實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法在本科生實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

李　敏，　李自衛(wèi)

(貴州理工學(xué)院 a.土木工程學(xué)院;b.化學(xué)工程學(xué)院,貴陽 550003)

0　引　言

高校實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)、科研的基地。實(shí)驗(yàn)室的安全管理是正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究、教學(xué)的保證。而安全評(píng)估方法的掌握，并在實(shí)驗(yàn)過程中加以運(yùn)用，能夠提高本科生的安全意識(shí)，在實(shí)驗(yàn)中減少甚至避免事故的發(fā)生，以及穩(wěn)妥處理實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的意外[1]。在諸多高校實(shí)驗(yàn)室中，化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室易發(fā)生中毒、爆炸、腐蝕等事故，直接威脅到實(shí)驗(yàn)人員人身安全和實(shí)驗(yàn)室財(cái)產(chǎn)安全[2-3]。

另外，由于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)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(diǎn)，其發(fā)生事故的可能性比其他行業(yè)要高[4]。例如，2015年8月12日，天津?yàn)I海新區(qū)危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)發(fā)生爆炸。死傷數(shù)百人，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過20億?；て髽I(yè)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(shí)和安全生產(chǎn)技能，并且掌握必要的化工安全評(píng)價(jià)、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(xué)化工專業(yè)的畢業(yè)生。因此，安全意識(shí)的提高、安全評(píng)價(jià)方法的掌握，必須從化學(xué)化工專業(yè)的高等教育開始，從實(shí)驗(yàn)室管理，實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)。

與國(guó)外相比[7-8]，盡管國(guó)內(nèi)高校對(duì)本科生安全意識(shí)的培養(yǎng)得到逐漸重視。但是，在本科生實(shí)驗(yàn)過程中，沒有實(shí)行具體的防止事故發(fā)生的安全評(píng)估方法[9-10]。例如：學(xué)生在進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前所必須進(jìn)行的安全培訓(xùn)較少。取而代之的是上第一節(jié)實(shí)驗(yàn)課之前對(duì)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的說明。學(xué)生對(duì)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的安全管理制度了解甚少。另一方面，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)該對(duì)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)所用的化學(xué)試劑、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、操作步驟等可能出現(xiàn)的潛在的危險(xiǎn)的分析即“安全評(píng)估”也幾乎沒有[11-12]。相反，在做實(shí)驗(yàn)之前，只是把實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)步驟等抄寫一遍作為預(yù)習(xí)報(bào)告。沒有對(duì)所做實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況作充分的心理準(zhǔn)備，更不了解相應(yīng)的緊急處置措施。因此，一旦危險(xiǎn)發(fā)生，常會(huì)驚慌失措，引起更大的危險(xiǎn)發(fā)生。

在新加坡國(guó)立大學(xué)讀博士期間對(duì)該校的基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估方法有較詳細(xì)的了解。該安全評(píng)估方法對(duì)國(guó)內(nèi)高校有一定的參考價(jià)值，在此作一介紹與分析。

1　基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法

1.1　主要步驟

基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法的主要步驟包括以下幾步：①通過查找材料安全數(shù)據(jù)表(Materials Safety Data Sheet，MSDS)了解藥品的的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、爆炸極限、半致死量以及對(duì)皮膚、呼吸道等的危害等相關(guān)信息，鑒別實(shí)驗(yàn)過程中藥品可能帶來的危害[13-14]。②詳細(xì)列出實(shí)驗(yàn)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，基于實(shí)驗(yàn)人員的知識(shí)積累、藥品的性質(zhì)以及以往發(fā)生事故的情況，判斷本實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)哪些危害，出現(xiàn)危害的可能性以及可能出現(xiàn)的危害帶來的傷害的嚴(yán)重程度。由于該步驟對(duì)于危險(xiǎn)的鑒別在一定程度上依賴于實(shí)驗(yàn)人員的知識(shí)積累。因此，該步驟的完成通常需要組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，集思廣益，做到最大程度上對(duì)可能出現(xiàn)的危害的鑒別。③根據(jù)出現(xiàn)危險(xiǎn)的可能性和危險(xiǎn)帶來的傷害的嚴(yán)重程度計(jì)算危險(xiǎn)等級(jí)。④根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的危險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合目前已經(jīng)采取的控制危險(xiǎn)發(fā)生的措施，決定該實(shí)驗(yàn)步驟是否需要額外增加控制危險(xiǎn)發(fā)生的其他措施。對(duì)于采取的控制危險(xiǎn)發(fā)生的措施的要求，應(yīng)該是盡量考慮從源頭上控制危險(xiǎn)的發(fā)生。例如做實(shí)驗(yàn)之前，藥品和實(shí)驗(yàn)條件的選擇應(yīng)該是考慮選擇低毒、低揮發(fā)性、低溫等，然后再考慮實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)的控制措施(例如通風(fēng)廚、泄壓閥、張貼各種危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)警示其他實(shí)驗(yàn)人員等)，最后再采取各種防護(hù)措施(例如防毒面具、耐酸堿手套等)。⑤對(duì)采取額外增加的控制危險(xiǎn)發(fā)生的措施以后的實(shí)驗(yàn)步驟再次計(jì)算危險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)防護(hù)措施進(jìn)行修正，直到采取的安全措施滿足相應(yīng)的危險(xiǎn)等級(jí)為止。這些步驟的內(nèi)容歸納起來見表1。

表1　基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估表

1.2　危險(xiǎn)等級(jí)的計(jì)算

危險(xiǎn)等級(jí)等于出現(xiàn)危險(xiǎn)的可能性和危險(xiǎn)帶來的傷害的嚴(yán)重程度的乘積。把出現(xiàn)危險(xiǎn)的可能性分為可能性很低、可能、很有可能3個(gè)等級(jí)。“可能性很低”是指在其他類似的實(shí)驗(yàn)中沒有發(fā)生過危險(xiǎn)；“可能”是指有可能發(fā)生危險(xiǎn)或在類似的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)生過危險(xiǎn)；“很有可能”是指經(jīng)常發(fā)生的危險(xiǎn)。發(fā)生危險(xiǎn)的可能性的判斷依據(jù)主要基于自身的知識(shí)積累并且考慮實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)際情況。一般情況下，需要考慮以下幾個(gè)方面的因素：類似的危險(xiǎn)以前是否發(fā)生過；實(shí)驗(yàn)步驟的復(fù)雜程度、實(shí)驗(yàn)過程中參與的人數(shù)、做實(shí)驗(yàn)的頻率、控制措施的實(shí)施程度、對(duì)控制設(shè)施的管理程度(是否有定期的維護(hù)等)、是否經(jīng)過正規(guī)的安全培訓(xùn)等。

同樣，把危險(xiǎn)帶來的嚴(yán)重程度分為低、中、高3個(gè)等級(jí)?！暗图?jí)”是指不會(huì)發(fā)生傷害或只需要急救箱簡(jiǎn)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(jí)”是指引起的傷害需要到醫(yī)院就醫(yī)包括刀傷、燒傷、扭傷、骨折、突發(fā)性耳聾、皮炎等傷害；“高級(jí)”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(fā)性損傷、職業(yè)癌、急性中毒不治之癥等。一般情況下，如果實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)步驟不變，不應(yīng)改變嚴(yán)重程度等級(jí)。

出現(xiàn)危險(xiǎn)的可能性和危險(xiǎn)帶來的傷害的嚴(yán)重程度的3個(gè)等級(jí)分別用數(shù)值1、2、3表示(見表2)。表2 中列出了經(jīng)過計(jì)算的危險(xiǎn)等級(jí)。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，如果計(jì)算出的危險(xiǎn)等級(jí)﹤3，表明危險(xiǎn)可以接受；危險(xiǎn)等級(jí)在3～4之間，應(yīng)該考慮增加額外控制危險(xiǎn)的措施；危險(xiǎn)等級(jí)﹥4，必須有額外控制危險(xiǎn)的措施。

表2　危險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算表

2　實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法的應(yīng)用舉例

2.1　實(shí)驗(yàn)描述

納米顆粒的合成和應(yīng)用在化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)中非常常見?，F(xiàn)以簡(jiǎn)單的納米鎳球形顆粒的合成為例，說明基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法的具體應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)用高溫分解法合成納米鎳球形顆粒[15-17]。實(shí)驗(yàn)如下:

(1) 實(shí)驗(yàn)藥品。乙酰丙酮鎳，油胺(70%)，乙醇，環(huán)己烷，氮?dú)?，三辛基?90%)

(2) 實(shí)驗(yàn)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?dú)鈿夥障?，往三口燒瓶加入一定量的油胺。③把三口燒瓶放入預(yù)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(huán)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(huán)己烷中保存。

2.2　基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法的應(yīng)用

根據(jù)1.1中介紹的基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法的主要步驟:

(1) 做實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)所有藥品，查MSDS得環(huán)己烷易揮發(fā)且對(duì)皮膚有刺激性。如果長(zhǎng)時(shí)間接觸皮膚，會(huì)有瘙癢感，并出現(xiàn)紅斑。因此，實(shí)驗(yàn)最后一步需要在通風(fēng)廚中進(jìn)行，并佩戴手套。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)用肥皂洗手。另外，基于對(duì)納米顆粒性質(zhì)的了解，干燥的納米顆粒容易造成吸入式危害。本實(shí)驗(yàn)中，納米鎳顆粒最后分散在環(huán)己烷溶劑中，不會(huì)造成吸入式危害。但是，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)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(shí)驗(yàn)步驟的描述列于表3中第1列。識(shí)別可能發(fā)生的危險(xiǎn)(第2列)、評(píng)估傷害帶來的嚴(yán)重程度(第5列)和發(fā)生危險(xiǎn)的可能性(第6列)。

(3) 計(jì)算危險(xiǎn)等級(jí)(第7列)。

(4) 根據(jù)危險(xiǎn)等級(jí)的值判斷是否需要額外增加控制危險(xiǎn)發(fā)生的其他措施(第8列)。由表3可以看出，本實(shí)驗(yàn)只有第④步需要增加額外的控制危險(xiǎn)發(fā)生的其他措施。在本實(shí)驗(yàn)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(fā)生所帶來的危險(xiǎn)。

表3　基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法的應(yīng)用舉例

(5) 對(duì)采取額外增加控制危險(xiǎn)發(fā)生措施后的實(shí)驗(yàn)步驟再次計(jì)算危險(xiǎn)等級(jí)(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(shí)驗(yàn)步驟④的危險(xiǎn)等級(jí)由6降低到3，使危險(xiǎn)變得可以接受。

由表3可以看出，通過對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟逐一進(jìn)行潛在危險(xiǎn)的識(shí)別，計(jì)算危險(xiǎn)等級(jí)，并通過采取額外的控制危險(xiǎn)的措施以后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)各個(gè)步驟的危險(xiǎn)等級(jí)在3以下，潛在發(fā)生的危險(xiǎn)是可以接受的。避免了由于溫度控制失控可能導(dǎo)致干燒進(jìn)而引起火災(zāi)的可能。通過采用基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)估法，使得這個(gè)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)危險(xiǎn)的等級(jí)變得可以接受。

3　結(jié)　語

本文介紹了新加坡國(guó)立大學(xué)基于實(shí)驗(yàn)步驟的半定量安全評(píng)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(shí)、降低實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)發(fā)生的重要作用。通過該評(píng)估方法的執(zhí)行，使得危險(xiǎn)等級(jí)較高的實(shí)驗(yàn)步驟的危險(xiǎn)等級(jí)降低至可以接受的程度，從而避免危險(xiǎn)的發(fā)生。由于該評(píng)估方法是在實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行的，該方法引入到本科生的實(shí)驗(yàn)中，有利于提高本科生的安全意識(shí)，使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)以前充分熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，盡可能地做到最大程度上避免危險(xiǎn)的發(fā)生。即使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中仍然發(fā)生了意外，由于在實(shí)驗(yàn)之前已經(jīng)提前對(duì)潛在的危險(xiǎn)有了充分的認(rèn)識(shí)，在處理發(fā)生意外時(shí)，也不會(huì)驚慌失措，能夠做到采取正確的方式處理發(fā)生的危險(xiǎn)。因此，在本科生實(shí)驗(yàn)之前的預(yù)習(xí)中，加入該評(píng)估方法，不僅能夠提高預(yù)習(xí)的效果，經(jīng)過大學(xué)幾年的反復(fù)訓(xùn)練，能夠提高安全意識(shí)。該評(píng)估方法的掌握對(duì)學(xué)生畢業(yè)走向工作崗位后，對(duì)于安全生產(chǎn)也將起到重要的啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]Louvar J F, Hendershot D C. SACHE: 17 years of promoting teaching of safety to chemical engineering students [J]. Chemical Health & Safety, 2003，10(5): 8-10.

[2]李昊，劉思靜，黃耀，等. 國(guó)內(nèi)高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理問題及對(duì)策[J]，化工管理，2013，22(11)：31-32.

[3]王建宏，?？∮?，梁存珍，等. 以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)室安全和文化建設(shè)[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，35(6): 288-292．

[4]李聃，余定猛，邱軍強(qiáng)，等. 科研院校危險(xiǎn)化學(xué)品管理的分析與探討[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，35(10): 291-295．

[5]Martins L E G, Gorschek T. Requirements engineering for safety-critical systems: A systematic literature review[J]. Information and Software Technology, 2016, 75, 71-89.

[6]Shallcross D C. Safety shares in the chemical engineering class room [J]. Education for Chemical Engineers, 2014, 9(4): e94-e105.

[7]Crowl D A. Chemical process safety: Fundamentals with applications [M]. Englewood cliffs: Prentice Hall Ptr，2002.

[8]Heinrich H W.Industrial accident prevention [M]. 5th Ed. New Yolk: McGraw-Hill Book Company, 1980.

[9]王曄，李雙，莊啟亞. 量規(guī)法在高校實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34(10): 278-281．

[10]朱丹琛，梁杰．探討高校實(shí)驗(yàn)室藥品安全管理的策略[J]．廣東化工，2015，42(5): 151-152．

[11]俞丹亞，樊冰，亓文濤. 墨爾本大學(xué)化學(xué)品安全管理考察與思考[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33(6): 280-283．

[12]陳晶晶，孫賢波，朱育紅，等. 高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)品安全管理評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(11): 241-245．

[13]何超，陳斌．實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)化學(xué)品的管理與控制——以六盤水師范學(xué)院為例[J]．產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014，13(20): 234-235．

[14]徐龍飛．六盤水師范學(xué)院劇毒化學(xué)品管理的幾項(xiàng)改進(jìn)[J]．六盤水師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009，21(6) : 71-72．

[15]Li Z W, Kathiraser Y, Kawi S. Facile synthesis of high surface area yolk-shell Ni@Ni embedded SiO2via Ni phyllosilicate with enhanced performance for CO2Reforming of CH4[J]. Chem Cat Chem，2015，7(1): 160-168.

[16]Li Z W, Mo L, Kathiraser Y,etal. Yolk-satellite-shell structured Ni-Yolk@Ni@SiO2nanocomposite: superb catalyst toward methane CO2reforming reaction [J]. ACS Catalysis，2014，4(5): 1526-1536.

[17]Li Z W, Kathiraser Y, Ashok J,etal. Simultaneous tuning porosity and basicity of Nickel@Nickel-Magnesium phyllosilicate core-shell catalysts for CO2reforming of CH4[J]. Langmuir，2014，30(48): 14694-14705.