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科研實(shí)驗室解決方案
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科研實(shí)驗室解決方案

文章來(lái)源: 首頁(yè)人氣:5956發(fā)表時(shí)間:2017-09-19 15:53:28

科研實(shí)驗室


科研實(shí)驗室的建設,無(wú)論是新建、擴建、或是改建項目,它不單純是選購合理的儀器設備,還要綜合考慮實(shí)驗室的總體規劃、合理布局和平面設計,以及供電、供水、供氣、通風(fēng)、空氣凈化、安全措施、 環(huán)境保護等基礎設施和基本條件。因此實(shí)驗室的建設是一項復雜的系統工程,在現代實(shí)驗室里,新的科學(xué)儀器和優(yōu)越完善的實(shí)驗室是提升現代化科技水平,促進(jìn)科研成果增長(cháng)的必備條件?!耙匀藶楸?,人 與環(huán)境”己成為人們高度關(guān)注的課題。

本著(zhù)“安全、環(huán)保、實(shí)用、耐久、美觀(guān)、經(jīng)濟”, 的規劃設計理念。規劃設計主要分為六個(gè)方面:平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系 統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個(gè)方面。下面就按上述六方面依次講解。

一、 平面設計系統 
平面設計我們主要考慮以下幾個(gè)方面的因素:

1、安全

(1)疏散、撤離、逃生、順暢、無(wú)阻,安全通道;
一般實(shí)驗室門(mén)主要向里開(kāi),但如設臵有爆炸危險的 房間,房門(mén)應朝外開(kāi),房門(mén)材質(zhì)選擇壓力玻璃。
(2)建筑要求 
化驗室的建筑應耐火或用不易燃的材料建成,隔斷和頂棚也要考慮到防火性能???采用水磨石地面,窗戶(hù)要能防塵,室內采光要好,門(mén)應向外開(kāi),大實(shí)驗室應設兩個(gè)出口,以利于發(fā)生意 外時(shí)人員的撤離。
(3)供水和排水 
供水要保證必須的水壓、水質(zhì)、和水量以滿(mǎn)足儀器設備正常運行的需要,室內總 閥門(mén)應設在易操作的顯著(zhù)位臵,下水道應采用耐酸堿腐蝕的材料,地面應有地漏。
(4)通風(fēng)設施 
由于化驗工作中常常會(huì )產(chǎn)生有毒或易燃的氣體,因此化驗室要有良好的通風(fēng)條件, 通風(fēng)設施一般有 3 種:
 ① 全室通風(fēng) 采用排氣扇或通風(fēng)豎井,換氣次數一般為 5 次/時(shí)。
 ② 局部排氣罩 一般安裝在大型儀器發(fā)生有害氣體部位的上方。在教學(xué)實(shí)驗室中產(chǎn)生有害氣體的上 方,設臵 局部排氣罩以減少室內空氣的污染。
 ③ 通風(fēng)柜 這是實(shí)驗室常用的一種局部排風(fēng)設備。內有加熱源、水源、照明等裝臵??刹捎梅阑鸱?爆的金屬材料制作通風(fēng)柜,內涂防腐涂料,通風(fēng)管道要能耐酸堿氣體腐蝕。風(fēng)機可安裝在頂層機房?jì)龋?并應有減少震動(dòng)和噪音的裝臵,排氣管應高于屋頂 2m 以上。一臺排風(fēng)機連接一個(gè)通風(fēng)柜較好,不同房間共用一個(gè)風(fēng)機和通風(fēng)管道易發(fā)生交叉污染。通風(fēng)柜在室內的正確位臵是放在空氣流動(dòng)較小的地方,或采 用較好的狹縫式通風(fēng)柜。通風(fēng)柜臺面高度 800mm,寬 750mm,柜內凈高 1200-1500mm,操作口高度 800mm, 柜長(cháng) 1200-1800mm。條縫處風(fēng)速 0.3-0.5m/s 視窗開(kāi)啟高度為 300-500mm。擋板后風(fēng)道寬度等于縫寬 2 倍 以上。

2、人體學(xué)(前后左右工作空間)
完美的設備與科技工作者操作空間范圍的協(xié)調搭配體現了科學(xué)化、 人性化的規劃設計。 在做平面設計的時(shí)候,首先要考慮的因素是就是“安全”,實(shí)驗室易發(fā)生爆炸、火災、毒氣泄 露等的場(chǎng)所。

我們在做平面設計的時(shí)候,應盡量地要保持實(shí)驗室的通風(fēng)流暢、逃生通道暢通。根據國際人體工程學(xué)的標準。我們做如下的劃分以供參照:(祥見(jiàn)下圖) 實(shí)驗臺與實(shí)驗臺通道劃分標準(通道間隔用 L 表示)L>500mm 時(shí),一邊可站人操作; L>800mm 時(shí),一邊可坐人操作; L>1200mm 時(shí),一邊可坐人,一邊可站人,中間不可過(guò)人; L>1500mm 時(shí),兩邊可坐人,中間可過(guò)人; L>1800mm 時(shí),兩邊可坐人,中間可過(guò)人可過(guò)儀器 天平臺、儀器臺不宜離墻太近,離墻 400mm 為宜。

為了在工作發(fā)生危險時(shí)易于疏散,實(shí)驗臺間的過(guò)道應全部通向走廊。另:實(shí)驗室建筑層高宜為 3.7 米-4.0 米為宜,凈高宜為 2.7 米-2.8 米,有潔凈度、 壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實(shí)驗室凈高宜為 2.5 米-2.7 米(不包括吊頂);實(shí)驗室走廊凈寬宜為 2.5 米-3.0 米.普通實(shí)驗室雙門(mén)寬以 1.1 米-1.5 米(不對稱(chēng)對開(kāi)門(mén))為宜,單門(mén)寬以 0.8 米-0.9 米為宜。


3、專(zhuān)業(yè)學(xué)科功能。

實(shí)驗室通常按物理學(xué),無(wú)機化學(xué),有機合成化學(xué),生物學(xué)來(lái)分類(lèi)。根據實(shí)驗室內 容、用途和規模的不同又各有自己的特點(diǎn),比如基礎教學(xué)實(shí)驗室,按學(xué)科專(zhuān)業(yè)分,多為較簡(jiǎn)單的教學(xué)實(shí) 驗對水電氣風(fēng)等要求較低,而科研機構對實(shí)驗室通風(fēng)、供排水、電控及潔凈都要求較高,但實(shí)驗室設計 的基本原則都是具有共同性的,以有機化學(xué)為例,主要由化學(xué)基本實(shí)驗室、儀器分析實(shí)驗室、潔凈實(shí)驗 室、電子計算機室、研究室、輔助實(shí)驗室、服務(wù)供應室等組成。

(1)化學(xué)基本實(shí)驗室
主要是進(jìn)行容量分析、離子測定、氧化還原等實(shí)驗,一般設計的裝備有:實(shí)驗臺 與洗滌臺;通風(fēng)柜及管道修檢井;帶試劑架的實(shí)驗臺及輔助工作臺,需考慮設在實(shí)驗室內的研究空間或 電腦臺,藥品柜、器皿柜、落地安臵的儀器設備、急救器等。 儀器分析實(shí)驗室,主要設臵各種大型精密分析儀器,同時(shí)也包括普通小型分析儀等,一般設計的裝 備有:儀器臺、實(shí)驗臺、通風(fēng)柜、天平臺、電腦臺、氣瓶柜、洗滌臺、器皿柜、藥品柜、急救器、萬(wàn)向 排氣罩、原子吸收罩等。

(2)精密儀器室 
精密儀器室要求具有防火、防震、防電磁干擾、防噪音、防潮、防腐蝕、防塵、防有害氣體侵入的 功能,室溫盡可能保持恒定。為保持一般儀器良好的使用性能,溫度應在 15~30℃,有條件的建議控制在 18~25℃。濕度在 60%-70%,需要恒溫的儀器室可裝雙層門(mén)窗及空調裝臵。 

儀器室可用水磨石地或防靜電地板,不推薦使用地毯,因地毯易積聚灰塵,還會(huì )產(chǎn)生靜電、大型精 密儀器室的供電電壓應穩定, 一般允許電壓波動(dòng)范圍為±10%。 必要時(shí)要配備附屬設備 (如穩壓電源等) 。 為保證供電不間斷,可采用雙電源供電。應設計有專(zhuān)用地線(xiàn),接地極電阻小于 4Ω。 氣相色譜室及原子吸收分析室因要用到高壓鋼瓶,建議設在就近室為能建鋼瓶室(方向朝北)的位置。放儀器用的實(shí)驗臺與墻距離 500mm,以便于操作與維修,室內有有良好的通風(fēng),原子吸收儀器上方設 局部排氣罩。 

微型計算機和微機控制的精密儀器對供電電壓和頻率有一定要求。為防止電壓瞬變、瞬時(shí)停電、電壓不足等影響儀器動(dòng)作,可根據需要選用不間斷電源(UPS)。 在設計專(zhuān)用的儀器分析室的同時(shí),就近配套設計相應的化學(xué)處理室,這在保護儀器和加強管理上是非常必要的。

(3)潔凈實(shí)驗室
主要是通過(guò)人為的手段,應用潔凈技術(shù)實(shí)現控制室內空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與 壓力、以達到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環(huán)境參數??諝鉂崈舳仁侵笣崈艨諝猸h(huán)境中空氣含 塵量程度, 空氣潔凈度的級別以含塵濃度劃分。 潔凈度是指每升空氣中所含粒徑≥0.5um 的塵粒的總顆粒。 

我國空氣潔凈等級標準分為:100 級、1000 級、10000 級、100000 級。國際標準則劃分為:1 級、2 級、 3 級、4 級、5 級。 潔凈室 潔凈室一般實(shí)施兩級隔離,一級隔離通過(guò)生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實(shí) 現;二級隔離通過(guò)實(shí)驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統來(lái)實(shí)現。但由于凈化空調需要風(fēng)量小為了安全起見(jiàn),風(fēng)量都按大的估算,一般都要超過(guò)規范規定,物別是百級以上,冷熱負荷在要求不是很?chē)栏竦那闆r可能估算,現在專(zhuān)門(mén)有凈化空調機組,可以直接利用。二級~四級生物安全實(shí)驗室應實(shí)施兩級隔離。 

一般實(shí)驗室裝備有:超凈工作臺、生物安全柜、邊臺或不銹鋼操作臺、洗滌臺等。 以 PRC 實(shí)驗室為例(PCR 即聚合酶鏈式反應),是分子生物學(xué)研究和實(shí)驗的常規方法,也是生物學(xué)、醫學(xué) 臨床等領(lǐng)域廣泛應用的實(shí)驗技術(shù)。其特點(diǎn)是能將微量的 DNA 大幅增加,實(shí)驗室通常分為四個(gè)區域,即: 試劑儲存和準備區、標本制備區、擴增反應混合物配制和擴增區、擴增產(chǎn)物分析區(如使用全自動(dòng)分析 儀,區域可適當合并)。

進(jìn)入各個(gè)區域必須嚴格按照單一方向進(jìn)行,不同的工作區域使用不同的工作服 (例如不同的顏色)。工作人員離開(kāi)時(shí),不得將工作服帶出。 試劑儲存和準備室(標本制備區),儀器主要配臵有:冷凍離心機、生物安全柜、冰箱、可移動(dòng)紫外燈、 全自動(dòng)力核酸蛋白純化儀、專(zhuān)用工作服和工作鞋等。擴增反應混合物配制和擴增區配臵有:冰箱、高速 離心機、超凈工作臺、PCR 儀(要求負壓狀態(tài))、可移動(dòng)紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。

(4)擴增產(chǎn)物分析區
主要配備有:移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細管電泳儀、冰箱、離心機、微量加樣器、可移 動(dòng)紫外燈等。PCR 電子計算機室和研究室,電子計算機與我們的生活較為密切,主要考慮空調散熱、電源電壓等問(wèn)題。 配臵的裝備主要是帶鍵盤(pán)儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方,對我們實(shí)驗室裝備要求較低, 在此不多作講解。

(5)輔助實(shí)驗室
主要有天平室、高溫室、純水室、氣瓶室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。天平室, 分析天平是化學(xué)實(shí)驗室必備的常用儀器,高精度天平對環(huán)境有一定要求,主要是氣流和風(fēng)速的影響,天 平室應靠近化學(xué)實(shí)驗室,以方便使用,但不宜與高溫室和有較強電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平 宜設在底層。

天平室內不得設臵洗滌臺或任何管道穿過(guò)窒內,以免管道滲漏影響天平的維護和使用。高 溫室,高溫爐和恒溫箱是常備設備,一般放臵在高溫工作臺上,但特大型的恒溫箱須落地安臵為宜,高 溫爐秘恒溫箱須分開(kāi)放臵。純水室,主要是設計的實(shí)驗裝備有;邊臺和洗滌臺?,F代實(shí)驗室多使用去離 子水、水量大且能保證水質(zhì)。

地面需設地漏。氣瓶室,實(shí)驗室用氣除不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰 性氣體(氬氣、氦氣等)外,其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險性氣體,例如易燃氣體 氫氣、一氧化碳;劇毒氣體為氟氣、氯氣;助燃氣體為氧氣等,這些氣體不得進(jìn)行實(shí)驗室??梢酝ㄟ^(guò)管 子接到各實(shí)驗室內。溶液配制室,用于配制各種標準溶液和不同濃度的溶液。

在允許的條件下,可由兩 個(gè)房間組成,其一設有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用,一般應配臵:通風(fēng)柜、實(shí)驗臺、試 劑柜。 服務(wù)供應部分,為基本實(shí)驗室和輔助實(shí)驗室服務(wù)的場(chǎng)所,如高壓鍋室和水電氣輔助室等。我們只需稍作了解。

4、實(shí)驗室工作人員總人數;
5、儀器設備布局;
6、工作程序、流程專(zhuān)業(yè)設計;

二、 單臺結構功能設計系統 
不同專(zhuān)業(yè)采用不同實(shí)驗室專(zhuān)用基礎配套裝備,系列產(chǎn)品共分五大部分:A、實(shí)驗臺部分;B、儀器臺 部分;C、功能柜部分;D、儀器設備部分;E、輸出系統部分; A、實(shí)驗臺部分

1、實(shí)驗臺的分類(lèi):
①實(shí)驗臺按實(shí)驗室的功能劃分為:物理實(shí)驗臺(主要用于電子、電工、物理實(shí)驗);化學(xué)實(shí)驗臺(主要 用于有機、無(wú)機化學(xué)實(shí)驗);生物實(shí)驗臺(主要用于凈化無(wú)菌實(shí)驗,如簡(jiǎn)易解剖臺、不銹鋼操作臺等);
②按結構劃款式分為:鋼木結構(由鋼制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);鋁木結 構:(由鋁制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);全鋼(箱體、鋼支架、臺面、試劑 架、連接件、輔件組成)。
③按用途可分為:中央實(shí)驗臺、邊臺實(shí)驗臺、洗滌實(shí)驗臺、試劑架,實(shí)驗柜、實(shí)驗凳。

2、實(shí)驗柜的分類(lèi): 按材質(zhì)可分為:鋁木實(shí)驗柜、全鋼制實(shí)驗柜。

3、臺面的分類(lèi) 在整個(gè)實(shí)驗室基礎裝備銷(xiāo)售中,臺面占總報價(jià) 1/3 的份額,臺面的作用可見(jiàn)一斑。
①按實(shí)驗臺的功能作用可分為: 
化學(xué)實(shí)驗臺面:防強酸、強堿、耐高溫;耐 98%的濃硫酸;如實(shí)芯理化板。 物理實(shí)驗臺面:防靜電、耐溫、抗滑、穩定強;耐 28%的硫酸,表面材質(zhì)為防火板。 生物實(shí)驗臺面:防水、防止細菌密度強;表面材質(zhì)為不銹鋼板。
②按照臺面材質(zhì)可分為:
理化板、環(huán)氧樹(shù)脂板、大理石板和陶瓷板。 
理化板(威盛亞)不能直接接觸光焰,對 65%硝酸、鉻酸、氫氟酸有輕微疵點(diǎn),對 98%硫酸有疵點(diǎn); 環(huán)氧樹(shù)脂是高分子材料,耐高溫(380℃),具有優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕性能,可修復及復原; 大理石一般用于高溫臺、天平臺等,耐高溫,但運輸過(guò)程中較容易損壞; 陶瓷價(jià)格比較昂貴,在國內用得比較少。其耐高溫和抗腐蝕性能極其優(yōu)秀。 B、儀器臺部分 承重性、穩定性、抗外干擾、電控要求很高,氣體配送嚴格、安全、可靠、方便、易管理;承重: 500Kg 以上。主要用于儀器分析實(shí)驗室,如光譜、色譜、原子分析實(shí)驗室等。 

實(shí)驗柜部分是前兩部分服務(wù)、儲存,重要功能部分涉及安全、環(huán)保問(wèn)題;有鋁木和全鋼之分;試劑、 藥品、揮發(fā)性藥品、劇毒品、氣瓶等儲存功能基本分以下幾種:
1、一般性能藥品柜;
2、揮發(fā)性藥品儲存柜;
3、氣瓶柜;
4、文件柜(資料柜);
5、更衣柜;
6、標本柜;
7、器皿柜;
C、儀器設備部分:
1、通風(fēng)柜;
2、生物安全柜;
3、超凈工作臺;
4、劇毒品安全儲存柜;
5、解剖臺;
6、取材臺;

三、供排水設計系統 供排水設計系統
主要是為前期實(shí)驗室建筑設計服務(wù)。必須在裝修開(kāi)始前完成實(shí)驗臺柜方案的確定, 并出具供排水定位圖。

四、電控系統 
實(shí)驗室供電系統也是實(shí)驗室較為基本的條件之一。電源插座有:10A、16A。電源插座應遠離水盆和煤 氣、氫氣等噴嘴口,并不影響實(shí)驗臺儀器的放臵和操作位臵。線(xiàn)盒采用鋼線(xiàn)槽(主要用于試劑架、邊臺和 中央臺臺面上。電線(xiàn)線(xiàn)徑應充分考慮實(shí)驗的當前需要和擴容。必須在裝修開(kāi)始前完成實(shí)驗臺柜方案的確 定,并出具電位圖。

五、特殊氣體配送系統 
實(shí)驗室用氣主要有不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)、易燃氣體(氫氣、 一氧化碳);劇毒氣體(氟氣、氯氣);助燃氣體(氧氣)組成。除不燃氣體、惰性氣體外其它氣體不得 進(jìn)入實(shí)驗室??梢酝ㄟ^(guò)輸氣管接到各實(shí)驗室內。


一般氣相室配臵氦氣(He)、氮氣(N2)。氣質(zhì)聯(lián)用室配臵了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線(xiàn)上的連接管件都要連接后焊接,嚴禁有泄漏的可能。所有的管線(xiàn)在 安裝完畢后一定要做氣密性實(shí)驗,并在使用前要先除油。由于管道細小,管間距小,安裝過(guò)程中可依據 現場(chǎng)情況進(jìn)行調整,保證間距不小于 45mm,氣瓶裝瓶時(shí),易燃易爆與惰性氣體同柜,杜絕兩種易燃氣體 同裝一柜。


六、有害氣體輸出系統 
實(shí)驗室內往往存在許多不利于人體健康的化學(xué)物質(zhì)污染源,特別是有害氣體,將其排除非常重要。 但與此同時(shí),能源往往會(huì )被大量的消耗,因而實(shí)驗室的通風(fēng)控制系統的要求漸高,實(shí)驗室的新觀(guān)念就是將整個(gè)實(shí)驗室當作是一臺排煙柜,如何有效的控制各種進(jìn)排氣,達到既安全又經(jīng)濟的效果是至關(guān)重要 的。實(shí)驗室常用排風(fēng)設備主要有:通風(fēng)柜、原子吸收罩、萬(wàn)向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等,其中通風(fēng)柜較為常見(jiàn)。



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