一、化驗室設計要求
根據(jù)化驗任務需要,化驗室有貴重的精密儀器和各種化學藥品,其中包括易燃及腐蝕性藥品。另外,在操作過程中常產生有害的氣體或蒸氣。因此,對化驗室的房屋結構、環(huán)境、室內設施等有其特殊的要求,在籌建新化驗室或改建原有化驗室時都應考慮。化驗室用房大致分為三類:精密儀器實驗室、化學分析實驗室、輔助室(辦公室、儲藏室、鋼瓶室等)?;炇乙筮h離灰塵、煙霧、噪音和震動源的環(huán)境中,因此化驗室不應建在交通要道、鍋爐房、機房及生產車間近旁(車間化驗室除外)。為保持良好的氣象條件,一般應為南北方向。
1、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℃,有條件的最好控制在18~25℃。濕度在60%-70%,需要恒溫的儀器室可裝雙層門窗及空調裝置。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,還會產生靜電、大型精密儀器室的供電電壓應穩(wěn)定,一般允許電壓波動范圍為±10%。必要時要配備附屬設備(如穩(wěn)壓電源等)。為保證供電不間斷,可采用雙電源供電。應設計有專用地線,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,最好設在就近室為能建鋼瓶室(方向朝北)的位置。放儀器用的實驗臺與墻距離500mm,以便于操作與維修,室內有有良好的通風,原子吸收儀器上方設ju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、瞬時停電、電壓不足等影響儀器動作,可根據(jù)需要選用不間斷電源(UPS)。在設計專用的儀器分析室的同時,就近配套設計相應的化學處理室,這在保護儀器和加強管理上是非常必要的。
2、化學分析室
在化學分析室中進行樣品的化學處理和分析測定,工作中常使用一些小型的電器設備及各種化學試劑,如操作不慎也具有一定的危險性,針對這些使用特點,在化學分析室設計上應注意以下要求:
(1)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??刹捎盟ナ孛妫皯粢芊缐m,室內采光要好,門應向外開,大實驗室應設兩個出口,以利于發(fā)生意外時人員的撤離。
(2)供水和排水:供水要保證必須的水壓、水質、和水量以滿足儀器設備正常運行的需要,室內總閥門應設在易操作的顯著位置,下水道應采用耐酸堿腐蝕的材料,地面應有地漏。
(3)通風設施:由于化驗工作中常常會產生有毒或易燃的氣體,因此化驗室要有良好的通風條件,通風設施一般有3種:
①全室通風:采用排氣扇或通風豎井,換氣次數(shù)一般為5次/時。
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。在教學實驗室中產生有害氣體的上方,設置 局部排氣罩以減少室內空氣的污染。③通風柜:這是實驗室常用的一種局部排風設備。內有加熱源、水源、照明等裝置??刹捎梅阑鸱辣慕饘俨牧现谱魍L柜,內涂防腐涂料,通風管道要能耐酸堿氣體腐蝕。風機可安裝在頂層機房內,并應有減少震動和噪音的裝置,排氣管應高于屋頂2m以上。一臺排風機連接一個通風柜較好,不同房間共用一個風機和通風管道易發(fā)生交叉污染。通風柜在室內的正確位置是放在空氣流動較小的地方,或采用較好的狹縫式通風柜。通風柜臺面高度800mm,寬750mm,柜內凈高1200-1500mm,操作口高度800mm,柜長1200-1800mm。條縫處風速0.3-0.5m/s視窗開啟高度為300-500mm。擋板后風道寬度等于縫寬2倍以上。
(4)煤氣與供電:有條件的化驗室可安裝管道煤氣?;炇业碾娫捶终彰饔秒姾驮O備用電。照明最好采用熒光燈。設備用電中,24h運行的電器如冰箱單獨供電,其余電器設備均由總開關控制,烘箱、高溫爐等電熱設備應有專用插座、開關及熔斷器。在室內及走廊上安裝應急燈,備夜間突然停電時使用。
(5)實驗臺:實驗臺主要由臺面、臺下的支架和器皿柜組成,為方便操作,臺上可設置藥品架,臺的兩端可安裝水槽。實驗臺面一般寬750mm,長根據(jù)房間尺寸,可為1500-3000mm,高可為800-850mm。臺面常用貼面理化板、實芯理化板、耐腐人造石或水磨石預制板等制成。理想的臺面應平整、不易碎裂、耐酸堿及溶劑腐蝕,耐熱,不易碰碎玻璃器皿等。
3、輔助用室
(1)藥品儲藏室:由于很多化學試劑屬于易燃、易爆、有毒或腐蝕性物品,故不要購置過多。儲藏室僅用于存放少量近期要用的化學藥品,且要符合危險品存放安全要求。要具有防明火、防潮濕、防高溫、防日光直射、防雷電的功能。藥品儲藏室房間應朝北、干燥、通風良好,頂棚應遮陽隔熱,門窗應堅固,窗應為高窗,門窗應設遮陽板。門應朝外開。易燃液體儲藏室室溫一般不許超過28℃,爆炸品不許超過30℃。少量危險品可用鐵板柜或水泥柜分類隔離貯存。室內設排氣降溫風扇,采用防爆型照明燈具。備有消防器材??梢苑仙鲜鰲l件的半地下室為藥品儲藏室。
(2)鋼瓶室:易燃或助燃氣體鋼瓶要求安放在室外的鋼瓶室內,鋼瓶室要求遠離熱源、火源及可燃物倉庫。鋼瓶室要用非燃或難燃材料構造,墻壁用防爆墻,輕質頂蓋,門朝外開。要避免陽光照射,并有良好的通風條件。鋼瓶距明火熱源10m以上,室內設有直立穩(wěn)固的鐵架用于放置鋼瓶。實驗室的建設,無論是新建、擴建、或是改建項目,它不單純是選購合理的儀器設備,還要綜合考慮實驗室的總體規(guī)劃、合理布局和平面設計,以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環(huán)境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統(tǒng)工程,在現(xiàn)代實驗室里,先進的科學儀器和*完善的實驗室是提升現(xiàn)代化科技水平,促進科研成果增長的必bei條件?!耙匀藶楸?,人與環(huán)境"己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環(huán)保、實用、耐久、美觀、經濟“的規(guī)劃設計理念。規(guī)劃設計主要分為六個方面:平面設計系統(tǒng)、單臺結構功能設計系統(tǒng)、供排水設計系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、特殊氣體配送系統(tǒng)、有害氣體輸出系統(tǒng)等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。
二、平面設計系統(tǒng)
平面設計主要考慮以下幾個方面的因素:
1、疏散、撤離、逃生、順暢、無阻,安全通道:一般實驗室門主要向里開,但如設置有爆炸危險的房間,房門應朝外開,房門材質最好選擇壓力玻璃。
2、人體學(前后左右工作空間):wanmei的設備與科技工作者操作空間范圍的協(xié)調搭配體現(xiàn)了科學化、人性化的規(guī)劃設計。在做平面設計的時候,首先要考慮的因素是就是“安全",實驗室是最易發(fā)生爆炸、火災、毒氣泄露等的場所。在做平面設計的時候,應盡量地要保持實驗室的通風流暢、逃生通道暢通。根據(jù)國際人體工程學的標準。做如下的劃分以供參照:實驗臺與實驗臺通道劃分標準(通道間隔用L表示)
L>500mm時,一邊可站人操作
L>800mm時,一邊可坐人操作
L>1200mm時,一邊可坐人,一邊可站人,中間不可過人
L>1500mm時,兩邊可坐人,中間可過人
L>1800mm時,兩邊可坐人,中間可過人可過儀器
天平臺、儀器臺不宜離墻太近,離墻400mm為宜。為了在工作發(fā)生危險時易于疏散,實驗臺間的過道應全部通向走廊。另:實驗室建筑層高宜為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驗室凈高宜為2.5米-2.7米(不包括吊頂);實驗室走廊凈寬宜為2.5米-3.0米.普通實驗室雙門寬以1.1米-1.5米(不對稱對開門)為宜,單門寬以0.8米-0.9米為宜。
3、專業(yè)學科功能:實驗室通常按物理學,無機化學,有機合成化學,生物學來分類。根據(jù)實驗室內容、用途和規(guī)模的不同又各有自己的特點,比如基礎教學實驗室,按學科專業(yè)分,多為較簡單的教學實驗對水電氣風等要求較低,而科研機構對實驗室通風、供排水、電控及潔凈都要求較高,但實驗室設計的基本原則都是具有共同性的,以有機化學為例,主要由化學基本實驗室、儀器分析實驗室、潔凈實驗室、電子計算機室、研究室、輔助實驗室、服務供應室等組成。
(1)化學基本實驗室:主要是進行容量分析、離子測定、氧化還原等實驗,一般設計的裝備有:實驗臺與洗滌臺;通風柜及管道修檢井;帶試劑架的實驗臺及輔助工作臺,需考慮設在實驗室內的研究空間或電腦臺,藥品柜、器皿柜、落地安置的儀器設備、急救器等。
(2)儀器分析實驗室:主要設置各種大型精密分析儀器,同時也包括普通小型分析儀等,一般設計的裝備有:儀器臺、實驗臺、通風柜、天平臺、電腦臺、氣瓶柜、洗滌臺、器皿柜、藥品柜、急救器、萬向排氣罩、原子吸收罩等。
以下列出各類儀器分析實驗室的要求,以供參考。
各類儀器分析實驗室要求:
(1)氣相色譜分析室:主要是對容易轉化為氣態(tài)而不分解的液態(tài)有機化合物及氣態(tài)樣品的分析。儀器設備主要有氣相色譜儀,具有計算機控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),自動化程度很高,對有機化合物具有高效的分離能力,所用載氣主要有:H2、N2、Ar、He、CO2等。但對高沸點化合物,難揮發(fā)的及熱不穩(wěn)定的化合物、離子化合物、高聚物的分離卻無能為力。要求局部排風及避免陽光直射在儀器上,避免影響電路系統(tǒng)正常工作的電場及磁場存在,一般設計:儀器臺(應離墻以便儀器維修)、萬向排氣罩、電腦臺(一般在儀器臺旁配置)、邊臺、洗滌臺、試劑柜等。
(2)液相色譜分析室:主要體現(xiàn)在高效率分離,對復雜的有機化合物分離制取純凈化合物,定量分析和定性分析,儀器設備主要有:高效液相色譜儀,適宜于高沸點化合物、難揮發(fā)化合物、熱不穩(wěn)定化合物、離子化合物、高聚物等,彌補氣相色譜儀的不足。環(huán)境和實驗室基礎裝備設計要求與氣相色諳室相近。
(3)質譜分析室:主要是對純有機物的定性分析,實現(xiàn)對有機化合物的分子量、分子式、分子結構的測定,分析樣品可以是氣體、液體、固體,主要設備有質譜儀、氣-質聯(lián)用儀。質譜儀是利用電磁學的原理,使物質的離子按照基特征的質荷比(即質量m與電荷e之比—m/e)來進行分離并進行質譜分析的儀器,缺點是對復雜有機混合物的分離無能為力。氣相色譜分離效率高,定量分析簡便的特點,結合質譜儀靈敏度高,定性分析能力強的特點,兩種儀器聯(lián)用為氣-質聯(lián)用儀。可以取長補短,提高分析質量和效率。質譜儀可能有汞蒸汽逸出,要考慮局部排風。
(4)光譜分析室:主要是根據(jù)物質對光具有吸收、散射的物理特征及發(fā)射光的物理特性,在分析化學領域建立化學分析。主要的儀器是原子發(fā)射光譜儀、原子吸收光譜儀,分光光度計、原子熒光光譜儀、熒光分光光度計、X射線熒光儀、紅外光光譜儀、電感耦合等離子體(LCP)光譜儀、拉曼光譜儀等。實驗室應盡量遠離化學實驗室、以防止酸、堿、腐蝕性氣體等對儀器的損害,遠離輻射源;室內應有防塵、防震、防潮等措施。儀器臺與窗、墻之間要有一定距離,便于對儀器的調試和檢修。應設計局部排風。使用原子吸收罩排風較為適宜。以上實驗室,根據(jù)實際需要可設置樣品處理室,一般有洗滌臺、實驗臺、通風柜等設備,同化學實驗室類似。
潔凈實驗室主要是通過人為的手段,應用潔凈技術實現(xiàn)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(shù)??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。
(5)潔凈室潔凈室:一般實施兩級隔離,一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現(xiàn);二級隔離通過實驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。但由于凈化空調需要風量小為了安全起見,風量都按大的估算,一般都要超過規(guī)范規(guī)定,物別是百級以上,冷熱負荷在要求不是很嚴格的情況可能估算,現(xiàn)在專門有凈化空調機組,可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。一般實驗室裝備有: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實驗室為例(PCR即聚合酶鏈式反應),是分子生物學研究和實驗的常規(guī)方法,也是生物學、醫(yī)學臨床等領域廣泛應用的實驗技術。其特點是能將微量的DNA大幅增加,實驗室通常分為四個區(qū)域,即:試劑儲存和準備區(qū)、標本制備區(qū)、擴增反應混合物配制和擴增區(qū)、擴增產物分析區(qū)(如使用全自動分析儀,區(qū)域可適當合并)。進入各個區(qū)域必須嚴格按照單一方向進行,不同的工作區(qū)域使用不同的工作服(例如不同的顏色)。工作人員離開時,不得將工作服帶出。
試劑儲存和準備室(標本制備區(qū)),儀器主要配置有:冷凍離心機、生物安全柜、冰箱、可移動紫外燈、全自動力核酸蛋白純化儀、專用工作服和工作鞋等。擴增反應混合物配制和擴增區(qū)配置有:冰箱、高速離心機、超凈工作臺、PCR儀(要求負壓狀態(tài))、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。擴增產物分析區(qū)主要配置有: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、可移動紫外燈等。
電子計算機室和研究室,電子計算機與我們的生活最為密切,主要考慮空調散熱、電源電壓等問題。配置的裝備主要是帶鍵盤儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方,對我們實驗室裝備要求較低,在此不多作講解。
(6)輔助實驗室: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,分析天平是化學實驗室必bei的常用儀器,高精度天平對環(huán)境有一定要求,主要是氣流和風速的影響,天平室應靠近化學實驗室,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。天平室內不得設置洗滌臺或任何管道穿過窒內,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,一般放置在高溫工作臺上,但特大型的恒溫箱須落地安置為宜,高溫爐秘恒溫箱須分開放置。純水室,主要是設計的實驗裝備有;邊臺和洗滌臺?,F(xiàn)代實驗室多使用去離子水、水量大且能保證水質。地面需設地漏。氣瓶室,實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qiti氫氣、一氧化碳;劇毒氣體為氟氣、氯氣;助燃氣體為氧氣等,這些氣體不得進行實驗室??梢酝ㄟ^管子接到各實驗室內。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,一般應配置:通風柜、實驗臺、試劑柜。
服務供應部分,為基本實驗室和輔助實驗室服務的場所,如高壓鍋室和水電氣輔助室等。只需稍作了解。
4、實驗室工作人員總人數(shù)
5、儀器設備布局
6、工作程序、流程專業(yè)設計
第一部分為平面設計,甲方使用方先拿出最根本的功能要求、分布方案,我們給出初步方案。因為傳統(tǒng)實驗室建筑設計按國家建筑標準,僅是以外型和室內結構為主,并非以實驗室功能為主,建筑設計與功能設計脫節(jié)。
第二部分為單臺功能,單臺結構設計,應逐項、逐件、逐層,從整棟大樓、分層、分房間、分單件設計確定,全面細分確認。
第三部分,全部確認后,進入招標程序,然后中標方與甲方配合,裝修和凈化工程先行,交工驗收后實驗室基礎配套將進入責任明確階段,承擔責任,全部完工時集中同時驗收,基礎裝備部分為產品測試標準,測試與前兩項工程不同,有很大區(qū)別不可等同對待。
7、凈化室地面、墻壁通風流暢,防止死角,室內四角盡量空閑,易打理,簡潔。
三、單臺結構功能設計系統(tǒng)
不同專業(yè)采用不同實驗室專用基礎配套裝備,系列產品共分五大部分:A、實驗臺部分;B、儀器臺部分;C、功能柜部分;D、儀器設備部分;E、輸出系統(tǒng)部分
A、實驗臺部分
1、實驗臺的分類
(1)實驗臺按實驗室的功能劃分為:物理實驗臺(主要用于電子、電工、物理實驗);化學實驗臺(主要用于有機、無機化學實驗);生物實驗臺(主要用于凈化無菌實驗,如簡易解剖臺、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:中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架,實驗柜、實驗凳。
2、實驗柜的分類
按材質可分為:鋁木實驗柜、全鋼制實驗柜。
3、臺面的分類
在整個實驗室基礎裝備銷售中,臺面占總報價1/3的份額,臺面的作用可見一斑。
(1)按實驗臺的功能作用可分為:化學實驗臺面:防強酸、強堿、耐高溫;耐98%的濃硫酸;如實芯理化板。物理實驗臺面:防靜電、耐溫、抗滑、穩(wěn)定強;耐28%的硫酸,表面材質為防火板。生物實驗臺面:防水、防止細菌密度強;表面材質為不銹鋼板。
(2)按照臺面材質可分為理化板、環(huán)氧樹脂板、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,對98%硫酸有疵點;環(huán)氧樹脂是高分子材料,耐高溫(380℃),具有優(yōu)良的抗化學腐蝕性能,可修復及復原;大理石一般用于高溫臺、天平臺等,耐高溫,但運輸過程中較容易損壞;陶瓷價格比較昂貴,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(wěn)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驗室,如光譜、色譜、原子分析實驗室等。實驗柜部分是前兩部分服務、儲存,重要功能部分涉及安全、環(huán)保問題;有鋁木和全鋼之分;試劑、藥品、揮發(fā)性藥品、劇du品、氣瓶等儲存功能基本分以下幾種:一般性能藥品柜;揮發(fā)性藥品儲存柜;氣瓶柜;文件柜(資料柜);更衣柜;標本柜;器皿柜
C、儀器設備部分
通風柜;生物安全柜;超凈工作臺;劇du品安全儲存柜;解剖臺;取材臺
D、有害氣體輸出部分
四、供排水設計系統(tǒng)
供排水設計系統(tǒng)主要是為前期實驗室建筑設計服務。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確定,并出具供排水定位圖。
五、電控系統(tǒng)
實驗室供電系統(tǒng)也是實驗室最基本的條件之一。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,并不影響實驗臺儀器的放置和操作位置。線盒采用鋼線槽(主要用于試劑架、邊臺和中央臺臺面上。電線線徑應充分考慮實驗的當前需要和擴容。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確定,并出具電位圖。
六、特殊氣體配送系統(tǒng)
實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qiti(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入實驗室??梢酝ㄟ^輸氣管接到各實驗室內。一般氣相室配置氦氣(He)、氮氣(N2)。氣質聯(lián)用室配置了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接,嚴禁有泄漏的可能。所有的管線在安裝完畢后一定要做氣密性實驗,并在使用前要先除油。由于管道細小,管間距小,安裝過程中可依據(jù)現(xiàn)場情況進行調整,保證間距不小于45mm,氣瓶裝瓶時,易燃易爆與惰性氣體同柜,杜絕兩種易燃qiti同裝一柜。
七、有害氣體輸出系統(tǒng)
實驗室內往往存在許多不利于人體健康的化學物質污染源,特別是有害氣體,將其排除非常重要。但與此同時,能源往往會被大量的消耗,因而實驗室的通風控制系統(tǒng)的要求漸高,實驗室的最新觀念就是將整個實驗室當作是一臺排煙柜,如何有效的控制各種進排氣,達到既安全又經濟的效果是至關重要的。實驗室常用排風設備主要有:通風柜、原子吸收罩、萬向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等。其中通風柜最為常見。