化学实验安全指南

ZhihengOrange

前言

科学探索固然是崇高的事业，但也同样伴随许多未知的风险。对于化学实验尤其如此。在车库里鼓捣电路板或火车模型的Geek们遇到的常见风险无非是元器件被烧坏或被锯台划伤手指，但如果低估了化学实验的风险，则很有可能造成中毒，化学烧伤，爆炸等严重后果，轻则搭上急诊挂号费，重则直接去见门捷列夫。历史上有许多的先驱者都为发现新元素，新反应付出了生命的代价，如舍勒，莫瓦桑，居里夫人。他们为探求真理不畏牺牲的精神在那个时代非常可敬，但是时至今日已经完全不值得效仿。化学学科经过一百多年的发展，已经建立了一套完整系统的风险控制方法。实验者学习并掌握这些方法后，虽不至于全无风险，但至少无性命之忧。因此，我将在本帖中翻译牛津大学和西澳大学的实验室安全手册，并加上一点个人经验供大家学习，也欢迎各位的补充和交流。

在开始正文之前，我有一些个人想法想写在前面。初学者，尤其是不在大学，科研机构的培养体系之内的“家庭实验党”，往往是最容易低估化学物质的风险，也对专业的实验安全规范最不屑的一群人。我自己在初中的时候常年混迹化学吧和能材吧，当时它们还尚未受到大力监管和制裁，因此隔三差五就能看到有人想做铜铝热或合成TATP。当年的我也有点一个铝热大呲花的梦想，因此使用零花钱从阿里巴巴上下单了0.5kg铝粉和氯酸钾，结果还没等呲花做出来就被警察同志找上门，试剂被全数没收。之后我还企图自制蒸馏设备，因为没有电热套，就寻思着可以用蜡烛或酒精灯在阳台上加热蒸发正己烷。所幸因为即将中考，没空付诸实施，否则下辈子的我应该已经快上初中了。

当时我就偏执地认为，那些劝我别做的人都是没有好奇心的无聊的大人，而我就是那个朝闻道夕死可矣的科学天才，不应惧怕任何的牺牲。可是如今回看当时的自己，很容易意识到我想“探索”的东西，都是早就被人发现的反应，而我可能经历的危险，也全都是可以避免的。我所做的一切都不会拓宽人类知识一丝一毫的边界，除了给自己带来一瞬间的视觉冲击，就是给自己和邻居带来无妄之灾，给父母朋友带来无穷的悲伤。今天在贴吧和B站中，也经常会看见某些人在缺乏防护的情况下进行危险的操作，在家里储藏有毒或易燃的化学试剂，但他们自己浑然不知，陷于“科学探索”的自我感动中。我作为一个“过来人”，不希望任何一个有志于从事科学研究的初学者走这样的老路。这也就是我写这个帖子的最大目的。

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1. 个人防护（PPE）

实验中的个人防护非常重要。个人防护主要分三方面，眼，身和手。

眼部防护需要佩戴护目镜，注意必须将眼部及周围完全遮盖才能起到有效防护。如这款3M的防护眼镜。普通的眼镜不能起到防护作用。如需佩戴近视眼镜，可以选购戴在眼镜外的护目镜（over-spectacles）。在操作紫外和激光设备时，必须佩戴特种防护眼镜或者使用遮光罩。在操作液氮等低温液体时，需要佩戴遮住脸部的防护面罩以免溅出导致冻伤。 3M防护眼镜
另外，在实验中不能佩戴隐形眼镜，因为隐形眼镜可能会吸收化学品蒸汽，造成极其严重的眼部伤害。

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身体防护需要穿棉质的长袖长袍式实验服，不要穿化纤材质，因为化纤抵御有机溶剂腐蚀和阻燃能力较弱。长袖需要遮盖住手腕皮肤，不能过短导致皮肤裸露，也不能过松过长，否则可能会垂进试剂或火焰中。另外我在接受培训时Safety Officer说实验服的扣子不能全扣紧，不让衣服敞开即可，否则万一溅上腐蚀性试剂或着火，来不及脱... 下身需穿合身的长裤和遮盖脚部的鞋袜，严禁穿短裤和拖鞋，否则万一你在用移液器转移硫酸的时候手一滑，就要和某根幸运脚趾说再见了。

手部防护方面，需要佩戴手套。材质一般是丁腈橡胶，它可以在一定时间内抵御常见酸碱的腐蚀。但是如果不慎沾上腐蚀性试剂，也必须立刻脱下并换新。另外，很多有机溶剂，例如二氯甲烷都可以穿透丁腈手套。 @ChevalRita 在《有机合成实验技术手册》中总结了各类有机溶剂的穿透性。因此在使用此类溶剂时应格外小心，如不慎沾上，需要立刻脱下手套，用大量清水冲洗双手并换上新的手套。在脱下手套时，第一只手套由戴着手套的另一只手脱，需捏住手套外侧脱下。脱第二只手套时另一只手已不佩戴手套，需从开口处伸进去并捏住手套内侧，这样可最大限度避免接触污染区域。在佩戴手套时，不要接触任何生活和办公区域，尤其不要玩手机。如需使用手机，可以提前将手机封进塑料密封袋中，可尽量避免交叉污染。

最后，很多人可能会在实验中戴口罩。但事实上并不推荐这么做。普通口罩对有机蒸气毫无阻隔效果，还会使人的嗅觉变得不够灵敏，让你更难注意到实验中出现的异味等突发情况。有通风橱时请在里面操作任何挥发性试剂，如果条件不允许，可以在通风良好的区域使用3M等专业品牌的防毒面罩。需要注意的是面罩上的过滤罐分为不同型号，对应不同的化学物质，请根据自己的实验环境选择合适型号并注意使用寿命。

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2. 工作环境

维护整洁的实验环境同样也是至关重要的。在实验期间应该注意以下几点：

注意紧急出口。你需要预留一个能让你迅速撤离实验区域的通道，保证通道和门周围没有杂物。
实验区域的地板应始终保持干净，无积水和杂物，在实验室中摔倒可能会造成打翻有害试剂等严重后果。
应在开始实验前准备灭火器，急救用品，洗眼杯等应急设备。灭火器的选择上干粉灭火器适用范围最广应为首选。如有条件，可以额外准备Chemical spill kits（一种专为吸附化学物质设计的海绵状布）和灭火沙以处理试剂泄露和小型失火。
如果需使用气瓶，必须置于特定的气瓶容器中，并定期检查压力处于安全范围。严禁将气瓶直接立在地上，靠墙或倒伏摆放。（如果在自己家，我的建议是就别用了，这东西没人维护的话太危险了）
不要让他人暴露在有害环境中。在实验室中，需要注意的是实验结束后台面，通风橱内必须清扫干净，所有的样品应封好并标记，确保在其他人使用时没有化学物质暴露在外。在维护人员，清扫工人进入实验室时需避免其工作区域内出现有害化学物质，并充分告知其风险。
如果在家中，那上一条所考虑的对象应该是其他家人。建议不要使用任何挥发性的有毒化学品，固体和液体样品应该封存并充分告知他人。同时确保实验和生活区域分开。在自己的床底存试剂，用厨房抽油烟机当通风橱等行为是万万不可的。

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灭火器的选择

补一张Spill kits的图

3. 化学物质管理，用电与防火

所有的化学试剂和产物（如果是已知的），需要先查阅相关的Safety Data Sheets（SDS）。同时需要做好清晰的标记，这点非常重要。标记不清的化学物质会让自己或他人无法意识到其风险。装有化学物质的容器必须标有以下信息：名称（包括试剂和溶剂），质量或浓度，所有者名字，危险性，开封/制备日期。
如果你遇到了标记不清的试剂，则永远假设其有害并采取通风，防护手套等安全措施。
合理分开存放试剂，如酸碱分开，金属与氧化剂分开，储存注意事项也会出现在SDS中，会在后面章节详细说明。
遵守“最少必要化学物质”的原则，在实验中使用能达到实验目的的最小试剂用量。
不含重金属离子的水溶液，如稀酸，稀碱，缓冲液，钠钾盐溶液等，可以用水稀释后倒入下水道。严禁将有机溶剂，重金属和任何标有毒性或生态危害的试剂倒入下水道。（在学校会有专门的Waste Policy，但对于自己做实验的情况，我并不清楚有什么比较好的处理方法，或许可以请朋友们补充）

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在许多机构的安全规定中，有些化学物质是不可以独自操作的，因为万一发生事故一个人很难处理（或者出了事没人来救你出去）。在西澳大学的规定中有如下物质（或操作），各位如果自己安排实验可以自行定夺，并务必在实验前选择一个紧急联系人。

氢氟酸
任何爆炸性物质
操作明火
有害化学品的丢弃
进入低温设备（如冷冻房）
操作大功率和快速移动的机械设备
高空或密闭作业
大量熔融金属

为防止失火，合理地使用电器也是至关重要的。在实验室内使用电器时，需遵守如下一般原则：

禁止在实验室中使用带裸露电热丝的设备，如开放式电热取暖器，取暖风扇（就那种一打开会亮红光的东西）。
禁止将任何挥发性和可燃化学物质存在家用冰箱中。因为家用冰箱不带有防电火花设备，极容易引发失火或爆炸。请使用抗电火花的实验室用冰箱。
电器不用时，要及时关闭。如果需要长时间保持开启，应该在电器上或旁边放置标签，注明操作者和预计运行时间。（我在牛津的实验室的时候曾经有人忘记贴标，他自己也忘了去关导致超声机响了一整天还干掉了...）
注意插座安全。一定不要插线板上再插插线板！每个插头都有功率限制，一般是2-2.5 kw，要注意是否超限。使用插座时需要注意购买带过载保护的插座，并且每个插头都需要有独立的开关方便断电。

还有一些其他措施可避免失火：

不要抽烟！包括传统派和电子烟。王源和丁真都不要模仿。
尽量避免使用明火，如需要做Flame dry等操作，火焰周围1m内不要有可燃试剂，同时准备好灭火沙。使用明火时操控火焰的手不要戴手套，以免误触火焰或失火时手套熔化造成严重伤害。

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4. 紧急情况

进行实验的所有人都应牢记紧急用品位置和用法，其中包括：

灭火器/灭火毯/灭火沙的位置
逃生路线
急救箱位置
洗眼器/喷淋装置位置
气阀，水阀和电闸位置
处理泄露的器具（Spill kits）
紧急个人防护设备（如防护眼镜，防毒面具）
特殊物质的解毒剂（如氢氟酸）
急救电话

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5. 其他注意事项，案例分析

搬东西是一个经常被忽略的事情。在学校中每年都有因为不当搬运化学物质而导致受伤的案例。人在搬运超过16kg的物体时，腰部受伤的几率就会增加。如果在搬运化学品时受伤或摔倒，就会尤其危险。在进行此类活动前，以下风险因素应该被考虑到：

物体的重量和形状大小，它用什么方式搬运更省力？
搬运路线上是否有阻挡或杂物？
搬运时有没有不舒服的动作？
个人情况，比如自己是每天都躺着还是经常撸铁。

在本节末尾，加入了多个真实案例。这些案例都是因为操作不当，缺乏正确防护措施所致。而其中的严重后果，也是完全可以被避免的。因此每一个实验人员都必须做到的是，不要重演血的教训，不要犯两次相同的错误。

案例1

一名清洁工使用含有 10%氢氧化钾和 3%次氯酸钠的发泡清洁剂清洁淋浴间时发生事故。由于没有戴防护手套，当产品开始起泡时，该清洁工立即感到手部有灼烧感。她洗净双手，涂上羊毛脂乳膏。不到一个小时，她的右手就出现了黑点和水泡。尽管她接受了专业治疗，但疼痛和水泡仍持续了六个星期。在随后的一年里，她被切除了严重受损的皮肤，并接受了植皮手术。18 个月后，由于坏死不断扩散，这名妇女的右手被截肢。

案例2

一名实验室工作人员的三根手指在氢氟酸蒸汽中暴露了两分钟。不正确的治疗导致 24 小时内几乎无法忍受的疼痛，大剂量吗啡也无法缓解。伤口的面积和深度在五天内不断增加，在五个星期后才停止。他的两个手指尖消失了。

案例3

一位经验丰富的研究人员独自在家中的实验室（home-based laboratory）工作。他正在通风橱内将 70% 的氢氟酸溶液从一个塑料容器转移到另一个塑料容器。他戴着厨房手套、乳胶手套和破损的护袖。虽然有防护围裙，但他当时没有穿。一些酸液溅到了他的腿上。他试图用实验室的小水管冲洗干净，然后跳进游泳池。游泳池中含有 280 ppm 的钙，起到了冲洗和稀释酸液的作用。然而，该男子在半小时内昏迷不醒，两周后死于医院。

案例4

一名学生在进行酸解时，液体溅到了她的眼睛里。当时并没有戴护目镜的正式要求，主管也从未讨论过此事。尽管迅速的医疗干预将伤害降到了最低，但她现在留下了永久性的疤痕，视力也有所下降。

以上案例全部都是由未正确佩戴护目镜，手套以及未穿防护衣造成的悲剧。希望大家铭记在心，警钟长鸣，不要在什么研究成果都没做出来的时候，就赶着去见门捷列夫，他不想见你。

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风险评估

前面讲完了化学实验室中的一般安全事项，接下来要讨论的内容是风险评估（Risk assessment）。这是一套流程化的系统方法，可以帮助你推测和整理实验过程中各种可能的风险及防护措施。风险评估的思路在所有实验中都极其重要，但可惜的是在国内的初高中实验课的教学中极其缺乏，甚至在本科阶段也只是一带而过。掌握此方法可以让你的实验风险最小化。

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1. 如何查阅化学物质的风险

风险评估的第一步是辨识可能的风险，永远不要在对你的实验对象一无所知的情况下做实验。在英国，化学品遵循统一的COSHH规范（The Control of Substances Hazardous to Health Regulations），其中将化学品的危害分为九类：严重急性毒性，有害物（危害稍小的），严重慢性毒性，氧化剂，可燃物，爆炸物（正如上一章提到的，氧化剂要和后两者分开），腐蚀性，高压气体，生态危害。这些危害标签会写在化学试剂的瓶子上，应该在实验前格外留意。

要想安全实验，只有这九个粗略的标签还不够。在进行实验前我们需要查阅所有化学物质的SDS。接下来以DMF为例讲解如何查阅。Merck官网提供了化学品检索功能，首先登入https://www.sigmaaldrich.com/GB/en，在搜索框中输入DMF，并点击SDS上的下载按钮。另一个更快捷的办法是在Google上直接搜索SDS+物质名，但是在Merck网站上获得的比较全面也更新。
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下载到的SDS如下。最上面就是熟悉的危害性标志，其中包括可燃，严重慢性毒性和有害。然后列出了详细的H开头的风险代码。例如H226液体与蒸汽可燃，H312+H332接触和吸入均有毒，H319严重眼部刺激，H360D对胚胎有害等。接下来P开头的是风险预防措施。例如P210远离热源和明火，P280穿戴防护设备，以及意外暴露后的处置方式。这些必须仔细阅读，不可轻视。

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以上基本上是SDS最为核心的内容，但后面的许多内容也很值得一读。比如SECTION 9: Physical and chemical properties。其中提供了非常详尽的理化数据，如熔沸点，蒸气压，闪点，爆炸极限等。SECTION 10: Stability and reactivity提供了稳定性资料，例如是否对水敏感，是否对氧气敏感等。SECTION 11: Toxicological information提供了大量毒理学数据，比如LD50，暴露后症状等。

再以另一个常见的脱氢试剂DDQ为例，其SDS中明确提及了严重急性毒性，且遇水会释放有毒气体。在Section 10中更详细地提到该物质遇水会释放氰化氢气体，因此反应必须在无水条件下进行，这是尤其需要注意的高危情形。
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在进行你自己的实验前，也要仿照上面的步骤充分了解所有涉及化学物质的SDS，就可以最大限度避免危险情况。