實驗步驟的半定量安全評估法在本科生實驗中的應用

李　敏，　李自衛

(貴州理工學院 a.土木工程學院;b.化學工程學院,貴陽 550003)

0　引　言

高校實驗室是教學、科研的基地。實驗室的安全管理是正常進行實驗研究、教學的保證。而安全評估方法的掌握，并在實驗過程中加以運用，能夠提高本科生的安全意識，在實驗中減少甚至避免事故的發生，以及穩妥處理實驗中發生的意外[1]。在諸多高校實驗室中，化學化工實驗室易發生中毒、爆炸、腐蝕等事故，直接威脅到實驗人員人身安全和實驗室財產安全[2-3]。

另外，由于化學工業生產過程存在諸多潛在的不安全因素，具有高溫、高壓、易爆、易燃、易中毒等特點，其發生事故的可能性比其他行業要高[4]。例如，2015年8月12日，天津濱海新區危險品倉庫發生爆炸。死傷數百人，造成的直接經濟損失超過20億。化工企業的這些特殊性，要求化工操作人員必須具有高度的安全意識和安全生產技能，并且掌握必要的化工安全評價、防范及處置方法[5-6]。

由于化工一線人員較多來自高校化學化工專業的畢業生。因此，安全意識的提高、安全評價方法的掌握，必須從化學化工專業的高等教育開始，從實驗室管理，實驗課程的學習中培養。

與國外相比[7-8]，盡管國內高校對本科生安全意識的培養得到逐漸重視。但是，在本科生實驗過程中，沒有實行具體的防止事故發生的安全評估方法[9-10]。例如：學生在進實驗室之前所必須進行的安全培訓較少。取而代之的是上第一節實驗課之前對進實驗室需要注意的事項進行一個簡單的說明。學生對化學化工實驗室的安全管理制度了解甚少。另一方面，學生在做實驗之前，應該對所進行的實驗所用的化學試劑、實驗設備、操作步驟等可能出現的潛在的危險的分析即“安全評估”也幾乎沒有[11-12]。相反，在做實驗之前，只是把實驗目的、實驗步驟等抄寫一遍作為預習報告。沒有對所做實驗過程中可能出現的危險情況作充分的心理準備，更不了解相應的緊急處置措施。因此，一旦危險發生，常會驚慌失措，引起更大的危險發生。

在新加坡國立大學讀博士期間對該校的基于實驗步驟的半定量安全評估方法有較詳細的了解。該安全評估方法對國內高校有一定的參考價值，在此作一介紹與分析。

1　基于實驗步驟的半定量安全評估法

1.1　主要步驟

基于實驗步驟的半定量安全評估法的主要步驟包括以下幾步：①通過查找材料安全數據表(Materials Safety Data Sheet，MSDS)了解藥品的的熔點、沸點、爆炸極限、半致死量以及對皮膚、呼吸道等的危害等相關信息，鑒別實驗過程中藥品可能帶來的危害[13-14]。②詳細列出實驗的每個實驗步驟，基于實驗人員的知識積累、藥品的性質以及以往發生事故的情況，判斷本實驗過程中可能出現哪些危害，出現危害的可能性以及可能出現的危害帶來的傷害的嚴重程度。由于該步驟對于危險的鑒別在一定程度上依賴于實驗人員的知識積累。因此，該步驟的完成通常需要組成一個團隊，集思廣益，做到最大程度上對可能出現的危害的鑒別。③根據出現危險的可能性和危險帶來的傷害的嚴重程度計算危險等級。④根據每個實驗步驟的危險等級，結合目前已經采取的控制危險發生的措施，決定該實驗步驟是否需要額外增加控制危險發生的其他措施。對于采取的控制危險發生的措施的要求，應該是盡量考慮從源頭上控制危險的發生。例如做實驗之前，藥品和實驗條件的選擇應該是考慮選擇低毒、低揮發性、低溫等，然后再考慮實驗過程中對實驗的控制措施(例如通風廚、泄壓閥、張貼各種危險標識警示其他實驗人員等)，最后再采取各種防護措施(例如防毒面具、耐酸堿手套等)。⑤對采取額外增加的控制危險發生的措施以后的實驗步驟再次計算危險等級，對防護措施進行修正，直到采取的安全措施滿足相應的危險等級為止。這些步驟的內容歸納起來見表1。

表1　基于實驗步驟的半定量安全評估表

1.2　危險等級的計算

危險等級等于出現危險的可能性和危險帶來的傷害的嚴重程度的乘積。把出現危險的可能性分為可能性很低、可能、很有可能3個等級。“可能性很低”是指在其他類似的實驗中沒有發生過危險；“可能”是指有可能發生危險或在類似的實驗中已經發生過危險；“很有可能”是指經常發生的危險。發生危險的可能性的判斷依據主要基于自身的知識積累并且考慮實驗過程中的實際情況。一般情況下，需要考慮以下幾個方面的因素：類似的危險以前是否發生過；實驗步驟的復雜程度、實驗過程中參與的人數、做實驗的頻率、控制措施的實施程度、對控制設施的管理程度(是否有定期的維護等)、是否經過正規的安全培訓等。

同樣，把危險帶來的嚴重程度分為低、中、高3個等級。“低級”是指不會發生傷害或只需要急救箱簡單處理的傷害包括輕微刀傷、擦傷、皮膚等刺激性傷害等引起的短暫不適；“中級”是指引起的傷害需要到醫院就醫包括刀傷、燒傷、扭傷、骨折、突發性耳聾、皮炎等傷害；“高級”是指引起的傷害是致命的或者是終身的。包括截肢、重大骨折、多發性損傷、職業癌、急性中毒不治之癥等。一般情況下，如果實驗裝置或實驗步驟不變，不應改變嚴重程度等級。

出現危險的可能性和危險帶來的傷害的嚴重程度的3個等級分別用數值1、2、3表示(見表2)。表2 中列出了經過計算的危險等級。根據計算的結果，如果計算出的危險等級﹤3，表明危險可以接受；危險等級在3～4之間，應該考慮增加額外控制危險的措施；危險等級﹥4，必須有額外控制危險的措施。

表2　危險等級計算表

2　實驗步驟的半定量安全評估法的應用舉例

2.1　實驗描述

納米顆粒的合成和應用在化學化工實驗中非常常見。現以簡單的納米鎳球形顆粒的合成為例，說明基于實驗步驟的半定量安全評估法的具體應用。本實驗用高溫分解法合成納米鎳球形顆粒[15-17]。實驗如下:

(1) 實驗藥品。乙酰丙酮鎳，油胺(70%)，乙醇，環己烷，氮氣，三辛基膦(90%)

(2) 實驗步驟。①稱量2 g的乙酰丙酮鎳放入帶有磁子的三口燒瓶中。②在氮氣氣氛下，往三口燒瓶加入一定量的油胺。③把三口燒瓶放入預先加熱到100 ℃的油浴中，攪拌10 min。④然后迅速升溫至220 ℃，并保持2 h。⑤降至室溫后，往三口燒瓶中加入一定量的乙醇和環己烷混合溶液，離心洗滌分離。⑥將得到的鎳納米顆粒分散在環己烷中保存。

2.2　基于實驗步驟的半定量安全評估法的應用

根據1.1中介紹的基于實驗步驟的半定量安全評估法的主要步驟:

(1) 做實驗之前，對所有藥品，查MSDS得環己烷易揮發且對皮膚有刺激性。如果長時間接觸皮膚，會有瘙癢感，并出現紅斑。因此，實驗最后一步需要在通風廚中進行，并佩戴手套。實驗結束后，應用肥皂洗手。另外，基于對納米顆粒性質的了解，干燥的納米顆粒容易造成吸入式危害。本實驗中，納米鎳顆粒最后分散在環己烷溶劑中，不會造成吸入式危害。但是，實驗中應該佩戴手套，避免該納米顆粒溶液直接與皮膚接觸而滲入皮膚，帶來危害。

(2) 把實驗步驟的描述列于表3中第1列。識別可能發生的危險(第2列)、評估傷害帶來的嚴重程度(第5列)和發生危險的可能性(第6列)。

(3) 計算危險等級(第7列)。

(4) 根據危險等級的值判斷是否需要額外增加控制危險發生的其他措施(第8列)。由表3可以看出，本實驗只有第④步需要增加額外的控制危險發生的其他措施。在本實驗中，通過使用帶有程序升溫的磁力攪拌器，精密控溫，防止突然升溫發生所帶來的危險。

表3　基于實驗步驟的半定量安全評估法的應用舉例

(5) 對采取額外增加控制危險發生措施后的實驗步驟再次計算危險等級(第9列)。由表3可看出，通過使用帶有程序升溫的磁力攪拌器使實驗步驟④的危險等級由6降低到3，使危險變得可以接受。

由表3可以看出，通過對整個實驗的各個實驗步驟逐一進行潛在危險的識別，計算危險等級，并通過采取額外的控制危險的措施以后，整個實驗各個步驟的危險等級在3以下，潛在發生的危險是可以接受的。避免了由于溫度控制失控可能導致干燒進而引起火災的可能。通過采用基于實驗步驟的半定量安全評估法，使得這個實驗出現危險的等級變得可以接受。

3　結　語

本文介紹了新加坡國立大學基于實驗步驟的半定量安全評估法，并以納米鎳球形顆粒的合成為例子，闡述了該方法在提高本科生安全意識、降低實驗危險發生的重要作用。通過該評估方法的執行，使得危險等級較高的實驗步驟的危險等級降低至可以接受的程度，從而避免危險的發生。由于該評估方法是在實驗之前進行的，該方法引入到本科生的實驗中，有利于提高本科生的安全意識，使學生在做實驗以前充分熟悉實驗步驟，盡可能地做到最大程度上避免危險的發生。即使學生在實驗中仍然發生了意外，由于在實驗之前已經提前對潛在的危險有了充分的認識，在處理發生意外時，也不會驚慌失措，能夠做到采取正確的方式處理發生的危險。因此，在本科生實驗之前的預習中，加入該評估方法，不僅能夠提高預習的效果，經過大學幾年的反復訓練，能夠提高安全意識。該評估方法的掌握對學生畢業走向工作崗位后，對于安全生產也將起到重要的啟發。

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