昆士蘭大學化學超凈實驗室安全管理體系及其啟示

劉恩濤，王 華，呂曉霞，陳 波，張 成，陳 剛

（中國地質大學（武漢）a.海洋學院；b.資源學院，武漢 430074）

0 引言

高校實驗室是開展教學、科研和社會服務的重要基地，是培養高素質科研人才、產出創新性成果的重要平臺［1］。一流實驗室建設是高校綜合改革和“雙一流”建設的重要內容，是體現學校綜合實力和學科建設水平的重要標志［2］。隨著我國科教興國和“雙一流”戰略的實施，高校實驗室數量和規模快速擴大，尤其是以超凈實驗室為代表的一流實驗室數量快速增長，給實驗室安全管理帶來了巨大的壓力和挑戰［2-3］。不同類型的實驗室所面臨的安全要素差異較大，潛在的安全隱患和風險復雜多樣。盡管國內實驗室在儀器設備、硬件配置上得到了顯著改善，但在實驗室安全管理、安全培訓方面積累經驗有限，導致高?；瘜W類實驗室安全事故頻發，造成較大的人員傷亡和國家財產損失［4-5］。

化學類超凈實驗室是一種特殊的化學實驗室，是精確測定超低含量元素及同位素組分的重要平臺，對空氣中顆粒物、溫度、壓力、濕度等環境要素都有很高要求，從而確保實驗室保持很高的潔凈度。相較于其他實驗室，化學類超凈實驗室是一個相對封閉的空間，儲備的危險性試劑及高壓氣體類型更多，安全隱患也更多；而且還配備有較多貴重精密儀器，實驗儀器開放程度高，安全管理難度較大，若安全管理不到位便容易觸發安全事故［6-9］。例如，2010 年1 月美國得克薩斯州理工大學化學與生物化學系實驗室發生了爆炸，導致1 名畢業生失去了3 根手指并嚴重燒傷。2018 年12 月印度班加羅爾Manoj Kumar研究員在高壓氫氣瓶爆炸中喪生。近年來國內化學類超凈實驗室氣體爆炸、火災、激光輻射等安全事故時有發生，危及師生人身安全并對公共安全造成威脅［4］。在國家“雙一流”建設支持下，我國超凈實驗室規模勢必會進一步擴大，如何確保實驗室安全運行，構建完善的安全管理體系，創建安全和諧校園，已成為高校實驗室建設與管理工作的重要內容［10-12］。

昆士蘭大學（University of Queensland）始建于1909 年，是世界50 強名校，享譽全球的高等科研學府，是澳大利亞最大、最有聲望的大學之一。昆士蘭大學同位素化學超凈實驗室創建于20 世紀90 年代，是國際上最先進的化學超凈實驗室之一，具有長達30 余年的超凈實驗室安全管理經驗［13-14］。通過對昆士蘭大學安全管理體系系統研究和介紹，并結合國內化學實驗室管理現狀，探討如何構建完善的實驗室安全體系，從而為提高我國實驗室安全管理水平提供借鑒。

1 化學類超凈實驗室特點及安全管理主要內容

1.1 化學類超凈實驗室特點

超凈實驗室，也稱為無塵實驗室或超凈間。超凈實驗室對實驗室空氣中顆粒物、污染物、溫度、濕度、室內壓力、氣流速度、氣流分布、噪聲振動、清潔度、靜電都有嚴格的控制范圍［10］。無論外部空氣如何變化，超凈實驗室內部都能保持標準要求的清潔度、濕度、溫度和壓力等［15］。超凈實驗室可進一步分為化學超凈實驗室、生物超凈實驗室、光學超凈實驗室等類型，其中以化學超凈實驗室最為常見?；瘜W超凈實驗室要求實驗室潔凈度達到千級以上，其潔凈程度與一類切口無菌手術標準相當。具體參數包括換氣次數大于50 次/h，新風量大于30 m3/h，不大于0.5 μm粒徑的塵埃粒子數量控制在3 500 個/m3以下，微塵數量被嚴格控制在1 000 個/m3以內，溫度（22 ±2）℃，濕度55 ±5%，潔凈區域的壓力要高于非潔凈區域的壓力等。超凈實驗室為一個相對封閉的系統，其中空氣過濾系統由空調機組、過濾系統和進排風通道等組成，氣流經過初效、中效、高效過濾后，將空氣中粉塵、鉛元素等過濾掉，從而達到凈化空氣的目的?；瘜W類超凈實驗室提供的水需要經過二級甚至三級凈化，得到電阻率為18.2 MΩ·cm 的去離子水。實驗室用于化學處理的各類酸（鹽酸、硝酸、氫氟酸）都需要經過至少兩次蒸餾。此外，實驗室所用的實驗耗材，都需要經過多次高溫酸洗。通過以上途徑，最大程度控制空氣、水源、酸、實驗耗材等途徑帶來的污染，確保實驗室極低的本底，從而實現高精度測試低含量或超低含量元素濃度及同位素組成。例如，昆士蘭大學同位素地球化學超凈實驗室Pb同位素的本底為15 ×10-12，因而可以精確確定Pb同位素含量僅幾十個（×10-8）的方解石脈體形成年代［16］。此外，化學類超凈實驗室儲備的危險性試劑及高壓氣體類型很多，而且還配備有較多貴重精密儀器，實驗儀器開放程度高，安全管理難度較大。

1.2 化學類超凈實驗室安全管理主要內容

（1）化學試劑安全。化學是一門實驗科學，在實驗樣品溶解、化學分離過程中會接觸到多種化學試劑，例如硝酸、鹽酸、氫氟酸、氨水、實驗試劑等。而這些實驗試劑大多有毒有害，并具有較強的腐蝕性，其中以氫氟酸最為突出。氫氟酸不僅對皮膚具有腐蝕作用，而且氟離子進入血液或組織內可與其鈣鎂離子結合導致骨骼鈣化，攝入1.5 g 氫氟酸甚至會致人死亡?；瘜W及實驗試劑在采購、運輸、存儲、使用、廢棄的過程中，如果措施不當，都可能發生安全事故。

（2）水電氣安全?；瘜W類超凈實驗室往往設置多個化學處理間，同時配備較多的質譜分析設備，對水電氣配備帶來一定挑戰。例如實驗耗材在清洗過程中，需要將熱臺加熱至350 ℃并持續6 h，如果沒有按時關掉熱臺便可能觸發火災。大型儀器操作不當也會導致設備故障或電路短路，觸發火災。大型儀器在使用過程中往往需要冷卻水冷卻，一旦發生漏水便會引起安全事故。除此之外，化學超凈實驗室質譜儀器使用氫氣、氮氣、氦氣、氬氣、氧氣等壓縮氣體，這些氣體存儲于鋼瓶中，在搬運、存儲、使用過程中都容易發生安全事故。尤其氫氣等可燃性氣體，操作不當會引起爆炸。

（3）儀器安全?；瘜W類超凈實驗室通常配置有多臺貴重精密儀器。例如，昆士蘭大學同位素地球化學超凈實驗室擁有2 臺多接收等離子體質譜儀、3 臺四級桿等離子質譜儀和2 臺激光剝蝕儀。這些大型設備對實驗流程和實驗操作都有嚴格的規定，而且對溫度、濕度、壓力、噪音等環境要素都有較高要求。大部分儀器開放程度很高，由于操作不當或疏忽大意都會導致儀器受損，并誘發火災、漏水等安全事故。

（4）輻射安全。激光等設備如果使用不當會對人們的眼睛和皮膚造成嚴重傷害，甚至引起火災、電擊、燙傷等嚴重人身危害。放射性藥品如果放置不當，也會產生各類輻射，對人體健康產生危害。放射性廢棄物如果處置不當還會導致環境污染。

2 昆士蘭大學安全管理組織架構體系

澳大利亞是世界高等教育發達國家，對師生安全尤為重視［9，13］。昆士蘭大學根據《2011 年昆士蘭州工作健康和安全法》，學校成立了職業健康和安全委員會（Occupational Health and Safety Committees），受校長的風險和合規委員會（Risk and Compliance Committee）和首席運營官（Chief Operating Officer）監督，其主要職責為參與危險評估、制定安全標準和政策。在學部、學院成立安全委員會分會，層層把關，逐級管理，負責健康與安全事務管理、討論與處置。學校由委員會主席、委員會執行官、委員會秘書、安全主管）、管理部門負責人等組成，并由副校長擔任委員會主席。在學部，由學部主任擔任主席，成員包括管轄學院的安全主管、分委員會秘書等。學院成立學院安全委員會分會，院長作為第一安全負責人，其成員包括分管副院長、安全主管、各實驗室負責人等，共計10 余人。學校、學部、學院三級職業健康和安全委員會由各級安全主管銜接，隨時向上級委員會報告突發安全狀況，定期組織安全培訓和講座，營造健康與安全的文化氛圍。

實驗室其安全管理工作受學院職業健康和安全委員會的領導，由安全主管提供具體的監督和指導。實驗室經理為實驗室第一負責人，負責實驗室安全培訓、安全監管和風險預估。實驗室出了安全問題，小則整改評估，大則實驗室關閉，實驗室經理被解雇。昆士蘭大學職業健康和安全委員會構建了實驗室HSW（Health，Safety and Wellness）管理體系，并制定了詳細的安全管理細則（PPL 2.10.03 Health，Safety and Wellness Policy）。在組織架構方面，學校擁有一支專業的管理隊伍，從各級安全主管到實驗室經理，都為熟悉實驗室管理的專業人員，為實驗室提供技術、管理、服務的專業支撐。

3 昆士蘭大學實驗室安全培訓機制

3.1 建立全員培訓制度

昆士蘭大學實驗室實施嚴格的安全培訓及準入制度。在進入實驗室之前，無論是管理人員、教師、學生、訪問學者還是志愿者，都必須經過系統的安全培訓，達到要求后方可進入實驗室開展實驗研究。即便是具有工作經驗的研究人員，也需要按部就班完成相關安全培訓，通過考核后方可獲得準入資格（見圖1）。

圖1 昆士蘭大學嚴格全面的安全培訓流程

3.2 培訓內容系統化

昆士蘭大學安全培訓內容全面系統，首先要完成年度防火安全培訓、一般工作場所安全培訓、常規實驗室安全培訓、常規工作間安全培訓、化學安全培訓、高壓氣體安全培訓。如果受培訓的師生在實驗過程中會用到生物樣品、激光儀器等，還需要完成對應的生物安全培訓、激光輻射安全培訓（見圖1）等專業培訓。在完成以上安全培訓的基礎上，方可申請化學超凈實驗室安全培訓。完成化學超凈實驗室安全培訓后，成績合格并經過實驗室負責人批準后，方可獲得準入權限。

3.3 培訓形式多樣化

昆士蘭大學安全培訓形式多樣，包括線上考核培訓、安全培訓班和線下培訓3 種形式。線上培訓需要學員自主在網上完成課程學習后，申請網上考核，考試成績80 分以上合格，成績不達標可申請補考。昆士蘭大學年度防火安全培訓、一般工作場所安全培訓、常規實驗室安全培訓、化學安全培訓、高壓氣體安全培訓、激光輻射安全培訓均采用線上培訓的方式。此外，學院安全主管會定期舉辦安全培訓班，傳授系統的安全理論知識，并給每位學員發放培訓手冊，詳細介紹日常工作安全要求、緊急情況下應急處理、安全工作流程等。超凈實驗室安全培訓由實驗室經理直接負責，采用線下培訓“一對一”的形式開展（見圖1）。

3.4 化學類超凈實驗室培訓系統全面

完成線上考核培訓和安全培訓班之后，培訓學員需要進行更為嚴格的化學類超凈實驗室安全培訓，其培訓內容包含安全防護培訓、基本安全規范、標準操作程序、危害培訓、廢棄物管理等：①安全防護培訓?；瘜W類超凈實驗室存儲較多的危險性實驗試劑，因而對個人防護裝置和實驗著裝要求有較高要求。培訓中詳細介紹實驗服、不同類型護目鏡、不同類材質手套的使用方法和使用環境。例如，在使用氫氟酸時，需要實驗人員佩戴雙層手套，而且外層手套為耐氫氟酸橡膠手套。②基本安全規范。詳細介紹緊急狀況下的應急處理預案，告知急救箱、緊急淋浴裝置位置及使用方法、緊急洗眼臺位置、緊急撤離路線、緊急電話手冊、緊急情況下應對方案等。③標準操作程序。詳細介紹化學處理及實驗耗材清洗過程，介紹高速離心機、激光、加熱板、烘箱、去離子水機器、質譜儀的安全使用規范，告知高壓氣體使用方法。④危害培訓。目的在于如何在危險發生時將其危害或者損失降到最低，其主要內容包括：確定潛在危害、建立危害控制和執行危害控制手段等內容。⑤廢棄物管理。告知各種化學、電池廢棄物處理流程。⑥防污染措施。介紹超凈實驗室對于著裝、樣品、防護的特殊要求。例如，樣品進入實驗室前需要擦掉表面灰塵、盡量杜絕粉末樣品、隨時關門、完成一項操作后需更換手套等防交叉污染措施。

3.5 安全培訓常態化

學校所有實驗室都實行準入制度，每項安全培訓都有對應的有效期，逾期需要重新培訓。例如，防火安全培訓有限期1 年，一般公共場所培訓有效期2 年。當實驗環境發生變化時，例如實驗室新增貴重儀器或新類別危險試劑時，都需要組織實驗人員補充安全培訓，告知安全隱患、使用方法和應急預案。此外，師生進入實驗室后，若沒有按照規定穿戴防護裝備，或沒有按照實驗規則開展實驗研究，實驗室經理有權取消其進入權限，通過再次培訓和考核后方可進入（見圖1）。

4 昆士蘭大學日常安全管理舉措

4.1 安全標識和防護裝備

學校實驗大樓及實驗室內，安全標識種類多樣，張貼于醒目位置（見圖2）。實驗室中存儲的所有溶劑、樣品、稀釋液和緩沖液，均張貼有詳細的安全標志，提醒實驗人員注意安全防范，標注內容包括：危險標識、防護措施、樣品名稱、濃度、使用人、日期等信息（見圖2）。例如，對實驗室使用的氫氟酸、硝酸和鹽酸分別張貼紅色、黃色和綠色標簽條，而去離子水使用藍色標簽條，一目了然，起到警示或提示作用。

圖2 昆士蘭大學安全標識示例

同位素超凈實驗室安全防護裝備齊全，供應充分。其防護設備主要包括身體防護（防酸堿服飾、防酸堿罩衣）、手部防護（乳膠手套、橡膠手套、防高溫手套、絕緣手套）、面部防護（防護面具、防毒面具）、眼部防護（常規護目鏡、防輻射護目鏡）、足部防護（防酸牛皮鞋、防滑絕緣鞋）、急救設施及物品（緊急淋浴器、急救樣品、緊急洗眼器、急救箱、緊急呼叫器等）、工作環境防護（煙霧探測器、火警裝置、氣體檢測報警器、滅火器、空氣過濾設備、通風設備等）。以上設備及防護用品都會定期保養或者維護，并標注有效期限，確保防護設備安全有效。

4.2 安全責任及實驗流程的審核

每個實驗室都有明確的負責人，對實驗室安全負主要責任。此外，導師也是學生的安全負責人，對學生的實驗安全負責。學生在進行實驗分析以前，需要全面評估實驗方案，明確潛在的安全因素，填寫安全工作流程文件，安全工作流程文件需要經過實驗室負責人或者授權人審批后，才能進入實驗室開展實驗研究。此外，對涉及氫氟酸的實驗，較其他類型實驗更具有危險性，在操作員沒有相關使用經驗的情況下，實驗室負責人會委派技術人員對實驗過程進行現場指導。

4.3 嚴格實行門禁和登記制度

學校所有的實驗室均實行門禁制度，只有取得實驗室安全培訓后方可獲得準入權限。門禁制度的優勢在于每個進入實驗室的人均有準確的記錄。門禁制度的另一個優勢在于，可以有區別的限定不同身份的師生的準入時間。昆士蘭大學規定學生只能在工作日工作時間內進入實驗室開展實驗研究，而固定實驗人員具有全天候的準入權限。對危險品、放射性藥品、儀器使用實行登記制度，需要注明使用人、使用時間、樣品情況等等，確保藥品及儀器使用情況有記錄可查。

4.4 意外事故防范

學校編制了實驗室安全指導手冊，其內容覆蓋緊急情況處置方法、火災、危險品、電器安全等內容。在指導手冊，還制定了具有操作性的應急預案。實驗室存在安全隱患的地方均貼有應急預案，詳細介紹遇到緊急情況的處理方式、聯系人、聯系方式等（見圖3）。

圖3 昆士蘭大學應急預案相關信息

當遇到險情時，實驗人員只需要按照安全標識上的流程積極應對，不會產生慌亂。為了防范意外事故，學校實行“嚴禁獨自1 人在實驗室內工作”的原則，以降低在實驗過程的發生安全隱患的概率。定期舉辦消防演習和安全培訓。學校安全部門全年每天24 h 待命，定期校園巡邏，可以在危險發生的第一時間趕赴現場，處理應急事件。

5 對我國高?；瘜W類超凈實驗室安全管理工作的啟示

我國實驗室安全工作不斷加強，2020 年7 月教育部頒布《關于做好2020 年度高等學?？蒲袑嶒炇野踩ぷ鞯耐ㄖ肺募?，要求各實驗室進一步加強實驗室安全管理工作。各大高校實驗室也建立較為完善的管理體系，對實驗室的安全教育也開展了大量的嘗試［16-17］。不過對比昆士蘭大學實驗室工作的重視程度、培訓制度、檢查制度和安全文化，不可否認還存在一定的差距［4］。通過對昆士蘭大學實驗室安全體系的研究，給我國實驗室安全管理工作以下啟示。

5.1 建立專業實驗室安全管理隊伍，構建完整的安全管理體系

昆士蘭大學配置了專業的實驗安全管理隊伍，將實驗室安全管理隊伍與學術研究系列區別開來，并提供相對應的晉升途徑。而超凈實驗室較普通實驗室，安全管理措施更為嚴格。從事超凈實驗室工作的實驗員需要具備3 年以上的超凈實驗室工作經驗，化學類超凈實驗室的培訓教師還需要具備分析化學或實驗化學專業背景。我國目前在這方面比較欠缺，其主要原因在于專業實驗室安全管理人員的匱乏。此外，昆士蘭大學構建了實驗室HSW管理體系，將人員健康、安全制度與工作環境相結合的綜合管理體系。實驗室管理工作中責權利清晰，實驗室一旦發生安全監管失誤，實驗室負責人便需要承擔相應的安全責任。該管理體系對于推動我國高校實驗室改革和規范化進程具有重要的借鑒意義。

5.2 建立嚴格全面的培訓制度，完善監督和再培訓機制

昆士蘭大學設置了系統的實驗室安全培訓體系，采用線上考核培訓、安全培訓班和線下培訓3 種形式。超凈實驗室培訓門類多達10 種，持續時長約15 天，將實踐培訓與理論培訓相結合，而且實踐培訓所占比重高。而我國大多數實驗室培訓都主要依賴于理論課程及其考核，對實踐培訓的力度不夠，且在實踐環節很難做到一對一的示范指導，導致受訓學生很難將實驗室安全知識應用到實際的工作中。昆士蘭大學給每項培訓均設置有效期，超期需要再次培訓。昆士蘭大學建立有效的實驗安全監督制度，實驗人員獲得準入后如果違反相關安全操作規范的行為，需要再次培訓獲得新的準入權限。

5.3 加強實驗流程管理和安全防護，營造“安全第一”的實驗室文化

昆士蘭大學將實驗安全管理貫穿于整個實驗的全過程，在所有環節都將安全放在第1 位。針對每項常規實驗設置流程文件，實現流程化管理。在每個學生做實驗室以前，首先填寫安全工作流程文件，說明防污染措施，制定應急預案。流程文件經實驗室負責人評估后，方可開展實驗研究，若實驗室一旦有突發情況立刻匯報。始終如一的將安全放在第1 位，才能營造“安全第一”的實驗室文化氛圍。而我國目前對實驗過程中的流程管理控制較少，培訓對象并未將安全意識貫穿于今后的實驗工作中，久而久之便會放松警惕［12，17］。此外，有別于普通實驗室，超凈實驗室對安全防護設施要求較高，也要求每位實驗人員必須按照規定穿戴防護裝備。

5.4 實行門禁權限控制，建立網絡信息化管理平臺

我國實驗室建設過程中對儀器硬件關注較多，而網絡信息化管理相對滯后［18］。應該建立網絡信息化管理平臺，嚴格門禁管理，對于非實驗室固定人員，原則上只允許在工作日工作時間進入實驗室，嚴禁未經培訓人員進入實驗室，嚴格遵守“嚴禁獨自1 人在實驗室內工作”原則，從而降低在實驗過程中發生安全隱患的概率。同時，建立化學試劑、放射性藥品申購系統，實時監測化學試劑、放射性藥品的動態變化，詳細掌握其使用情況。通過信息化建設，進一步提高實驗室安全管理水平和效率，將實驗室安全管理水平推向新的高度。

6 結語

實驗室安全管理是高校實驗室建設的重要內容，在雙一流建設背景下實驗室安全工作面臨了前所未有的挑戰。通過昆士蘭大學化學超凈實驗室安全管理經驗的分享，可以看出化學超凈實驗室安全管理工作的特殊性、復雜性和艱巨性。唯有建立專業化的實驗室管理隊伍，嚴格實行系統化的培訓考核制度，狠抓日常實驗流程管理和安全防護，細水長流地推進安全文化建設，才能將安全工作落到實處。實驗室安全管理是個長期的綜合的系統工程，在汲取國外知名實驗室安全管理的工作經驗同時，不斷進行實踐創新，穩步提升我國高校實驗室安全管理水平。