化学工程与工艺专业综合实验
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第三节 实验室安全措施

一、实验室水电安全

我国是一个资源和能源短缺日益严重的国家,因此广泛地宣传节能降耗具有非常重要的意义。保证实验室的用水用电安全关乎每一个人的根本利益。这需要大家自觉养成良好的用水用电习惯。例如,白天工作、学习期间,尽量使用自然光源;光线不足时,则应根据需要开启电灯;保证人走灯灭,人走水关,坚决杜绝不关灯、不关水、不关空调的现象。在实验室中,严禁私拉乱接电源,严禁私自安装各类电器,保证合规的水电设施安全运行,如有故障或损坏,应及时联系有关部门维修。

(一)实验室安全用电

(1)用电设备在运行过程中,因受外界的影响如冲击压力、潮湿、异物侵入或因内部材料的缺陷、老化、磨损、受热、绝缘损坏以及因运行过程中的误操作等原因,有可能发生各种故障和不正常的运行情况,因此有必要对用电设备进行保护。

(2)对电气设备的保护一般有过负荷保护、短路保护、欠压和失压保护、断相保护及防误操作保护等。

(3)实验室电路容量、插座等应满足仪器设备的功率要求;大功率的用电设备需单独拉线。

(4)使用电力时,应先检查电源开关、电机和设备各部分是否完好。如有故障,应先排除,才可接通电源。

(5)使用电器设备时,切不可用湿润的手去开启电闸和电器开关。凡是漏电的仪器不要使用,以免触电。

(6)启动或关闭电器设备时,必须将开关扣严或拉妥,防止似接非接状况。使用电子仪器设备时,应先了解其性能,按操作规程操作,用后应切断电源,并将仪器各部分旋钮恢复到原来位置。若电器设备发生过热现象或有糊焦味时,应立即切断电源。

(7)人员较长时间离开房间或电源中断时,要切断电源,尤其是要注意切断加热电器设备的电源。

(8)对于长时间不间断使用的电器设施,需采取必要的预防措施。

(9)注意保持电线和电器设备的干燥,防止线路和设备受潮漏电;电器设备应远离热源和可燃物品,确保接地、接零良好。

(10)实验室内不应有裸露的电线头;电源开关箱内,不准堆放物品,以免触电或燃烧。

(11)要警惕实验室内发生电火花或静电,尤其在使用可能构成爆炸混合物的可燃性气体时,更需注意。如遇电线着火,首先应切断电源,用沙或二氧化碳灭火器灭火,无法切断电源时,切勿用水或导电的酸碱泡沫灭火器灭火。

(12)没有掌握电器安全操作的人员不得擅自变动电器设施,随意拆修电器设备;不准使用闸刀开关,木质配电板和花线等。

(13)使用高压电力和大电流装置时,应设置警示标识,遵守安全规定,穿戴好绝缘胶鞋、手套,或用安全杆操作。

(14)做实验时先接好线路,再插上电源,实验结束时必须先切断电源,再拆线路。

(15)有人触电时,应立即切断电源或用绝缘物体将电线与人体分离后,再实施抢救。

(二)实验室安全用水

(1)了解实验楼自来水各级阀门的位置。

(2)水龙头或水管漏水、下水道堵塞时,应及时联系修理、疏通。

(3)水槽和排水渠下水必须保持通畅。

(4)杜绝自来水龙头打开而无人监管的现象。

(5)定期检查冷却水装置的连接胶管接口和老化情况,及时更换。

(6)需在无人状态下用水时,要做好预防措施及停水、漏水的应急准备。

二、实验室消防安全

发生化学品火灾时,灭火人员不应单独灭火,人员出口应始终保持清洁和畅通,要选择正确的灭火剂,灭火时还应考虑人员的安全。

(一)实验室常见火灾原因

(1)易燃、易爆化学品存放、保管或使用不当。

(2)明火使用不当,如不按要求使用酒精灯等。

(3)电气设备过载,线路老化、短路等。

(4)高温仪器设备或静电防护不当引燃易燃物品。

(5)实验操作不当引燃化学反应生成的易燃物质。

(二)常见的灭火方式

实验室常见灭火器主要有干粉灭火器、二氧化碳灭火器和泡沫灭火器。此外也用水、沙土、灭火毯等灭火。常见灭火器的式样、构造及使用方法如图1所示,消防栓如图2所示。实验室常见灭火方式的类型及使用参见表1。

图1 常见灭火器的式样、构造及使用方法

图2 消防栓的使用方法

表1 常见灭火方式及灭火器的使用

(三)实验室防火安全须知

(1)实验室内必须存放一定数量的消防器材,置于便于取用的明显位置,指定专人管理。全体人员要爱护消防器材,并且按要求定期检查更换。

(2)实验室内存放的一切易燃、易爆物品必须与火源、电源保持一定距离,不得随意堆放、使用和存储。存放有易燃、易爆物品的实验室,严禁烟火。

(3)操作、倾倒易燃液体时,必须远离火源。加热易燃液体必须在水浴上或密封电热板上进行,严禁用火焰或火炉直接加热。

(4)使用酒精灯时,酒精切勿装满,应不超过其容量的三分之二,灯内酒精不足四分之一时,应灭火后添加酒精。燃着的酒精灯应用灯盖熄灭,不可用嘴吹熄灭,以防引起灯内酒精燃起。

(5)对易燃液体的废液,应设置专门废液容器收集,不得倒入下水道,以免引起爆炸或火灾事故。

(6)可燃性气体钢瓶与助燃气体钢瓶不得混放,各种钢瓶不得靠近热源、明火,禁止碰撞与敲击。

(7)实验室内未经批准、备案,不得使用大功率用电设备,以免超出用电负荷。

(8)禁止在楼内走廊上堆放物品,保证消防通道畅通。

(四)实验室火灾/爆炸预防

(1)严禁在开口容器或密闭体系中用明火加热有机溶剂(若需加热,必须有蒸汽冷凝装置或合适的尾气排放吸收装置)。

(2)废溶剂应设置专门废液收集容器,集中处理,不得倒入下水道,以免引起爆炸或火灾事故。

(3)金属钠严禁与水接触,废金属钠通常用乙醇进行销毁。

(4)不得在烘箱内存放、干燥、烘焙有机物。

(5)使用氧气钢瓶时,不得让氧气大量溢入室内。

(6)经常检查气路管道、阀门,并保持完好。

(7)开启易挥发液体的瓶盖时,须充分冷却后才能开启,开启时瓶口应指向无人处。

(8)操作大量可燃性气体时,应防止气体逸出,保持室内通风良好,严禁使用明火。

(9)特别注意某些有机物遇氧化剂会剧烈燃烧或爆炸。存放药品,应将有机药品和强氧化剂分开存放。

(五)实验室火灾处置

在失火初期尚未扩大到不可控制之状态前,应使用适当的移动式灭火器(例如灭火器、灭火毯、沙箱)来扑灭或控制火情,并迅速切断进入事故地点的一切可燃物料,然后立即启用现有各种消防设备、器材扑灭初期火灾和控制火源。

若发生大面积火灾,实验人员已无法控制,应立即报警(119),通知所有人员沿消防通道紧急疏散;按照“先人员、后物资,先重点、后一般”的原则抢救被困人员及贵重物资;有人员受伤时,立即拨打120急救电话,并向上级有关部门报告现场情况请求支援。

人员撤离到预定地点后,应立即组织清点人数,对未到人员尽快确认所在的位置。

三、实验室化学品安全

(一)危险化学品目录及分类

关于危险化学品的管理,我国目前已公布的标准有新版的《化学品分类和标签规范》系列国家标准(GB 30000.2~30000.29—2103)、《危险货物分类和品名编号》(GB 6944—2012)、《危险货物品名表》(GB 12268—2012)、《化学品安全标签编写规定》(GB 15258—2009)等。

危险化学品目录(2015版)中关于危险化学品的分类采纳了我国2013年发布的《化学品分类和标签规范》(GB 30000.X系列国家标准)。该系列标准是我国执行联合国GHS法规的具体措施之一,其中关于化学品危害的分类标准与联合国GHS第4修订版完全一致,将化学品的危害分为物理危害、健康危害和环境危害三大类,28个大项和81个小项,其中1~16为物理危害,17~26为健康危害,27和28为环境危害。具体如表2所示。

表2 新版危险化学品目录

(二)实验室常见化学品

1.有机溶剂类

许多有机溶剂如果处理不当会引起火灾、爆炸、中毒事故。表3列出了几种常用有机溶剂的闪点、自燃温度、燃烧范围(在空气中的比例)。

表3 常用有机溶剂的闪点、自燃温度和燃烧范围

有机溶剂和空气的混合物一旦燃烧,便迅速蔓延,火力之大可以在瞬间点燃易燃物体,在氧气充足的地方着火,火力更加凶猛,可使一些不易燃烧物质燃烧。化学气体和空气的混合物燃烧会引起爆炸(如3.25g丙酮气体燃烧释放的能量相当于10g炸药)。

有些溶剂有较高的生物毒性(如苯、氯仿、二硫化碳),有些溶剂具有很强的皮肤渗透性,会将溶质从皮肤传到血液。在使用溶剂时,应在通风良好的环境中操作,需要特别注意溶剂的化学性质、闪点、自燃温度、燃烧范围以及生物毒性等。有条件的情况下,应在通风橱中操作。

2.酸碱化学品

人体接触到任何酸性或者碱性化学品(包括沾染、误吸、误服)都具有潜在的危险性,特别是接触到高浓度的强酸性或者强碱性化学品更具有危险性。一旦吸入、食入、沾染皮肤就会腐蚀人体组织器官,造成永久性的伤害。如果救治不及时,这种伤害甚至是致命的。常见的酸性化学品有:硫酸、发烟硫酸、盐酸、硝酸、五氯化硫、磷酸、甲酸、氯乙酰氯、冰醋酸、氯磺酸等。碱性化学品有:氢氧化钠、氢氧化钾、硫化钠、乙醇钠、二乙醇胺、水合肼等。

3.有毒有害化学品

(1)剧毒类化学品:无机剧毒类,如氰化物、砷化物、硒化物;汞、铊等重金属的化合物等;有机剧毒类,如硫酸二甲酯、四乙基铅、醋酸苯等。

(2)毒害化学品:无机毒害类,如汞、铅、钡、氟的化合物等;有机毒害类,如甲苯二异氰酸酯、苯胺等。表4给出了有毒有害化学品的分类。

表4 有毒有害化学品分类

4.易制毒化学品

(1)易制毒化学品由于可以用于毒品制造,因此受到国家的严格控制。对此类化学品的采购、运输、使用、贮存等具有特别的管理办法,执行参照剧毒品的“双人收发、双人记账、双人双锁、双人运输、双人使用”的五双管理办法。

(2)我国列管了三类共28个品种的易制毒化学品,第一类主要是用于制造毒品的原料,第二类、第三类主要是用于制造毒品的配剂。具体种类见表5。

表5 易制毒化学品

说明:1.第一类、第二类所列物质可能存在的盐类,也纳入管制;

2.带有*标记的品种为第一类中的药品类易制毒化学品,第一类中的药品类易制毒化学品包括原料药及其单方制剂。

(三)实验室化学品贮存

1.一般原则

(1)根据危险品条例,大量的危险品应贮存在危险品仓库内。只有少量实验用的化学品可以存放在实验室内。

(2)存放化学品的场所必须整洁、通风、隔热、安全、远离热源和水源。

(3)贮存容器必须清楚标明化学品的名称、危险类别、特别预防措施及紧急应变资料。

(4)应定期检查所存储的化学品,发现化学品标签模糊不清或脱落,应立即更换。发现试剂变质、泄漏等迹象,要及时处理。

(5)用电冰箱贮存的液体样本必须密封保存,再置于防漏托盘上。

(6)化学品应分类存放,不相容的化学品切勿存放在一起,应物理隔离存放。

2.危险品分类存放要求

(1)易燃溶剂 应存放在化学品存储柜或通风位置,远离热源、电源。切勿将易燃物质贮存在普通电冰箱中,应将其置于标明可储存易燃物品的防爆电冰箱或防爆冷藏柜。

(2)腐蚀品 应放在防腐蚀试剂柜的下层;也可下垫防腐蚀托盘,置于普通药品柜的下层。

(3)易产生有毒化学烟气的化学品 单独存放于带有通风装置的药品柜中。

(4)剧毒化学品 实验室不得存储剧毒品,没有用完的剧毒品应于当天送还至实验物资仓库。实行“双人收发、双人记账、双人双锁、双人运输、双人使用”的五双制度。

(5)燃爆类固体 与易燃物、氧化剂隔离,宜存于20℃以下环境。

(6)致癌物 须存放于装有双重防漏装置的容器内。

(7)相互作用化学品 隔离存放。

(8)特别保存物品 金属钠、钾等碱金属保存在煤油中,黄磷保存在水中;此两种药品容易混淆,需要特别隔离存放。

(四)化学品的安全操作

1.防止中毒

(1)一切药品瓶上必须有标签;对于剧毒药品,必须有专门的使用、保管制度。在使用过程中如有毒药品撒落,应马上收起并洗净落过毒物的桌面和地面。

(2)使用有毒物质时,要准备好或戴好防毒面具、橡皮手套,有时要穿防毒衣装。

(3)严禁试剂入口,严禁以鼻子接近瓶口鉴别试剂。

(4)严禁食具和仪器互相代用,离开实验室、饮食前一定要洗净双手。

(5)使用或处理有毒物品时应在通风橱内进行,且头部不能进入通风橱内。

2.防止燃烧和爆炸

(1)挥发性药品应放在通风良好的地方,存放易燃药品处应远离热源。

(2)室温过高时使用挥发性药品应设法先进行冷却,再开启,且不能使瓶口对着自己或他人的脸部。

(3)在实验中要除去易燃、易挥发的有机溶剂时,应用水浴或封闭加热系统进行,严禁用明火直接加热。

(4)身上或手上沾有易燃物时,不能靠近灯火,应立即洗净。

(5)严禁将氧化剂与可燃物一起研磨。

(6)易燃易爆类药品及高压气瓶等,应放在低温处保管,移动或启用时不得剧烈晃动,高压气体的出口不得对着人。

(7)易发生爆炸的操作不得对着人进行。

(8)装有挥发性药品或受热分解放出气体的药品瓶,最好不用石蜡封瓶塞。

3.防止腐蚀、化学灼伤、烫伤

(1)取用腐蚀性、刺激性药品时应戴上橡皮手套;用移液管吸取有腐蚀性和刺激的液体时,必须用洗耳球操作。

(2)开启大瓶液体药品时,须用锯子将石膏锯开,严禁用其它物体敲打。

(3)在压碎或研磨苛性碱和其它危险固体物质时,要注意防范小碎块溅散,以免伤眼睛、脸部等。

(4)稀释浓硫酸等强酸时须在烧杯等耐热容器内进行,且必须在搅拌下将强酸缓慢地加入水中;溶解氢氧化钠、氢氧化钾等固体药品时会发热,也要在烧杯等耐热容器内进行。如需将浓酸或浓碱中和,则必须先进行稀释。

(5)从烘箱、马弗炉内等仪器中拿出高温烘干的仪器或药品时应使用坩埚钳或戴上手套,以免烫伤。

四、实验室常见仪器设备的安全使用

(一)通风柜的安全使用

(1)通风柜内及其下方的柜子中,原则上不可以存放化学品。

(2)使用前,检查通风柜内的抽风系统和其它功能是否运作正常。

(3)应在距离通风柜至少15cm的地方进行操作;操作时应尽量减少在通风柜内以及调节门前进行大幅度动作,减少实验室内人员移动。

(4)切勿贮存会伸出柜外妨碍玻璃视窗开合或会阻挡导流板下方开口处的物品和设备。

(5)切勿用物件阻挡通风柜口和柜内后方的排气槽。确需在柜内储放必要物品时,应将其垫高,置于左右侧边上,同通风柜的台面隔空,以使气流能从其下方通过,且远离污染产生源。通风柜的通风原理如图3所示。

图3 通风柜通风原理

(6)切勿把纸张、一次性手套、保鲜膜等较轻的物件堵塞于排气出口处。

(7)进行实验时,人员头部以及上半身绝不可伸进通风柜内;操作人员应将玻璃视窗调节至手肘处,使胸部以上受玻璃视窗所屏护。

(8)通风柜内禁止存放与实验无关的物品,尤其不得存放一次性手套、纸张等轻质物品,以免被吸入通风管道,导致风机阻力突然变大而电流升高烧坏电机。

(9)人员不操作时,应确保玻璃视窗处于关闭状态。

(10)若发现故障,切勿进行实验,应立即关闭柜门并联系维修人员检修。定期检测通风柜的抽风能力,保持其通风效果。

(11)通风柜上应有明显的警示牌,警示告知其他人员,以免造成一些不必要的伤害。

(二)制冷设备的安全使用

1.冰箱、冰柜、冷冻干燥机的安全使用

(1)冰箱应放置在通风良好处,周围不得有热源、易燃易爆品、气瓶等,且保证一定散热空间。

(2)严禁在冰箱和冰柜内混放食品、化学品、生物制剂。

(3)放于冰箱和冰柜内的所有物品均需密闭包装,须粘贴标签,并定期清理冰箱。

(4)危险化学品须贮存于防爆冰箱或经过防爆改造的冰箱内,冰箱外应贴有警示标识。

(5)存放强酸强碱及腐蚀性的物品必须选择耐腐蚀的容器,并且存放于防腐蚀托盘内。

(6)存放在冰箱内的试剂瓶烧瓶等重心较高的容器应加以固定,防止因开关冰箱门时造成倒伏或破裂。

(7)需要冷冻干燥的溶液必须在干冰中预冷至结冰后,再放入冷冻干燥机。冷冻干燥机在使用后必须除霜。

(8)若冰箱停止工作,必须及时转移化学药品并妥善存放。

2.冷阱的安全使用

(1)冷阱主要用来保护油泵免受挥发性、腐蚀性气体的损坏。液氮和干冰是最常用的冷却剂。制冷剂一般会产生下列危险:因低温引起皮肤冻伤;中毒(如溶剂、二氧化碳引起);燃烧(氧气、溶剂引起);窒息(大量氮气泄漏);容器因脆化或加压而损坏等。

(2)由于干冰的温度很低,容易冻伤皮肤,因此必须戴上手套或用钳子、铲子等工具进行操作。

(3)在减压蒸馏,真空升华时,应用两个冷阱保护油泵。

(4)在完成实验后,冷阱应放置在通风橱内,让其缓慢升温挥发后作为化学废物处理。

3.液氮的安全使用

(1)少量的液氮可以产生很多气体,在密闭的较小房间内液氮的快速蒸发可能会造成现场空气缺氧,使人窒息。

(2)处理接触液氮的任何事情都要戴上防护手套。

(3)穿着长度过膝的长袖实验服。

(4)穿着封闭式的鞋,戴好防护眼镜,必要时戴上防护面罩。

(5)保持环境空气流通。

(三)气体钢瓶安全使用

气体钢瓶是储存压缩气体的特制的耐压钢瓶。气瓶的安全存放和使用(图4)在实验室中具有相当重要的地位。

图4 气体钢瓶安全存放示意图

(1)使用单位要确保采购的气体钢瓶质量可靠,标识准确、完好,不得擅自更改气体钢瓶的钢印和颜色标识。常用气体钢瓶颜色标志见表6。

表6 常用气体钢瓶的颜色

(2)压缩气体钢瓶应远离热源、火种,置通风阴凉处,防止日光曝晒,严禁受热,配备应急救援设施、气体检测和报警装置。

(3)可燃性气体钢瓶必须与氧气钢瓶分开存放,周围不得堆放任何易燃物品,易燃气体,严禁接触火种。

(4)压缩气体钢瓶应直立使用,务必放置于钢瓶柜内或用框架或栅栏围护固定于墙上,以防止倾倒。做好气体钢瓶和气体管理标识,有多种气体或多条管路时需制定详细的供气管路图。气体钢瓶的固定如图5所示。

图5 气体钢瓶固定示意图

(5)禁止随意搬动敲打钢瓶,经允许搬动时应使用钢瓶推车,做到轻搬轻放。

(6)使用时要注意检查钢瓶及连接气路的气密性,确保气体不泄漏。使用钢瓶中的气体时,要用减压阀(气压表)。各种气体的气压表不得混用,以防爆炸。涉及有毒气体时应增加局部通风。

(7)使用完毕按规定关闭阀门,主阀应拧紧不得泄露。养成离开实验室时检查气瓶的习惯。

(8)不可将钢瓶内的气体全部用完,一定要保留0.05MPa以上的残留压力(减压阀表压)。并与装有气体的钢瓶(实瓶)分开存放,钢瓶上附明显标志。

(9)为了避免各种气体混淆而用错气体,通常在气瓶外面涂以特定的颜色以便区别,并在瓶上写明瓶内气体的名称。

(10)绝不可将油或其它易燃性有机物沾在气瓶上(特别是气门嘴和减压阀)。也不得用棉、麻等物堵住,以防燃烧引起事故。

(11)供气管路需选用合适的管材。易燃、易爆、有毒的危险气体(乙炔除外)连接管路必须使用金属管;乙炔的连接管路不得使用铜管。

(12)使用后,必须关闭气体钢瓶上的主气阀,然后释放调节阀内的多余气压。

(13)各种气瓶必须按国家规定进行定期检验,使用过程中必须要注意观察钢瓶的状态,如发现有严重腐蚀或其它严重损伤,应停止使用并提前报检。

(14)对于气体钢瓶有缺陷、安全附件不全或已损坏、不能保证安全使用时,需退回供气商或请有资质的单位进行及时处置。

(四)温度计的安全使用

实验室常用温度计一般有酒精温度计、水银温度计、石英温度计及热电偶等。低温酒精温度计测量范围−80~+50℃,酒精温度计常用测量范围0~80℃,水银温度计常用测量范围0~360℃;高温石英温度计测量范围0~500℃;热电偶温度计一般为仪器自带,实验中一般不直接接触物料。实验人员应选用合适的温度计。特别注意温度计不能当作玻璃搅拌棒使用,以免折断。水银温度计破碎后散落的水银应尽量拾起来(注意做好防护措施),颗粒直径大的汞可以用洗耳球吸收,然后用硫黄覆盖,开窗通风。数日后再进行清理。

(五)注射器的安全使用

使用注射器时要防止针头刺伤及针筒破碎伤害手部,针头和针筒要旋紧防止渗漏。用过的注射器一定要及时清洗,无用的针筒应该先毁坏再处理,以防别人误用。

(六)玻璃仪器的安全使用

正确使用各种玻璃仪器对于减少人员伤害事故及保证实验室的安全非常重要。实验室中不允许使用破损的玻璃仪器。对于不能修复的玻璃仪器,应当按照固体废物处理。在修复玻璃仪器前应清除其中所残留的化学品。

在橡皮塞或橡皮管上安装玻璃管时,应戴防护手套。先将玻璃管的两端用火烧光滑,并用润滑剂(常用水或凡士林)使接口处润滑。对黏结在一起的玻璃仪器,不要试图用力拉开,以免伤手。

杜瓦瓶外面应该包上一层胶带或其它保护层,以防止破碎时玻璃屑飞溅。玻璃蒸馏柱也应有类似的保护层。使用玻璃仪器进行非常压操作时,应当在保护挡板后进行。

破碎的玻璃应放入专门的垃圾桶。放入之前,应用水冲洗干净。

不要将加热的器皿放在过冷的台面上,以防止温度急剧变化而引起玻璃仪器破碎。