標準化和精細化管理模式在環境實驗室中探索

靳 明，邊 剛，閏明濤，楊瑜濤

（河北大學a.化學國家級實驗教學示范中心；b.化學與環境科學學院，河北保定 071002）

0 引言

實驗教學作為理論課教學的重要組成部分，在培養學生實踐動手能力、科研創新能力和提高學生綜合素質的過程中發揮著不可或缺的作用。實驗室是實驗教學、科學研究的重要場所，對于提高教學質量和保證科研工作順利進行有著重大意義［1-4］。隨著科學技術發展和高等教育辦學規模擴大，相應實驗室類別和規模也在持續發展壯大，實驗人員和儀器設備越來越多，使用的試劑耗材種類大幅增加，尤其易燃易爆、高溫高壓及毒害性等危險性物質的使用，實驗室出現諸多問題，提升實驗室管理勢在必行。

環境實驗室是培養環境科學和環境工程專業創新人才的重要基地，對環境類學科建設和發展起至關重要作用［5-6］。環境實驗室隸屬于化學與環境科學學院，由環境工程、環境微生物、環境化學、環境監測和儀器室5 個實驗平臺構成，實驗室總面積約248 m2，由國家級化學實驗中心管理。參考國內外高校實驗室管理經驗，結合我校環境專業實驗室的情況，提出實驗室標準化精細化管理模式，從實驗人員、儀器設備、實驗材料、實驗方法和實驗環境5 方面探討環境實驗室的安全管理問題［7-13］。

1 實驗室特點及存在問題

學院環境實驗室主要負責環境科學和環境工程2個本科專業的實驗課，部分大型儀器還同時服務學院教師科研樣品測試。環境實驗室由2 名實驗技術人員負責實驗準備、儀器及實驗室管理工作。具體實驗課程包括環境工程、大氣污染控制、固體廢物資源化、水污染控制工程、環境微生物、環境化學、環境監測和環境綜合實驗共計8 大類，由于環境科學和環境工程專業設置不同，環境監測、環境化學、環境微生物和環境綜合實驗課程，在實驗內容和數量也有較大差別。隨著學校學院對教學重視度進一步增強，加上部省合建和雙一流等經費支持，近6 年來購置了大量儀器設備用于本科教學。提高教學質量的同時，實驗室管理也發現諸多問題。存在的問題主要有：①實驗室安全隱患大，涉及危險化學品、特種設備、壓力氣瓶及實驗室廢棄物；②實驗所用試劑和耗材種類多，數量大，占用率高，管理難度大；③實驗儀器設備多，使用操作不規范，維護保養難度大；④實驗人員多，實驗室空間小，實驗數量多，實驗時間長，實驗室管理人員與師生滿意度低。

2 標準化和精細化管理模式的提出及應用

標準化管理是企業為強化安全生產基礎，落實安全主體責任，改善安全生產條件，提升管理水平而推廣應用是預防事故的重要手段，對保障生命和財產安全具有重要的意義和作用。精細化則是對事物的縝密思考或對每個過程的精心設計［14-15］。精細化管理是將目標事件分解細化，強調注重細節，尤其是關鍵環節，然后再落實的管理方法，是提升部門或小組執行能力的重要途徑［16-17］。標準化、精細化管理早已成為現代管理的工具，受到各行各業的重視。針對高校實驗室，“物”的不安全狀態和“人”的不安全行為是教學和科研過程中發生安全事故的原因。“物”的不安全狀態是指儀器裝置、配套設施等硬件處于不安全狀態。“人”的不安全行為，是人員未按標準規范進行相應工作。將標準化和精細化管理相結合，對管理目標進行研究、分析、細化，找出關鍵問題或環節，制定標準管理方案，責任到人，持續改進完善，實現實驗室全面優化管理。

2.1 重視實驗人員管理

據統計，在高校實驗室安全事故中，人為性因素高達70%以上，因此管控人的不安全行為，規范操作，是避免事故的關鍵。實驗室人的因素主要涉及實驗的教師、學生和實驗技術人員3 類。進入實驗室前通過安全培訓、安全管理文件學習、實驗室安全考試及實驗內容微視頻學習4 種方式了解相關規章制度和儀器設備操作；除通過實驗室安全考試外，所有人員還需簽訂實驗室安全責任書，方可入實驗室。采取標準化精細化管理后學習內容及方式如表1 所示。

表1 實驗室人員準入學習明細表

2.2 規范儀器設備管理

實驗室儀器設備近300 臺，有總有機碳分析儀（TOC）、氣相色譜儀等大型儀器，分析天平、pH計和噪聲計等小型儀器；不僅有通用儀器裝置，還有特種設備；除了購置儀器，也有自制儀器裝置。能否準確操作使用儀器，不僅關系到實驗數據的準確性，更會涉及人員和儀器的安全性。利用標準化精細化管理方法對實驗室儀器設備進行分類別、分層次管理。根據儀器貴重程度，分為大中小3 類，使用頻率分為高低頻，操作危險度分為高危、低危和安全3 種，舉例細化分類表如表2 所示。根據實驗儀器的分類，來確定如何制定相應的管理制度。全部儀器設備均編寫標準作業指導書（圖1）；大型儀器制定日點檢表，工作日務必進行點檢；高危儀器需實驗技術人員或實驗教師操作，學生經過培訓合格后部分儀器方可進行操作；特種設備由實驗技術人員專人操作；大中型儀器全部編制關鍵操作點、維護保養方法及關鍵參數參考值；大型儀器編制潛在失效模式及后果分析（FMEA）［18］，如表3 所示。在此模式管理下，儀器設備停機故障明顯的減少，儀器利用率極大地提升。

表2 實驗儀器細化分類表

圖1 標準作業指導書

表3 TOC FMEA分析部分截圖

2.3 強化實驗材料管理

環境實驗室課程多，涉及86 個實驗，所用試劑耗材種類多，數量大。目前為止，包括易燃易爆、易制毒化學品在內共146 種化學試劑藥品，耗材種類多、數量大，占用率高，給實驗室管理帶來了很多不安全因素。標準化精細化管理：①建立試劑耗材電子臺賬，統一管理，分類存放。化學品根據其組成及性質（易揮發性、易制毒性、強氧化性、腐蝕性、易燃易爆性、毒性等），兼顧使用頻率及方便管理進行分條件分區域管理。試劑的存放參考防揮發、防光、防毒害、防潮、防變質、防震、防火等要求。例如，易揮發有機溶劑放置在有通風功能的聚四氟試劑柜中，易揮發液態試劑放入冰箱冷藏處，易揮發固體試劑則放入避光通風柜或冰箱冷凍處。易燃易爆、易制毒、劇毒類由學院統一管理，其他藥品放置于普通試劑柜。無機化學試劑和有機化學試劑要分開存放，特殊試劑，如指示劑、檢測試劑等，按用途歸類存放。耗材根據本身屬性、貴重程度及易碎易變質性，選擇貨架、安全柜及普通柜存放。所有試劑耗材采取動態管理，庫存盡可能少。②完善安全設施，制定事故防范應急制度。試劑庫內安裝溫度傳感器，360°無死角監控，出口處設置監控，氣體鋼瓶房間安裝氣體探測器。加強防范和應急預案建設，準確、科學、專業的預案尤為重要。環境實驗室制作了實驗室危險化學品安全應急手冊，每年組織學生進行應急演練，提高應對安全事故的能力。確保安全事故早發現，科學及時應對，能有效控制事故發展，將損失降至最低。

2.4 實驗方法管理標準化

標準化精細化管理下的實驗方法，主要從實驗室管理制度、實驗室工作方法和實驗內容及方法三方面進行。①完善各項管理制度，細化不同記錄。實驗室管理工作范圍廣，涉及人員、儀器、試劑耗材和廢棄物的單獨管理，但它們相互間的交叉管理才是重中之重，因此制定規范了多條規章制度及辦法條例。不僅包括原有的多項實驗室安全規章制度，更是細化增加了許多內容。包括實驗教師實驗室內工作職責、實驗技術人員工作職責、學生實驗安全規則、實驗室準入標準規范要求、儀器裝置預約使用辦法、實驗低值易耗品領取方法、環境實驗室安全關鍵控制點及應對方式、實驗室三廢收集處理管理方法、特種設備使用權限規定等。還細化了工作記錄，制定必要的記錄表完善管理，使各項工作具備可追溯性。如實驗開課記錄、實驗工作日志、實驗室開放記錄、試劑耗材借用記錄、儀器設備使用記錄、大型設備點檢表、實驗值班記錄、儀器設備維修、實驗室安全檢查記錄等。②分析細化難點重點，制定標準，提高工作效率。環境實驗室承擔實驗課多，實驗多，單個實驗需要準備的試劑耗材種類多。而實驗室面積有限，實驗教學采取分組循環式，每門課所有實驗同時開始，然后每周組內循環。結果導致開學初，實驗技術人員工作量非常大，不得不加班加點準備。實驗課上，實驗臺靠著近，學生會隨意互拿不同實驗的試劑耗材，導致后面實驗操作錯亂，費時，影響實驗結果。因此，編制實驗清單放在相應實驗的實驗臺上，每組學生上課前檢查清單與桌面物品是否一致，課后檢查是否都歸回原位，實驗技術人員在準備實驗時，直接拿清單取物品，快速便捷，提高效率。針對環境微生物實驗，使用大量培養皿，在滅菌、分離、接種、培養及染色各階段，都需要大量培養皿。全院每年2 個專業近100名學生，分成50 小組，每組每次滅菌需要10 套，實驗課程安排不當會導致培養皿占用率高，整個學期需要近千套才能周轉開。實驗精細化分析原因后，合理安排實驗課，錯開使用，提高耗材利用率，不到300套即可完成，耗材占用率下降，實驗臺和實驗室物品管理整潔有序，安全更有保障。③實驗試劑循環化、實驗內容微型化及實驗方法儀器化。廢物再利用原則，環境化學實驗“化學需氧量的測定”，實驗中使用重鉻酸鉀，導致實驗廢水中有大量的Cr 離子存在，不可直接排放，需回收統一處理。簡單處理后使其成為“水中Cr 的價態分析”和“土壤中重金屬含量測試”實驗項目的原料，減少含鉻試劑的使用量，達到綠色環保。實驗內容微型化原則，在不影響實驗教學效果和實驗結果的原則下，盡可能地降低實驗試劑量的使用。總有機碳測定儀和原子吸收分光光度計等大型儀器設備應用于實驗教學中進行測量時，相比之前方法，僅需簡單預處理即可上機測試，降低了試劑的消耗，節省了時間。實驗方法較之前更加豐富，不僅是教材，還有教師自己錄制的微視頻，及其他高校教師相關的教學視頻作為參考，內容更豐富。學生提前在線上預習、學習，有效縮減了課堂中實驗時間，師生滿意度提高。

2.5 實驗環境管理規范化

針對實驗環境的標準化精細化管理，主要從實驗人員防護用品、實驗儀器工作環境及實驗室三廢處理進行。實驗人員防護用品管理，就是根據實驗需要，佩戴口罩、手套、護目鏡、開通風櫥操作。實驗儀器工作環境則是根據需求在實驗室安裝空調，溫度濕度儀控制實驗室內溫濕度，通過加裝隔音材料降低或消除噪音，防震材料來降低震動等不安全因素。三廢中廢氣根據濃度及危害程度決定處理，一般廢氣直接由通風櫥排出室外；廢液需要分類回收，細化至有機廢液、重金屬廢液、染料廢液和酸性廢液，實驗室儲存至一定量時由專人送至廢棄物中轉中心，學校統一處理；固體廢棄物，包括失效試劑、反應產生的廢棄物及測試后樣品廢棄物，根據廢棄物化學屬性，分類回收，再統一處理。

3 實踐成效

自2016 年7 月開始實施標準化精細化管理模式，經過3 年多實踐，環境實驗室管理相比之前有了較大進步。①儀器設備管理更加標準，故障維修次數明顯減少，儀器利用率提高。3 年來，7 臺大型儀器未發生過故障，43 臺中型儀器報修總次數12 次，210 臺小型設備，維修21 次。相比之前，僅2015 年全年，維修就達28 次，標準化精細化管理后儀器故障率下降顯著。②實驗準備及管理工作簡化，實驗技術人員有精力探索更高效的實驗室管理方法，還可以參與一些科研工作。近3 年，環境實驗室實驗技術人員主持校級精品實驗1 項，實驗室開放項目2 項，教改項目2 項，自制儀器4 項，指導大學生創新創業項目2 項，發表科研及教改論文6 篇。③試劑耗材管理更加合理，實驗室安全有保障。通過系列規章制度及文件辦法，一般試劑耗材數量一直處于動態平衡，特殊試劑專人負責管理，性能全部熟悉了解，安全監管控制到位，預防應急措施完善，從未發生任何安全事故。④教學科研工作進展順利，師生滿意度提高。標準化精細化管理模式后，實驗準備及時率100%，課中問題解決率100%，大中型儀器完好率100%。另外，經過學習標準作業指導書，培訓上機操作及參考儀器設備關鍵參數標準，學生很快就能熟練使用大中型儀器，減輕儀器樣品測試實驗技術人員工作量，加快了樣品測試進度，提高了儀器利用率和師生滿意度。

4 結語

實驗室安全關系高校科教活動的正常運行與否，可靠的實驗室管理方法直接關系實驗人員及資產的安全。標準化精細化管理模式，從人、機、料、法、環5 方面著手，制定相關規章制度及執行標準。此模式經過多次實施、反饋修訂及再實施，實驗人員職責與權限明確化和細節化，實驗儀器專業化和實用化，實驗試劑耗材動態化和可視化，實驗操作標準化和安全化，實驗記錄可查化和可追溯化，致使實驗室整體管理更加系統化和整體化，實驗室安全得到保障，具備一定的參考價值。