实验步骤的半定量安全评估法在本科生实验中的应用

李　敏，　李自卫

(贵州理工学院 a.土木工程学院;b.化学工程学院,贵阳 550003)

0　引　言

高校实验室是教学、科研的基地。实验室的安全管理是正常进行实验研究、教学的保证。而安全评估方法的掌握，并在实验过程中加以运用，能够提高本科生的安全意识，在实验中减少甚至避免事故的发生，以及稳妥处理实验中发生的意外[1]。在诸多高校实验室中，化学化工实验室易发生中毒、爆炸、腐蚀等事故，直接威胁到实验人员人身安全和实验室财产安全[2-3]。

另外，由于化学工业生产过程存在诸多潜在的不安全因素，具有高温、高压、易爆、易燃、易中毒等特点，其发生事故的可能性比其他行业要高[4]。例如，2015年8月12日，天津滨海新区危险品仓库发生爆炸。死伤数百人，造成的直接经济损失超过20亿。化工企业的这些特殊性，要求化工操作人员必须具有高度的安全意识和安全生产技能，并且掌握必要的化工安全评价、防范及处置方法[5-6]。

由于化工一线人员较多来自高校化学化工专业的毕业生。因此，安全意识的提高、安全评价方法的掌握，必须从化学化工专业的高等教育开始，从实验室管理，实验课程的学习中培养。

与国外相比[7-8]，尽管国内高校对本科生安全意识的培养得到逐渐重视。但是，在本科生实验过程中，没有实行具体的防止事故发生的安全评估方法[9-10]。例如：学生在进实验室之前所必须进行的安全培训较少。取而代之的是上第一节实验课之前对进实验室需要注意的事项进行一个简单的说明。学生对化学化工实验室的安全管理制度了解甚少。另一方面，学生在做实验之前，应该对所进行的实验所用的化学试剂、实验设备、操作步骤等可能出现的潜在的危险的分析即“安全评估”也几乎没有[11-12]。相反，在做实验之前，只是把实验目的、实验步骤等抄写一遍作为预习报告。没有对所做实验过程中可能出现的危险情况作充分的心理准备，更不了解相应的紧急处置措施。因此，一旦危险发生，常会惊慌失措，引起更大的危险发生。

在新加坡国立大学读博士期间对该校的基于实验步骤的半定量安全评估方法有较详细的了解。该安全评估方法对国内高校有一定的参考价值，在此作一介绍与分析。

1　基于实验步骤的半定量安全评估法

1.1　主要步骤

基于实验步骤的半定量安全评估法的主要步骤包括以下几步：①通过查找材料安全数据表(Materials Safety Data Sheet，MSDS)了解药品的的熔点、沸点、爆炸极限、半致死量以及对皮肤、呼吸道等的危害等相关信息，鉴别实验过程中药品可能带来的危害[13-14]。②详细列出实验的每个实验步骤，基于实验人员的知识积累、药品的性质以及以往发生事故的情况，判断本实验过程中可能出现哪些危害，出现危害的可能性以及可能出现的危害带来的伤害的严重程度。由于该步骤对于危险的鉴别在一定程度上依赖于实验人员的知识积累。因此，该步骤的完成通常需要组成一个团队，集思广益，做到最大程度上对可能出现的危害的鉴别。③根据出现危险的可能性和危险带来的伤害的严重程度计算危险等级。④根据每个实验步骤的危险等级，结合目前已经采取的控制危险发生的措施，决定该实验步骤是否需要额外增加控制危险发生的其他措施。对于采取的控制危险发生的措施的要求，应该是尽量考虑从源头上控制危险的发生。例如做实验之前，药品和实验条件的选择应该是考虑选择低毒、低挥发性、低温等，然后再考虑实验过程中对实验的控制措施(例如通风厨、泄压阀、张贴各种危险标识警示其他实验人员等)，最后再采取各种防护措施(例如防毒面具、耐酸碱手套等)。⑤对采取额外增加的控制危险发生的措施以后的实验步骤再次计算危险等级，对防护措施进行修正，直到采取的安全措施满足相应的危险等级为止。这些步骤的内容归纳起来见表1。

表1　基于实验步骤的半定量安全评估表

1.2　危险等级的计算

危险等级等于出现危险的可能性和危险带来的伤害的严重程度的乘积。把出现危险的可能性分为可能性很低、可能、很有可能3个等级。“可能性很低”是指在其他类似的实验中没有发生过危险；“可能”是指有可能发生危险或在类似的实验中已经发生过危险；“很有可能”是指经常发生的危险。发生危险的可能性的判断依据主要基于自身的知识积累并且考虑实验过程中的实际情况。一般情况下，需要考虑以下几个方面的因素：类似的危险以前是否发生过；实验步骤的复杂程度、实验过程中参与的人数、做实验的频率、控制措施的实施程度、对控制设施的管理程度(是否有定期的维护等)、是否经过正规的安全培训等。

同样，把危险带来的严重程度分为低、中、高3个等级。“低级”是指不会发生伤害或只需要急救箱简单处理的伤害包括轻微刀伤、擦伤、皮肤等刺激性伤害等引起的短暂不适；“中级”是指引起的伤害需要到医院就医包括刀伤、烧伤、扭伤、骨折、突发性耳聋、皮炎等伤害；“高级”是指引起的伤害是致命的或者是终身的。包括截肢、重大骨折、多发性损伤、职业癌、急性中毒不治之症等。一般情况下，如果实验装置或实验步骤不变，不应改变严重程度等级。

出现危险的可能性和危险带来的伤害的严重程度的3个等级分别用数值1、2、3表示(见表2)。表2 中列出了经过计算的危险等级。根据计算的结果，如果计算出的危险等级﹤3，表明危险可以接受；危险等级在3～4之间，应该考虑增加额外控制危险的措施；危险等级﹥4，必须有额外控制危险的措施。

表2　危险等级计算表

2　实验步骤的半定量安全评估法的应用举例

2.1　实验描述

纳米颗粒的合成和应用在化学化工实验中非常常见。现以简单的纳米镍球形颗粒的合成为例，说明基于实验步骤的半定量安全评估法的具体应用。本实验用高温分解法合成纳米镍球形颗粒[15-17]。实验如下:

(1) 实验药品。乙酰丙酮镍，油胺(70%)，乙醇，环己烷，氮气，三辛基膦(90%)

(2) 实验步骤。①称量2 g的乙酰丙酮镍放入带有磁子的三口烧瓶中。②在氮气气氛下，往三口烧瓶加入一定量的油胺。③把三口烧瓶放入预先加热到100 ℃的油浴中，搅拌10 min。④然后迅速升温至220 ℃，并保持2 h。⑤降至室温后，往三口烧瓶中加入一定量的乙醇和环己烷混合溶液，离心洗涤分离。⑥将得到的镍纳米颗粒分散在环己烷中保存。

2.2　基于实验步骤的半定量安全评估法的应用

根据1.1中介绍的基于实验步骤的半定量安全评估法的主要步骤:

(1) 做实验之前，对所有药品，查MSDS得环己烷易挥发且对皮肤有刺激性。如果长时间接触皮肤，会有瘙痒感，并出现红斑。因此，实验最后一步需要在通风厨中进行，并佩戴手套。实验结束后，应用肥皂洗手。另外，基于对纳米颗粒性质的了解，干燥的纳米颗粒容易造成吸入式危害。本实验中，纳米镍颗粒最后分散在环己烷溶剂中，不会造成吸入式危害。但是，实验中应该佩戴手套，避免该纳米颗粒溶液直接与皮肤接触而渗入皮肤，带来危害。

(2) 把实验步骤的描述列于表3中第1列。识别可能发生的危险(第2列)、评估伤害带来的严重程度(第5列)和发生危险的可能性(第6列)。

(3) 计算危险等级(第7列)。

(4) 根据危险等级的值判断是否需要额外增加控制危险发生的其他措施(第8列)。由表3可以看出，本实验只有第④步需要增加额外的控制危险发生的其他措施。在本实验中，通过使用带有程序升温的磁力搅拌器，精密控温，防止突然升温发生所带来的危险。

表3　基于实验步骤的半定量安全评估法的应用举例

(5) 对采取额外增加控制危险发生措施后的实验步骤再次计算危险等级(第9列)。由表3可看出，通过使用带有程序升温的磁力搅拌器使实验步骤④的危险等级由6降低到3，使危险变得可以接受。

由表3可以看出，通过对整个实验的各个实验步骤逐一进行潜在危险的识别，计算危险等级，并通过采取额外的控制危险的措施以后，整个实验各个步骤的危险等级在3以下，潜在发生的危险是可以接受的。避免了由于温度控制失控可能导致干烧进而引起火灾的可能。通过采用基于实验步骤的半定量安全评估法，使得这个实验出现危险的等级变得可以接受。

3　结　语

本文介绍了新加坡国立大学基于实验步骤的半定量安全评估法，并以纳米镍球形颗粒的合成为例子，阐述了该方法在提高本科生安全意识、降低实验危险发生的重要作用。通过该评估方法的执行，使得危险等级较高的实验步骤的危险等级降低至可以接受的程度，从而避免危险的发生。由于该评估方法是在实验之前进行的，该方法引入到本科生的实验中，有利于提高本科生的安全意识，使学生在做实验以前充分熟悉实验步骤，尽可能地做到最大程度上避免危险的发生。即使学生在实验中仍然发生了意外，由于在实验之前已经提前对潜在的危险有了充分的认识，在处理发生意外时，也不会惊慌失措，能够做到采取正确的方式处理发生的危险。因此，在本科生实验之前的预习中，加入该评估方法，不仅能够提高预习的效果，经过大学几年的反复训练，能够提高安全意识。该评估方法的掌握对学生毕业走向工作岗位后，对于安全生产也将起到重要的启发。

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