨著國家教育和科技的投入力度不斷加強,科研儀器設備的先進程度有了大幅提高,但是許多儀器設備不能開放共享,在設備管理和使用效率等方面還需要做大量的工作。

References)

[1] 李恩敬.高等學校實驗室安全管理現狀調查與分析[J].實驗技術與管理,2011,28(2):198-200,210.

[2] 廖慶敏.高校實驗室安全管理之思考[J] .實驗室研究與探索,2010,29(1) : 168-170.

[3] 魏桃員,尤朝陽,霍開富.美國高校實驗室職業安全與健康管理的啟示[J].實驗技術與管理,2012,29(5):201-205,220.

[4] 高俊敏,吉芳英,劉元元,等. 美國羅格斯大學實驗室安全管理模式分析[J].實驗技術與管理,2014,31(5):230-234,242.

[5] UC Lab workgroup. Laboratory safety orientation [EB/OL]. http://training.ehs.ucla.edu.

[6] 楊士烑,王敏.澳大利亞高校和科研單位的安全管理[J].實驗技術與管理,2011,28(1):165-167,195.

[7] 張杰,李丹.化學化工類專業環保型實驗教學體系的建立[J].寧波教育學院學報,2013,15 (4):89-91.

[8] 顧鳳岐,陳立君,秦凱.構建開放共享大平臺提高大型儀器設備使用率[J].實驗室研究與探索,2010,29(7):328-330.

[9] 閆樹剛,魏朝俊,唐劍.提高高校實驗室大型儀器使用率的方法探討[J].中國現代教育裝備,2012(17):22-23.

[10] 陳麗潔，李佳雯，鄭蒙雨，等.高校大型儀器平臺建設與共享模式探討[J].中國教育技術裝備,2014(24):35-37.

[11] 畢衛民.學習國外先進經驗,推進高校大型儀器共享平臺建設[J].實驗室研究與探索,2011,30(10):258-261.

[12] 鄭思寧,張曉勤.高校化學實驗室安全管理策略[J].廣州化工,2008(4):76-77.

Enlightenment of material chemistry laboratory management in University of California at Los Angeles

Wu Wei, Zhang Xiaoyun

( College of Science,China University of Petroleum(East China),Qingdao 266580, China)

The laboratory safety,environmental protection and instrument managements of material chemistry laboratory in the University of California at Los Angeles (UCLA) have been introduced. Based on their rigorous and efficient management experience, the comprehensive education and training on safety and health are proposed. Thus measures should be taken in some Chinese colleges and universities to improve the students’ working environment,to reinforce the environmental protection consciousness,and to train the students with social responsibility. It has also been proposed that the operation efficiency of instruments and equipment should be enhanced through the efficient training and the modern management system.

safety and healthy training; environmental protection; waste recycling; instruments and equipment

2015- 02- 14 修改日期：2015- 03- 31

吳偉(1963—),男,山東無棣,博士,教授,美國加州大學洛杉磯分校訪問學者,主要研究方向為材料化學與合成化學.

E-mail：wuweiupc@upc.edu.cn

G51

A

1002-4956(2015)9- 0212- 03