高校实验室危化试剂管理柜的研究设计与实现

刘 洋，万国良

（北京林业大学 实验室管理处，北京 100083）

近些年高校的教学条件、科研水平不断提升，各高校在化学试剂使用的类型及数量上也呈上升趋势[1]，实验室内化学试剂种类繁多、危险性大，某些化学活性比较强的化学试剂，在储存和使用中可能发生极大的危险。随着国家对实验室安全越来越重视，教育部从2015年开始连续3年对高校科研实验室进行安全检查，市教委、公安局、环保局等部门每年都发布关于学校危险化学品安全检查的通知，化学试剂的管理也越来越严，管理水平也有显著提高。但是目前依然存在着化学试剂使用过程中登记不规范、记录不完整的情况，很多实验室对存储的危险化学试剂（以下简称“危化试剂”）的种类、数量无法做到时时监管，完全依靠使用者的自觉性去进行登记记录，存在危化试剂流向不明的隐患，例如2013年发生的轰动全国的上海某大学投毒案，就是因为危化试剂监管不到位造成的[2]。因此，从源头上强化危化试剂的溯源及过程管理，势在必行[3]。

1 现状

目前，针对危化试剂的使用管理，大致有2种模式[4]，一种是传统手工记账的管理模式，由使用者在登记本上进行记录；第二种是由使用者在化学试剂管理平台上进行登记。这2种方法都是要依靠使用者的自觉性去进行登记，实时性、准确性都难以得到保障，且效率低下、易出错[5]。当前主流的药品柜，不能判定使用者的身份、无法对柜内的化学试剂在数量和种类上自动统计，现有药品柜的可追溯性差，对操作人员的依赖性太大[6]。

因此，需要一种可以把危化试剂管理柜与化学试剂管理系统相结合的办法，通过信息化方式去实时监控化学试剂的使用情况，做到可以对化学试剂使用情况进行全程记录、远程监控。本文设计一种面向高校实验室中危化试剂全流程综合管理的、集成物联网模块的化学试剂安全管理柜。

2 危化试剂安全管理柜的设计

2.1 设计依据

设计危化试剂管理柜的目的是监控使用过程、提高工作效率、积累数字档案[7]。设计遵循的基本指导原则是“源头可溯、过程可查、责任到人”[8]。管理对象主要包括化学试剂、使用者、管理者、实验室，其中化学试剂包括高校所使用到的全部品类的危险化学试剂及化学药品，使用者包括教师、科研人员、管理人员、库管人员、研究生等。危化试剂管理柜就是通过信息化及物联网方式，理清各管理对象之间的时空关系，实施数字化管理、跟踪、记录、实时监控，来满足可溯源的管理需求[9]。

2.2 产品设计

危化试剂管理柜主要由柜体、柜体内单元格、门禁系统等组成。

2.2.1 柜体组成

在药品柜的门上增加显示面板、电子锁、扫描器、读卡器等，通过药品柜与门禁、指纹识别、人脸识别、药品条码管理等系统相结合，达到对危险化学试剂的管理，通过对药品柜的开关控制管理，对柜内化学试剂的种类、使用人、使用时间、使用频率、使用量等做出详细的记录。

柜内分为不同的单元格独立存在，每个单元格都可以存放一种化学试剂，不同试剂存放在不同的单元格内。在药品柜上方增设通风系统，对柜内药品产生的气体进行处理排放。柜内分为A、B 2个存放区，A区单元格可以存放酸类化学试剂，单独使用一个通风系统，B区单元格内存放碱类或其他化学试剂，单独使用另一个通风系统，减少相互反应的可能性。

危化试剂管理柜整体设计如图1所示[11]。

图1 危化试剂管理柜结构图

2.2.2 药品柜的门禁控制

药品柜有2层门禁。

第一层门禁，通过一卡通读卡器及指纹、人脸识别系统等装置把读取的数据送入控制器，进行数据比对，当数据比对符合要求时即可进行下一步操作。控制器识别并记录使用人，同时弹出送/取试剂对话框，操作人员进行选择，对该人员是送试剂还是取试剂进行判别，记录时间并打开试剂柜大门，同时识别并记录使用人要送/取试剂的种类。试剂柜内的化学试剂种类可以在门禁显示面板上进行设置和操作，每个单元格可设置存放一种危化试剂的种类，该设置只能由实验室化学试剂管理员进行操作。管理人员可以通过界面选择送/取的化学试剂的种类，取化学试剂的时候，通过显示面板进行确认所取化学试剂的种类；送化学试剂的时候，通过二维码扫描功能，进行自动记录化学试剂的种类，通过试剂柜单元格底部的电子天平对该化学试剂进行称重，同时通过传感器记录重量，再通过重量差自动计算出化学试剂的使用量。通过对药品柜加装门禁后，药品柜的开启只能通过授权人员才能进行操作，首先确保了药品的常规安全；药品柜的开启，需要验证授权人员，即授权人员要刷卡或进行指纹人脸识别，该卡（指纹人脸识别）是授权人员的身份识别装置，可记录具体操作人员、操作时间。

第二层门禁为柜体内各单元格的管理，即在柜体内部分为多个单元格，每个单元格都单独存放一种化学试剂，单元格内底部有电子天平可以对化学试剂进行称重。当使用人员在控制面板上选择取该化学试剂的同时，该单元格的门禁打开，可以对该类化学试剂进行取的操作，同时记录当前信息，何人何时取何种化学试剂；当使用人员在控制面板选择送化学试剂的时候，需要通过二维码扫描自动识别要送入的化学试剂种类，该化学试剂所在的单元格打开，当把该试剂放入单元格内，电子天平对该试剂进行称重，通过传感器记录，并上传到数据库中，通过与上一个数据进行比对，得出重量差，差值即该化学试剂的本次使用量。当电子天平的数据长时间为零，达到设定时间期限的时候，系统会产生一个信号，通过网络报警通知实验室化学试剂管理人员，同时把该单元格的上一个记录发送到实验室化学试剂管理员手中，该记录包括何人何时取走何种化学试剂、超过规定时间有没有归还，同时把该使用人员的联系方式发送给管理人员。当重量传感器数值为非零，但长时间没有变化并达到设置的时间点，或者该试剂的重量值为空瓶的重量值时，也会给管理人员发送通知，即该化学试剂可能已经长时间没使用，已经失效，或者该试剂已经使用完，现在状态为空瓶状态，提醒更换新的化学试剂。

药品柜流程图如图2所示。

图2 危化试剂管理柜流程图

2.2.3 信息系统功能设计

信息系统采用B/S架构，后台数据库用来存储门禁信息，其中包括第一步门禁记录中的试剂使用人员的信息、使用的时间等，第二步门禁记录使用人员对每一种化学试剂的使用量、使用频率，对该化学试剂进行预警监控等，还包括用户管理、用户角色管理、危化试剂柜管理、试剂类型管理、试剂数量流水记录等。通过危化试剂柜上的网络连接模块，将2个门禁记录数据实时上传到服务器端，达到对多个柜子的使用状况记录、监测以及数据统计；通过手机app对该试剂柜进行实时数据查看、操作预警信息提示等。

3 结语

危化试剂管理在高校理化实验室中的地位举足轻重，涉及到校园安全和社会安全[10]。本文针对当前主流管理模式的弊端，从柜体组成、门禁系统、电子称量、远程控制等方面，提出一种基于物联网的危化试剂管理柜的整体设计方案，全流程跟踪“谁在使用、使用了哪种试剂、使用的数量、当前危化试剂的余量远程管理”等，通过危化试剂柜的记录功能，达到对操作人员的权限进行限制、对操作人员的具体操作进行精确的记录。对化学试剂使用的全程电子自动记录功能及数据统计功能，做到了化学试剂的精确管理，实现了化学试剂使用的远程管理、监控、报警及化学试剂的可追溯性，对高校理化实验室的危化试剂管理提供了一种新的思路。