绿色化实验方法，化学实验室管理

一、有效预防优于严防死守

进行有效预防是实现化学实验室安全的首要原则，但是如何进行有效预防却需要进行深入探讨。虽然当前的化学实验室安全管理制度也以提出预防为主，如进实验室之前进行安全培训；对于具有危险性、易燃易爆的化学试剂及化工原料，要了解其性质及使用注意事项；对于实验仪器设备要熟悉操作规程，实验过程中实验人员不得擅离职守等，但是仅仅做到这些还远远不够。

如果不能减少或者消除危险性化学品的使用，即使知道其性质与注意事项，仍有发生危险的可能；如果实验仪器设备本身的潜在危险不能得到消除，即使熟知操作流程，仍有因发生错误操作导致安全事故的可能，这些安全隐患都已经由频繁发生的实验室安全事故得到证明。值得注意的是关于人员不得擅离职守，在实验过程中要求实验人员全程跟踪，本身就是一件不可能完成的任务，比如在无机材料的高温煅烧过程中，实验人员不可能做到在加热炉旁全程跟踪加热过程；高压微型反应实验过程中，实验人员也不可能在装置旁边全程跟踪反应评价的全过程，因为一次微型反应实验可能就要延续数十甚至数百小时，甚至可能要进行很多次。如果硬性要求实验人员全程跟踪每一项实验操作，那么科研实验将不可能正常进行，研究生也将不可能有足够的时间完成其学位论文。

要想解决以上矛盾，只能通过对化学实验室中的仪器设备进行本质安全设计，才能在一定程度上保证使用技术安全；并且在遵循绿色化学基本原理的基础上进行科学研究和实验操作，设计无害化学反应方法，采用绿色安全的化学试剂和缓和的反应条件，同时采用高科技手段实时监测可能造成安全事故的关键点，才是预防化学实验室安全事故发生的根本途径。

二、通过本质安全设计保障化学实验室安全

安全管理者惯常采用的安全管理措施之一是严格限制化学实验室中具有安全隐患的仪器设备和危险试剂的存放数量，如每个实验室中高压钢瓶数量不能超过几瓶，危险试剂数量不能超过几升，等等。但是这种只有在安全检查时才可能被认真执行的规定对于化学实验室安全没有多大的实际意义，难道不能采取措施消除在实验室中的危险设备和在化学实验中危险试剂的使用吗？当然，这一措施并不是将危险设备和试剂搬到其他实验室，而是要对化学实验室的仪器设备进行本质安全设计，使其做到安全化、绿色化，这才是保障安全、减少甚至杜绝安全事故发生的最根本基础。

（一）减小化学反应装置的规模，开发微型反应器

在保持功能前提下应尽量减小化学反应装置的规模，特别是反应器的体积，因为反应器的体积一般决定了反应装置中装填反应物料的数量，而一旦发生泄漏，反应物料越多，就可能造成更大的安全事故。相反，如果尽量采用体积较小的反应器，因为反应装置中运行的反应物料数量有限，所以即使发生事故也会将危害限制在较小的范围之内。

为了更接近工业装置的实际运行情况，科研人员往往需要进行规模较大的中试实验。然而，中试实验应该尽量在具有相关资质的企业单位进行，如果在高校化学实验室中有必要建立中试装置，则要对这些装置的安装地点及运行情况进行重点监控。比如，装置安装地点应该尽量远离其他实验室，中试反应器的规模也应该尽量减小以保障化工原料的少量用量，进行中试试验时要有导师进行现场指导，不允许学生单独操作。

（二）尽量简化化学反应装置

在保持功能前提下应尽量简化反应装置的结构，减少危险物质容器、管线、连接点的数量，因为装置越复杂，反应器及管线的连接点就越多，机械越容易产生故障且难以有效控制；从而越容易发生泄漏导致安全事故。同样，实验室中安装的危险装置数量不应过多，如果将很多高温、高压反应装置集中在一个实验室，除了容易使实验室变得杂乱无章、增加操作难度之外，还会容易出现安全事故。

在实际条件允许的情况下，实验室中应设法消除或减少危险品容器，如高压气体钢瓶以及有毒有害、易燃易爆等化学品容器的存放。为了保证科研应用和实验室安全，可采用高压钢瓶组对使用高压气体的实验室集中供气，高压钢瓶组可就近存放在单独的实验室并由专人管理。这是因为高压钢瓶组集中供气相比每个实验室中都存放钢瓶更有利于保证安全。此外，危险化学品和化工原料也应该分类在专门药品室存放，相同课题组中要尽量避免研究生重复购置药品并不按要求随意存放药品的情况发生。

（三）采用危害程度低、安全系数高的设备

在条件允许的情况下，应尽量采用安全系数高的仪器设备，可在一定程度下避免安全事故或者即使发生安全事故，也会将事故所造成的影响限制在较低的水平。设计化学反应装置时，应充分考虑所选材料的耐高温、高压能力；针对化学反应原料及产物性质选择反应器材质，避免因材质不当发生腐蚀而导致反应原料及产物泄漏。反应器尽量选择易于实现密封、不易泄漏且反应物容量较小的管式反应器，而釜式反应器尽量采用较小容积且额定使用温度、压力远高于反应条件的反应釜。反应装置上应设置多种功能的监测仪表，具有超温、超压报警，或者断电、断气等保护功能。

三、科研实验遵循绿色化学的基本原则

（一）设计安全的化学反应

进行科学研究或者学生实验时，应尽量选择安全无害、操作简单、易于控制的化学反应类型。例如，采用原子经济性反应，并尽量选择催化反应代替热反应，由于原子经济性反应的副反应少，催化反应可在相对缓和的条件下进行，并可以提高反应产物的选择性，这些都可以减少反应及后处理步骤，从而减少产生危险的可能性。在设计化学反应时应尽量避免采用高温高压反应和强放热反应，对于高温高压反应需要探索适当催化剂降低反应压力，强放热反应需要减少反应原料的加入数量，避免出现反应器飞温等难以控制的现象。

学生实验也要尽量采用教学效果相当的实验项目代替原有的高风险实验，如制氧试验可以选用在常温下即可进行的H2 O2催化分解，代替需要加热的KClO3催化分解法，既实现了原料和反应过程的绿色化，又减少了明火加热操作带来的危险。

（二）选择安全的化学品和试剂(www.xing528.com)

设计化学反应时，反应原料、产品、溶剂和其他试剂均应选用对人和环境危害较小的化学品，尽量限制化学性质活泼但易于带来危险的化学品的使用及用量。虽然化学性质活泼的化学品易于发生化学反应，但也会由于过于活泼而带来某种危险。化学性质活泼的如光气、氯气，它们本身均为剧毒物质，一旦泄漏将带来惨重后果。在化学实验中我们可用无毒无害或毒害较低的物质取代有毒有害的物质，如可用碳酸二甲酯代替光气作为甲基化剂或羰基化剂使用；用甲苯代替强致癌作用的苯作为某些物质的溶剂等。如果实验要求必须使用有害化学试剂，也应该换用毒害较低试剂或在危害较低的条件下使用，比如用次氯酸钠代替氯气用作消毒剂；又如在常压冷藏条件下储存氯气，相比在高压容器中储存更加安全等。

（三）减小化学试剂的用量

在保证实验效果的前提下，应该尽量减少化学试剂的用量，使实验小型化、微型化。当使用有毒有害、易燃易爆的物质时更应该这样，因为小剂量的化学试剂即使发生危险，也会将危害限制在较小的范围之内。

在不能减小化学试剂用量的实验时，如进行化学反应放大试验的一定要慎重，尤其对于采用危险化学品，或者热效应比较大的反应更应该慎之又慎。由于放大试验不可避免要增大各种化学试剂使用量，大剂量的剧烈化学反应很可能失去控制，从而引发严重的安全事故和不可预测后果。因此，放大试验要做到计划详尽周密、循序渐进，不可贸然增大试剂用量。

（四）在缓和的反应条件下进行化学实验

化学实验应尽量避免采用高温、高压、高真空、高腐蚀等极限条件，在保持功能的情况下最好在常温常压下进行实验，这不仅降低能耗，而且是保证实验室安全的重要因素。在反应条件缓和不进行化学实验易于实现控制，不容易出现因电路故障、气体泄漏而着火爆炸，也不容易出现因腐蚀严重而导致反应器出现危险。

（五）妥善处置实验产生的废气、废物

实验中有危害性气体产生时，要加强废气吸收，废液、固体废物应有专人分门别类集中处理。如果不及时处理并将大量废液、废油堆放在实验室中，容易增加着火及人身伤害的发生概率。废物要注意按照其物理化学性质分别处理，不能随意混合，特别是强氧化性和强还原性的物质绝对不能混合，否则极易产生爆炸等安全事故。

四、实时监测

条件允许的情况下，实验室中易于发生危险的关键点应用电子设备进行全天候监控，如可燃性气体钢瓶油气储罐及管线连接点等处设置可燃性气体报警装置，重点仪器设备以及其他容易发生安全事故的设施安装电子监控等。同时还可以将各种电子监控与反应装置上的控制仪表相连，当出现反应器超温时，可实现自动切断电源和原料进料；超压或气体泄漏时，可以实现自动切断气体供应等。

五、加强安全管理者与实验人员的沟通，制定完善的安全管理制度

（一）转变思想观念

目前，安全管理者主要通过制定严格的实验室安全管理制度，对实验室危险化学品数量及摆放标准、消防设施及实验人员的个人防护进行硬性规定，并通过安全培训和定期的安全检查等措施来试图实现化学实验的安全管理，看似合理但百密一疏。

首先，由于不同的课题组和实验室情况有不同，且随时都在变化，因此研究不同的课题时会带来不同的安全问题，即使规定再详细，也总有疏漏之处；其次，安全检查时，实验室人员一般会按照要求进行整改，但是过后依然会保持日常状态，这些实际因素都不是现有安全管理制度所能解决。因此，要想保障实验室安全，需要安全管理者转变观念，从强制管理转变为提供实现安全的引导和帮助。

安全管理者首先应与一线实验人员进行充分沟通与交流后建立安全管理体系；其次，针对不同课题组和不同实验室，找出每个实验室中最有可能产生安全漏洞的地方，引导并适当提供帮助使实验室按照本质安全原则进行整改并重点防范；再次，出现安全事故时，适当的奖励和惩罚措施是有必要的，化学实验过程中发生失误乃至错误操作在所难免，这也是化学工程师培养过程中不可避免会经历的磨炼。只要不是有意为之，或者接连犯错，都应该对实验室人员给予足够的理解与包容，而不只是简单进行严厉的惩罚，这样不利于人才的培养。

（二）加强导师对学生的现场指导与常识教育

采取适当措施督促导师在实验室中对研究生加强现场指导，特别是学生进行未知领域的探索实验时，导师必须在现场指导。据统计，本科生发生安全事故的数量明显低于研究生，这是由于研究生所涉及的实验项目多为探索未知知识且指导老师多数不在场，而本科生实验一般有老师现场指导。

高校学生除了学习必要的专业理论知识之外，也应该加强必要的常识教育。这里所说的“常识”其实应该贯穿在日常学习的知识之中，与实际问题联系比较紧密。由于高校教师注重学生的理论学习，而对理论联系实际重视不够。因此，高校和研究生导师应多注意理论联系实际，多与学生进行实验问题的交流探讨，多到实验室现场指导，而不能只凭自己的经验和想象指导学生实验。