正式开始此次的内容之前，我们先铺垫一些小知识。
食人鱼是一类原产于南美洲的食肉类淡水鱼，其英语称谓（Piranhas [pəˈrɑnə]）源于巴西的Tupí方言，直译为“长牙齿的鱼”。影视作品和网络视频中，食人鱼通常是高度危险的存在，它们出现时，一般会伴随着成群结队围猎与疯狂的撕咬、落水猎物无助的挣扎和水中弥散的血液，最后只剩空无一物的森白骨架。
当然，影视作品可能过渡渲染了食人鱼的残暴。然而，当你在实验室中遇到了一种以食人鱼命名的溶液时，该如何对待它呢？
食人鱼溶液是一种广泛应用于科研与制造业（尤其是半导体工业）的强腐蚀性溶液。它能有效地去除物体表面附着的污染物，如有机残留物、金属氧化物、碳酸盐、残留碳等。在微电子工业中，食人鱼溶液主要应用于清洁玻璃器皿并使其表面亲水；在光刻制程中，食人鱼溶液可用于处理玻璃和硅基片。其他的一些用途还包括纳米材料的自组装界面处理、工业废水无害化等。
食人鱼溶液虽然存在广泛的用途，但是它的危险性也常常被忽视。之所以用“食人鱼”命名，正是为了提醒使用者该溶液的危险性。下图是网络上用鸡腿测试食人鱼溶液腐蚀性的视频截图，当实验者将鸡腿放入食人鱼溶液中时，两者剧烈反应（这个场面不禁让人联想起电影中食人鱼成群围猎的场面），直至最后鸡腿完全“溶解”在食人鱼溶液中，仿佛从未出现……
上面的图片告诉我们，食人鱼溶液一旦操作不当，可能引起严重的后果。遗憾的是，关于食人鱼溶液的安全使用规范目前并没有统一的标准。考虑到有些小伙伴还不太了解食人鱼溶液，在此，笔者向大家推荐一篇发表在 ACS Chemical Health & Safety 上的论文—Safe Piranhas: A Review of Methods and Protocols（ACS Chem. Health Saf. 2022, 29, 1, 54-61。该论文比较全面地介绍了食人鱼溶液的安全使用规范，希望能帮助大家了解与使用食人鱼溶液。以下简要介绍一些该论文涉及的部分内容。
(下述内容是笔者总结的部分信息，并非严谨的操作流程。实验人员应查询规范的操作流程，并严格执行。）
首先，是食人鱼溶液的组成及其可能引发的危险。
食人鱼溶液的危险性源于其“霸道”的组分：食人鱼溶液一般是由浓硫酸和30%过氧化氢溶液混合制成，两者在混合过程中发生反应，生成了氧化性更强的过氧硫酸（也称卡罗酸），并且释放大量的热（注：这两种强氧化性物质本来都不是好惹的主，强强联合，威力可想而知）。过氧硫酸的氧化性极强，可以氧化连浓硫酸和过氧化氢都无法氧化的有机残留物，甚至连通常呈现化学惰性的碳，都会被过氧硫酸氧化成CO2。过氧硫酸，正是让浸入食人鱼溶液中的鸡腿消失的罪魁祸首。
鉴于其超强的氧化性，食人鱼溶液可能导致的危险远超想象。
1. 放热。当浓硫酸与过氧化氢混合时，体系会释放大量的热（注：在少量金属离子存在的情况下，30%的过氧化氢溶液自身放热即可达到189 ºC），剧烈的放热甚至能熔化一些化学惰性材料（如特氟龙），因此配制食人鱼溶液容器选择提出了要求（一般用玻璃器皿）。
2. 强腐蚀性。浓硫酸与过氧化氢的腐蚀性大家应该都有所耳闻，而由两者混合生成的过氧硫酸，危险性则远高于硫酸。可想而知，食人鱼溶液能剧烈地腐蚀人的皮肤、黏膜，对人体造成不可逆转的损伤。
3. 火灾。浓硫酸与过氧化氢混合将释放大量的热量进一步导致过氧化氢分解，产生大量的氧气。充足的氧气使接触到食人鱼溶液的有机物存在被瞬间引燃的风险，从而可能引发火灾。
4. 爆炸。食人鱼溶液发生爆炸的原因不是非常明确，但是可以概括为以下三种：
- 第一，将食人鱼溶液置于密闭容器中时，剧烈放热将加速过氧化氢的分解，导致容器中压力过大，引发爆炸；
- 第二，过氧化氢分解产生大量氧气，若与可燃性气体（如氢气）混合达爆炸极限，在高温下同样会发生爆炸（注：过氧化氢高温下蒸发形成的过氧化氢蒸气也是一种爆炸物)；
- 第三，当食人鱼溶液中混入某些溶剂（如丙酮），其氧化产物也可能导致强烈的爆炸（丙酮的氧化产物为三过氧化三丙 (TATP)，是法国巴黎地铁爆炸事件的爆炸物)。1980年，康奈尔大学一名研究生正是在清洗玻璃时不小心将食人鱼溶液与丙酮混合，最终发生了爆炸。
正因为食人鱼溶液的危险性，我们在进行实验时必须严格遵守操作规范。
接下来，我们简要介绍如何能更加安全地使用食人鱼溶液。
1. 应选择合适的场所进行实验，并严格控制环境的温度和湿度。在实验场所选择方面，可以参考以下几点：
- 为防止爆炸的发生，可选择防爆实验室开展实验（尤其是大量使用食人鱼溶液时)。
- 鉴于实验时可能发生的气体积聚现象，必须在通风橱内进行食人鱼溶液的相关操作，禁止在密闭环境中进行实验！
- 实验室必须配备洗眼器和淋浴装置。
- 为了应对食人鱼溶液的泄露，实验室须配备过量碳酸氢钠与专业的泄露处置工具包，以便应急使用。
- 在进行食人鱼实验时，应该停止附近的其他实验，且移除实验场所存放的化学药品；同时应警示所有人员该区域正在进行食人鱼溶液的相关实验。
- 最后，千万不要单独进行实验！
2. 使用食人鱼溶液时，建议准备以下仪器（器皿)：
- 一个广口容器，确保实验过程生成气体的逸散，避免因压力聚集导致爆炸；
- 一支耐高温、耐强氧化的搅拌棒，用于混合溶液；
- 特氟龙镊子，用于夹取样品；
- 带有减压瓶盖废液瓶，配备用于转移溶液的专用漏斗。
（注：以上所有的玻璃制品应使用耐热玻璃制造，并定期检查，确认器皿完好。）
3. 做好个人安全防护。
- 在使用食人鱼溶液时，正确佩戴个人防护装备（PPE）是非常重要的。
- 常用的PPE包括护目镜、实验服、面罩、耐化学腐蚀围裙、手套和包裹性耐腐蚀靴子。
- 原则上，实验过程必须确保不暴露任何一处的皮肤（因为暴露的皮肤一旦接触到喷溅的食人鱼溶液，可能造成永久性损伤）。
- 实验结束后，应该立即脱下所有实验防护装备，并检查是否损坏。
4. 在使用食人鱼溶液时，还须注意以下要点：
- 食人鱼溶液只能现配现用，不可储存或者运输。
- 在配置食人鱼溶液时，应选取风险最低的方法进行配制（考虑配制容器的体积、混合的速度、次序等），并且严格观测混合过程中的温度。
- 注意浓硫酸与过氧化氢混合的顺序：应先加入浓硫酸，再缓慢加入过氧化氢（是的，这与浓硫酸的稀释恰恰相反），并使用搅拌棒充分混合，这样能有效降低混合时的局部过热。
- 食人鱼溶液配制完成后，需室温冷却1小时方可使用。
在了解食人鱼溶液的危险后，大家可能会很自然地问：“食人鱼溶液即将引发危险时，是否存在某些迹象？”
答案是肯定的！在使用食人鱼溶液进行相关的实验时，当发现以下现象，就要提前终止实验，避免危险的升级。
首先，当溶液中出现泡沫或烟雾时，我们都必须停止实验等待溶液稳定。因为这两种现象都表明溶液中可能混入有机物或一些极易反应的物质，正在与食人鱼溶液发生剧烈的反应。
其次，当溶液中（包括废液桶中）形成固体，我们必须赶紧疏散周围人群，并联系处理爆炸物的专家——因为这些迹象可能表明溶液中形成了类似TATP的爆炸物。
屏幕前的你可能会觉得有点小题大作，但是千万别忘了，这种溶液的名字——“食人鱼”，使用不当的话，它的确会“吃人”的！
那么，如果使用食人鱼溶液时不慎发生事故，应该如何处理？
如果在实验中，食人鱼溶液喷溅到皮肤和眼睛，我们应该立即用大量的水冲洗，冲洗时间至少持续 15 分钟（如果泼溅的面积较大，冲洗后应前往医院进行治疗)；如果少量吸入了食人鱼溶液的酸雾，应立即转移到室外空气流通处。
当食人鱼溶液发生泄露事故时，根据泄露溶液的体积，应采取不同的应急措施：当泄漏量较小时，可使用试剂进行中和，并利用吸附材料吸收无害化处理后的废液；如果泄漏量较大，则应尽快疏散周围人群并联系消防部门，因为食人鱼溶液的大量蔓延可能引起火灾或爆炸等次生事故。
注：关于泄漏量的区分其实并不很明确，下图是文章中给出的一些机构中关于食人鱼溶液泄露量的界定，供小伙伴们参考。需要提醒大家的是，20 ml 的食人鱼溶液就可能导致爆炸，因此勿以量小而不在意。
最后，我们该如何中和与处理使用过的食人鱼溶液呢？
食人鱼溶液如此的危险，不经处理、直接倒进下水道显然是错误的。
一般而言，食人鱼溶液的废液须冷却 24 小时再进行中和。这是因为食人鱼溶液使用过程通常会大量放热，如果立即加碱中和，产生的热量叠加后，可能导致严重后果。
中和食人鱼溶液，主要有三种方法：
- 第一种，用去离子水将其稀释10倍，缓慢加入碳酸氢钠粉末，直至不再溶解；
- 第二种，向溶液中加入5倍体积的冰，再加入等量的NaOH或KOH进行中和，直至反应完全；
- 第三种，可将食人鱼溶液倒在等量的膨润土粉末中，藉由膨润土吸收并中和。
由于中和时可能产生气体，因此以上过程都必须在通风橱中进行，并且中和结束时，烧杯内液体体积不应超过烧杯体积的2/3。（注：任何一种方法都需要保持一夜的时间以完全反应，可用pH试纸或酚酞试剂检验混合液是否到达中性。）
食人鱼废液中和完成后，应单独存放，不能与其他废液混合存放。存放食人鱼溶液的废液瓶上端应留有排气孔，且瓶体应贴上醒目的危险警示标签。向废液桶中注液时必须使用耐热玻璃制成的漏斗，并遵从少量多次原则，注意观测废液桶中是否生成气泡或大量放热。
饱和的废液瓶应该存放在双层包装防护的容器中，等待有资质的公司收集危废并集中处理。为防止副产物生成，食人鱼废液的存放的时间不应超过三个月。
综上所述，为了防止食人鱼溶液引发的安全事故，在开展实验之前对实验人员进行安全培训是十分必要的，相关内容应该包含：食人鱼溶液的使用风险评估、实验防护装备及实验仪器的规范使用、实验过程的规范操作、废液中和与处理以及事故应急处理等。安全培训的目的是让操作人员理解每个步骤的意义，而非死记硬背操作流程。同时，针对这类高危化学试剂，相关管理部门还应加大对实验流程的监管，切实保障实验人员的安全。
以上就是针对 Safe Piranhas: A Review of Methods and Protocols（ACS Chem. Health Saf. 2022, 29, 1, 54-61 的简要介绍，对食人鱼溶液的安全使用感兴趣的小伙伴们，可以阅读原文进行更加细致的了解！
