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实验室安全设计与环境控制优化方案

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:实验室硬件设施是保障实验室安全的首要条件。实验室设备及各种附件应完好,实验室现场布置应合理,通道应畅通,实验室安全标志应齐全,实验室安全防护设施与报警装置应齐全可靠,安全事故抢救设施应齐全。在实验室规划、设计过程中,应根据实验室的功能并结合实验室检测项目进行危险性分析,全面考虑各项安全要求,避免工程设计上的漏洞。环境和实验室基础装备设计的要求与气相色谱分析室相近。

实验室安全设计与环境控制优化方案

食品企业实验室有的是在其他用途的房间的基础上进行改建的,有的年久失修,有的则新增大量仪器设备,存在着结构设计不合理、乱搭乱设、仪器安全空间不足等现象。由于在食品检测过程中,许多仪器需长时间处于运行状态,热量容易积累,同时由于空间有限,导致实验室危险化学品储存不当,这两者共同作用极易引起电失火甚至爆炸事故。

在食品企业实验室设计之初就应该根据企业发展和安全管理的要求,并在对实验室现有功能充分了解的基础上考虑新增检测项目对实验室的要求,以对实验室整体布局和规划进行充分调研、讨论与研究,防止由于实验室用地不足、实验室功能区布局混乱、设备设施材质选用不当、安全防护和环境保护考虑不周而导致安全隐患。这类隐患一旦形成,是很难实施纠正措施的。

实验室硬件设施是保障实验室安全的首要条件。在实验室新建、扩建、改造过程中,应以保证安全为前提,按不同实验室的特点要求,充分考虑实验室的设计和建设、仪器设备的购置和安放,以及实验室水、电、气等管线设施的规范性。

总体来说,所有的实验室都要求远离灰尘、烟雾、噪声和震动源的环境,不应建在交通要道、锅炉房、机房及生产车间近旁(车间化验室除外)。为保持良好的气象条件,实验室一般应为南北方向。实验室设备及各种附件应完好,实验室现场布置应合理,通道应畅通,实验室安全标志应齐全,实验室安全防护设施与报警装置应齐全可靠,安全事故抢救设施应齐全。在实验室规划、设计过程中,应根据实验室的功能并结合实验室检测项目进行危险性分析,全面考虑各项安全要求,避免工程设计上的漏洞

1.实验室用地

由于实验室内的化学药品和被检测物都会在一定程度上对人体的健康产生不良影响,因此为了节省房间而把实验室建在办公室内是不符合安全要求的。做试验的最终目的就是取得可靠的数据,从而为实施方案提供依据。如果试验设备在使用过程中不稳定,就无法保证数据的准确性,而且也不利于保护试验仪器。因此,实验室地基应稳固,应有良好的通风条件,并能对湿度和温度进行有效控制。良好的通风条件可以保证实验室内有充足的新鲜空气,以避免化学气体或挥发物累积而对人体造成伤害。对温度进行有效控制则可以保护精度较高的电子测量设备,防止测量结果失真。

2.实验室功能区的布局

相邻区域的活动相互之间有不利影响时,应采取有效的隔离措施;实验室内不准存放个人衣物、车辆及与试验无关的物品。对实验室应进行合理布局,划分专用的功能区,规定人员和物品的行走路线、通道等。食品企业实验室功能区大致分为四类:精密仪器实验室、化学分析实验室、微生物实验室、辅助室(办公室、储藏室、钢瓶室等)。这些功能区对其安全要求均有不同的特点。

(1)精密仪器室的设计要求

1)精密仪器室的要求。精密仪器室在使用过程中应具有防火、防震、防电磁干扰、防噪声、防潮、耐蚀、防尘、防有害气体侵入的功能;室温应尽可能保持恒定;为保持一般仪器良好的使用性能,温度应控制在15~30℃,有条件的最好控制在18~25℃;湿度应控制在60%~70%;需要恒温的仪器室可装双层门窗及空调装置。

精密仪器室可用水磨石地或静电地板,不推荐使用地毯,因地毯易积聚灰尘,还会产生静电。

微型计算机控制的精密仪器对供电电压和频率有一定要求。为防止电压瞬变、瞬时停电、电压不足等影响仪器动作,可根据需要选用不间断电源,大多配备附属设备(如稳压电源等)。为保证供电不间断,可采用双电源供电。室内应设计有专用地线,接地极电阻应小于4Ω。

2)气相色谱分析室的要求。气相色谱分析室主要用于对容易转化为气态而不分解的液态有机化合物及气态样品进行分析。气相色谱分析室内的仪器设备主要是气相色谱仪。它具有计算机控制系统及数据处理系统,自动化程度很高,对有机化合物具有高效的分离能力,所用载气主要有H2、N2、Ar、He、CO2等。应避免局部排风及阳光直射在仪器上,避免影响电路系统正常工作的电场及磁场存在。气相色谱分析室内一般设有仪器台(应离墙以便仪器维修)、万向排气罩、计算机台(一般在仪器台旁配置)、边台、洗涤台、试剂柜等。气相色谱分析室及原子吸收分析室要用到高压钢瓶,最好设在就近能建钢瓶室(方向朝北)的位置。放仪器用的试验台与墙距离500mm,以便于操作与维修。室内应有良好的通风条件。

3)液相色谱分析室的要求 液相色谱分析室的要求主要体现在高效率分离,对复杂的有机化合物分离制取纯净化合物,定量分析和定性分析。液相色谱分析室内的仪器设备主要有高效液相色谱仪,适宜于高沸点化合物、难挥发化合物、热不稳定化合物、离子化合物、高聚物等的检测,弥补了气相色谱仪的不足。环境和实验室基础装备设计的要求与气相色谱分析室相近。

4)质谱分析室的要求。质谱分析室主要用于对纯有机物进行定性分析,实现对有机化合物的相对分子质量、化学式、分子结构的测定,分析的样品可以是气体、液体、固体,主要设备有质谱仪、气-质联用仪。质谱仪是利用电磁学的原理,使物质的离子按照基特征的质荷比(即质量与电荷之比)来进行分离并进行质谱分析的仪器。其缺点是对复杂有机混合物的分离无能为力。气相色谱仪分离效率高,定量分析简便的特点,结合质谱仪灵敏度高,定性分析能力强的特点,两种仪器联用为气-质联用仪,可以取长补短,提高分析质量和效率。质谱仪可能有汞蒸气逸出,要考虑局部排风。

5)光谱分析室的要求。光谱分析室的作用主要是根据物质对光具有吸收、散射的物理特征及发射光的物理特性,在分析化学领域建立化学分析。光谱分析室内主要的仪器是原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪、分光光度计、原子荧光光谱仪、荧光分光光度计、X射线荧光仪、红外光光谱仪、电感耦合等离子体(LCP)光谱仪、拉曼光谱仪等。光谱分析室应尽量远离化学实验室,以防止酸、碱、腐蚀性气体等对仪器的损害,并远离辐射源;室内应有防尘、防震、防潮等措施;仪器台与窗、墙之间要有一定距离,便于对仪器的调试和检修;应设计局部排风设施,使用原子吸收罩排风较为适宜。

在设计专用的仪器分析室的同时,应就近配套设计相应的化学处理室,这在保护仪器和加强管理上是非常必要的。

(2)化学分析室的设计要求 化学分析室用于样品的化学处理和分析测定。在化学分析室中经常使用一些小型的电器设备及各种化学试剂,若操作不慎,则具有一定的危险性。针对这些使用特点,在化学分析室的设计上应注意以下要求:

1)建筑要求。化验室的建筑应耐火或用不易燃的材料建成,隔断和顶棚也要考虑防火性能,可采用水磨石地面,窗户要能防尘,室内采光要好,门应向外开,大实验室应设两个出口,以在发生意外时利于人员撤离。

2)给水和排水。供水要保证必需的水压、水质和水量,以保证仪器设备正常运行,室内总阀门应设在易操作的显著位置,下水道应采用耐酸碱腐蚀的材料,地面应有地漏

3)通风设施。实验室内往往存在许多不利于人体健康的化学物质污染源,特别是有害气体,将其排除非常重要。但与此同时,能源往往会被大量消耗,因而实验室的通风控制系统既要安全,又要符合节约能源的需要。有效地控制各种进气和排气,达到既安全又经济的效果是至关重要的。通风设施有以下三大类型:

①全室通风:采用排气扇或通风竖井,换气次数一般为5次/时。

②局部排气罩:一般安装在大型仪器产生有害气体部位的上方,以减少室内空气的污染。

通风柜:这是实验室常用的一种局部排风设备。通风柜是安全处理有害、有毒气体或蒸汽的通风设备,用来捕捉、密封和转移污染物以及有害化学气体,防止其逃逸到实验室内。通风柜内的气流通过排风机将实验室内的空气吸进通风柜,将通风柜内污染的气体稀释并通过排风系统排到户外后,可以达到低浓度扩散的目的。通风柜内有加热源、水源、照明等装置。可采用防火防爆的金属材料制作通风柜,内涂防腐涂料通风管道要能耐酸碱气体腐蚀。一台排风机连接一个通风柜较好,因为不同的房间共用一个风机和通风管道易发生交叉污染。通风柜应放在室内空气流动较小的地方,或采用较好的狭缝式通风柜。(www.xing528.com)

4)煤气与供电。有条件的化验室可安装煤气管道。化验室的电源分照明用电源和设备用电源。照明最好采用荧光灯。设备用电中,24h运行的电器(如冰箱)单独供电,其余电器设备均由总开关控制,烘箱、高温炉等电热设备应有专用插座、开关及熔断器。在室内及走廊上安装应急灯,在夜间突然停电时使用。

5)试验台。试验台主要由台面、台下的支架和器皿柜组成。为方便操作,试验台上可设置药品架,两端可安装水槽。试验台面宽度一般为750mm,长度根据房间尺寸,可为1500~3000mm,高度可为800~850mm。台面常用贴面理化板、实心理化板、耐蚀人造石或水磨石预制板等制成。理想的台面应平整,不易碎裂,耐酸碱及溶剂腐蚀,耐热,不易碰碎玻璃器皿等。

(3)辅助用室 辅助用室主要有储藏室、钢瓶室、天平室、高温室、纯水室、溶液配制室等。

1)储藏室。很多化学试剂属于易燃、易爆、有毒或腐蚀性物品,不应一次性购置过多。储藏室仅用于存放少量近期要用的化学药品,应具有防明火、防潮湿、防高温、防日光直射、防雷电的功能。房间应朝北、干燥、通风良好,顶棚应遮阳隔热,门窗应坚固并设遮阳板,窗应为高窗,门应朝外开。易燃液体储藏室的室温一般不许超过28℃,爆炸品储藏室的温度不许超过30℃。少量危险品可用铁板柜或水泥柜分类隔离储存。室内应设排气降温风扇,并采用防爆型照明灯具,备有消防器材。可将符合上述条件的半地下室作为药品储藏室。

闪点较低的酒精、丙酮甲苯二甲苯四氢呋喃等危险化学品在消防安全方面存在较大风险,应注意其存储地点及防火分区设置的合理性。存储甲类易燃液体的危险化学品仓库应单独设立,仓库内的隔墙应密闭,形成有效防火分区,隔板材质应达到防火要求。

食品企业实验室的消防设施等级应高于办公楼消防设施设计的要求。某些企业在改建或扩建期间,将普通办公室当作实验室使用,其消防设施可能只能满足办公室最低要求而远远无法满足存储危险化学品甲类仓库的要求,比如防火防爆要求不达标;仓库内无有效通风条件,易燃气体容易积聚;同时仓库内所有电器未采用防爆电器;地板为普通地板,易产生火花和静电,极易引发火灾、爆炸事故;仓库内没有温度调节设备,在炎热的夏季,低闪点、低沸点的危险化学品包装受热膨胀,极易引发爆炸事故。这些都是食品企业要特别注意避免的。

2)钢瓶室。实验室用气除不燃气体(氮气、二氧化碳)、惰性气体(氩气、氦气等)外,其他均为高压、剧毒、氧化分解、爆炸等危险性气体,如易燃气体氢气、一氧化碳,剧毒气体氟气、氯气,助燃气体氧气等,这些气体不得进行实验室,可以通过管子接到各实验室内。易燃或助燃气体钢瓶应安放在室外的钢瓶室内,钢瓶室应远离热源、火源及可燃物仓库。钢瓶室要用非燃或难燃材料建造,墙壁应防爆,采用轻质顶盖,门朝外开,要避免阳光照射,并有良好的通风条件。钢瓶距明火热源10m以上,室内应设有直立稳固的铁架,用于放置钢瓶。

3)天平室。分析天平是化学实验室必备的常用仪器。高精度天平对环境有一定要求,主要是气流和风速。天平室应靠近化学实验室,以方便使用,但不宜与高温室和有较强电磁干扰的房间相邻。高精度微量天平宜设在底层。天平室内不得设置洗涤台,严禁任何管道穿过室内,以免管道渗漏而影响天平的维护和使用。

4)高温室。高温炉和恒温箱是常备设备,一般放置在高温工作台上,但特大型的恒温箱以落地安置为宜,高温炉和恒温箱必须分开放置。

5)纯水室。纯水室内的试验装备有边台和洗涤台。现代实验室多使用去离子水,水量大且能保证水质。纯水室的地面需设地漏。

6)溶液配制室。用于配制各种标准溶液和不同浓度的溶液。在条件允许的情况下,溶液配制室可由两个房间组成,其中一个房间设有天平台,另一间用于配制试剂和存放试剂,一般应配置通风柜、试验台、试剂柜。

(4)生物学实验室 食品企业通常将具有一定洁净程度的实验室作微生物实验室。洁净实验室主要是通过人为的手段,应用洁净技术来控制室内空气中的尘埃、含菌浓度、温度、湿度与压力,以达到所要求的洁净度、温度、湿度和气流速度等。空气洁净度是指洁净空气中的含尘程度。空气洁净度的级别以含尘浓度划分。洁净度是指每升空气中所含粒径大于或等于0.5μm的尘粒的总颗粒数。我国的空气洁净等级标准分为100级、1000级、10000级、100000级,国际标准则划分为1级、2级、3级、4级、5级。

洁净室一般实施两级隔离:一级隔离通过生物安全柜、负压隔离器、正压防护服手套、眼罩等实现;二级隔离通过实验室的建筑、空调净化和电气控制系统来实现。但由于净化空调需要的风量小,为了安全起见,风量都按大的估算,一般都要超过规范规定,特别是百级以上,在要求不是很严格的情况下估算冷热负荷。现在专门有净化空调机组,可以直接利用。2~4级生物安全实验室应实施两级隔离。一般实验室装备有超净工作台、生物安全柜、边台或不锈钢操作台、洗涤台等。

PRC(聚合酶链式反应)实验室是分子生物学研究和试验的常规方法。其实验室通常分为四个区域,即:试剂储存和准备区、标本制备区、扩增反应混合物配制和扩增区、扩增产物分析区(若使用全自动分析仪,则区域可适当合并)。进入各个区域必须严格按照单一方向进行,不同的工作区域使用不同的工作服(例如不同的颜色)。工作人员离开时,不得将工作服带出。

试剂储存和准备区(或标本制备区)的仪器主要配置有冷冻离心机、生物安全柜、冰箱、可移动紫外灯、全自动核酸蛋白纯化仪、专用工作服和工作鞋等。扩增反应混合物配制和扩增区的仪器主要配置有冰箱、高速离心机、超净工作台、PCR仪(要求负压状态)、可移动紫外灯、微量加样器、核酸扩增仪等。扩增产物分析区的仪器主要配置有移液器振荡器、超净工作台、毛细管电泳仪、冰箱、离心机、微量加样器、可移动紫外灯等。

食品企业可依据自身的实际情况进行分区(而不必要一定要设置单独的实验室),应将不相容活动的相邻区域进行有效的隔离,防止交叉污染。

3.实验室安全防护和环境保护

为了防止实验室中不规范的操作造成有毒、有害物质误排放、误伤害等情况,应做好实验室的安全防护和实验室以及实验室周围的环境保护工作。

1)实验室必须保证其场地、能源、采光、采暖、通风等设施条件和灰尘、电磁、温度、湿度、噪声、振动、有害气体、微生物等环境条件满足相关法律法规、技术规范或标准的要求。

2)实验室内应配备合适的灭火装置或喷水消防系统,并有相应的应急处理措施。实验室内可能产生静电的部位、装置应设有明确标记和警示,对其可能造成的危害要有妥善的预防措施;实验室内所用的高压、高频设备要定期检修,要有可靠的防护措施;定期检查线路,测量接地电阻。

3)气瓶必须存放在阴凉、干燥的房间内,严禁明火,远离热源,且各类不同的气瓶不能混杂存放;使用中的气瓶要直立固定放置,严禁横卧滚动;气体应在储存期限内使用,并定期作技术检验和耐压试验。

4)对通风橱每年都应根据设计标准检查一次。在使用过程中,不要抬高通风橱的外罩,使之高于检验时所设置的高度;放置设备和化学试剂时应尽可能将其往里边放,不要放在下边的槽口;不要把头伸到通风橱里;当外罩打开时,应避免快速运动,以免产生足够的涡流而将气体排到外面;减少通风橱内杂物,只放置一些必需的东西即可。

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