【背景及概況】[1][2]
四氫化硅是一種常見的工業(yè)原料，是提供硅組分的重要?dú)怏w源，可用于制造高純度單晶硅、多晶硅、異質(zhì)硅、微晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化硅等各種硅化物。四氫化硅在過渡溫度 17 K（熱力學(xué)溫度單位）和極高的壓力下（96 和 120 GPa）可作為超導(dǎo)體使用。由于四氫化硅的高純度和能實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制，已經(jīng)成為許多其他硅源無法取代的重要特種氣體。四氫化硅目前在電子工業(yè)、能源工業(yè)、玻璃工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及高科技領(lǐng)域等多個(gè)行業(yè)中均被大量使用。既往研究顯示四氫化硅的主要毒性是刺激作用，有研究顯示它可對(duì)皮膚、眼睛和呼吸道產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激作用，造成對(duì)作業(yè)人員的健康危害，但是，目前我國尚未制定工作場所空氣中四氫化硅的職業(yè)接觸限值和檢測方法。為保護(hù)工人健康和預(yù)防職業(yè)危害，制訂工作場所空氣中四氫化硅的職業(yè)接觸限值十分重要。
【理化性質(zhì)】[1]
四氫化硅（silicon tetrahydride，Monosilane，Silane，SiH4），又名硅烷、甲硅烷，常溫常壓下為無色、易燃、有臭味的有毒氣體。CAS No：7803-62-5，分子式 SiH4，分子量 32.12，101.3KPa 下沸點(diǎn)-112℃ 、溶點(diǎn)-184.7℃，液體密度 （-185℃）711 kg/m3，氣體密度（0℃，101.3 k Pa）1.44 kg/m3，21.1℃ 和101.3 KPa下相對(duì)密度 1.2 kg/m3、臨界溫度-3.4℃ 、臨界壓力4.842 MPa、臨界密度247 kg/m3、比容 0.749 m3/kg，-122.2℃ 下的蒸發(fā)潛熱 38. 6 kJ/( kg·K，四氫化硅不溶于水，但在堿性條件下可水解，也不溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有機(jī)溶劑。在空氣中，四氫化硅的燃燒范圍為1.37%～96% 。當(dāng)其濃度在 1.37%～4.5% 時(shí)，遇火源可以燃燒，空氣中的四氫化硅濃度高于 4.5% 時(shí)，處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)發(fā)生延遲自燃，并且濃度越高延遲時(shí)間越短，這種延遲自燃會(huì)導(dǎo)致爆燃。
【毒性】[1] [3]
四氫化硅屬低毒類物質(zhì)，其半數(shù)致死濃度LC50 為13440 mg/m3（大鼠，4 h 吸入）。將雄性 CFE 大鼠分別暴露在 0、1400、5600 和 14000 mg/m3四氫化硅中2小時(shí)和 4 小時(shí)，將 CF1 小鼠分別暴露在 0、8 400 和 14 000mg / m3四氫化硅中2小時(shí)和4小時(shí)。暴露在最高濃度組 14000 mg/m3（4 小時(shí)）的小鼠在接觸四氫化硅后，45 小時(shí)后有4 只死亡，14 天后其它組均未發(fā)現(xiàn)老鼠死亡，各組老鼠均未發(fā)現(xiàn)宏觀病理學(xué)變化。研究發(fā)現(xiàn)：四氫化硅（1400mg/m3）對(duì)小鼠體重增長的影響是可逆的； 對(duì)其呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生刺激作用，但持續(xù)時(shí)間短暫； 沒有觀察到小鼠的氣管、肺和眼角膜的組織病理學(xué)改變，但觀察到其鼻粘膜發(fā)生了組織病理學(xué)損壞。四氫化硅并沒有引起小鼠血液及其生化指標(biāo)的改變。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)小鼠暴露于四氫化硅中，在最低的暴露濃度（3500 mg/m3）和最短的接觸時(shí)間30 min內(nèi)，腎臟可受到損害；小鼠可發(fā)生急性腎小管壞死和腎小管間質(zhì)性腎炎，且與四氫化硅的接觸濃度有劑量-時(shí)間-效應(yīng)關(guān)系； 暴露在四氫化硅中的小鼠其脾或骨髓的造血細(xì)胞和胸腺的淋巴細(xì)胞出現(xiàn)組織病理學(xué)損壞。總之，低濃度的四氫化硅（1400 mg/m3）對(duì)小鼠主要引起刺激作用，并未產(chǎn)生嚴(yán)重的急性、亞急性作用；四氫化硅的靶器官可能是腎臟，還可能對(duì)造血細(xì)胞和淋巴細(xì)胞有直接毒性作用。不論有無代謝活化，四氫化硅均可致鼠傷寒沙門氏菌。
四氫化硅的人群接觸主要在其生產(chǎn)和使用的工作場所，它可通過呼吸道吸入進(jìn)入體內(nèi)，皮膚、眼睛和呼吸道最易受四氫化硅的傷害。四氫化硅可致眼睛和皮膚紅腫疼痛；對(duì)呼吸器官粘膜有劇烈的刺激作用，可引起上呼吸道痛感、咳嗽和肺水腫；吸入四氫化硅及其燃燒產(chǎn)物引起的中毒癥狀有頭疼、眩暈、發(fā)熱、惡心和出汗，嚴(yán)重者面色蒼白、脈搏微弱、昏迷；四氫化硅的靶器官是眼睛、皮膚、呼吸系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。根據(jù)資料報(bào)道，目前還尚無四氫化硅的生殖毒性、遺傳毒性和致癌性的證據(jù)，也不清楚長期暴露于低濃度的四氫化硅中對(duì)健康的進(jìn)一步影響。但隨著四氫化硅使用量的日益增大，這方面的研究工作正在逐步受到重視。由于四氫化硅對(duì)人群及動(dòng)物的毒性資料有限，美國環(huán)境保護(hù)局 EPA 于 2007 年 12 月制定了它的急性暴露指導(dǎo)水平：
此暴露指引水平主要是根據(jù)四氫化硅對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物產(chǎn)生有害毒作用的數(shù)值轉(zhuǎn)換而來。它共分為 3 個(gè)水平，適用于一般人群，其中 AEGL1是指在此濃度以上明顯感覺到不適，但并不致殘，停止接觸后可恢復(fù)；AEGL2 是指在此濃度以上可導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的或者持久的有害反應(yīng)，或者失去逃生的能力；AEGL3 是指在此濃度以上可危及生命。
【四氫化硅的職業(yè)接觸限值】[1]
目前，我國還尚未制定四氫化硅的職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其它國家制定的四氫化硅職業(yè)接觸限值差距較大，如美國國家工業(yè)衛(wèi)生醫(yī)師協(xié)會(huì)ACGIH提出工作場所空氣中四氫化硅的8 小時(shí)時(shí)間加權(quán)平均容許濃度TLV-TWA為 7 mg/m3，該限值已被美國職業(yè)安全和健康管理局OSHA采用作為國家標(biāo)準(zhǔn)。澳大利亞、比利時(shí)、法國、臺(tái)灣和香港的四氫化硅職業(yè)接觸時(shí)間加權(quán)限值均是 7 mg/m3；但丹麥、芬蘭、挪威、荷蘭、英國和瑞士的職業(yè)接觸時(shí)間加權(quán)限值是 0.7mg/m3 兩者相差 10 倍，美國等國家是依據(jù)四氫化硅對(duì)皮膚、眼睛和呼吸道的刺激作用而提出； 而荷蘭等國家認(rèn)為四氫化硅的毒理學(xué)資料匱乏，無法證實(shí) 7 mg/m3是基于健康的職業(yè)接觸限值，他們根據(jù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的急性和亞急性毒性結(jié)果認(rèn)為7 mg/m3太低。部分國家還制定了四氫化硅的短時(shí)間容許濃度和容許接觸濃度，芬蘭和英國的短時(shí)間接觸容許濃度分別是 2.0 mg/m3和 1.3mg/m3；日本的容許濃度為 130 mg/m3。
【應(yīng)用】[1][2]
四氫化硅廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、能源工業(yè)、玻璃工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及高科技領(lǐng)域等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，其主要用做生產(chǎn)液晶 TFT、太陽能電池、半導(dǎo)體、感光體材料等。近幾年，由于我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，超大規(guī)模或大規(guī)模集成電路在國有很大的發(fā)展空間，這將使四氫化硅的消費(fèi)量日益增長。同時(shí)，由于太陽能市場的繁榮仍將持續(xù)，據(jù)預(yù)測，從2010年至2020年，全球四氫化硅市場將以年均20%的速率增長。四氫化硅是一種重要的特種氣體，是一個(gè)國家氣體產(chǎn)業(yè)是否先進(jìn)的重要標(biāo)志。我國作為經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的大國，每年消耗的多晶硅將近4000噸左右，每年消耗的四氫化硅約為200～300噸，有較大的接觸人群。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 古娜利, 史廷明, 孫剛濤, 等. 四氫化硅的健康危害和檢測方法的研究進(jìn)展[J]. 公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué), 2012, 23(2): 58-60.
[2] 古娜利. 工作場所空氣中四氫化硅的職業(yè)接觸限值的探討和檢測方法的研究[D]. 武漢: 華中科技大學(xué), 2012.
[3] 馬興元，王光建，王延吉，等．中國化工產(chǎn)品大全( M) ．下卷． 3版．北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2005，1218-1219．