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光谱分析实验室布局设计要求

分类：新闻中心
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来源：
发布时间：2022-07-18
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【概要描述】《国家中长期科学和技术发展和规划纲要（2006~2020年）》和《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中明确提出：在未来五年,组建30多个国家科学中心和国家实验室。在这样的背景下，提出了对实验室建设新的要求，布局合理，安全高效是对实验室建设的基本要求。本文从以下几个方面介绍光谱实验室设计布局的总体思路。

光谱分析实验室布局设计要求

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《国家中长期科学和技术发展和规划纲要（2006~2020年）》和《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中明确提出：在未来五年,组建30多个国家科学中心和国家实验室。在这样的背景下，提出了对实验室建设新的要求，布局合理，安全高效是对实验室建设的基本要求。本文从仪器存放、空间设计、水电气等管路设计、通风及废气处理等方面全面介绍了光谱实验室的布局思路。可以为新建的光谱类实验室提供设计思路。

首先是关于仪器存放位置的设定，大型仪器设备存放位置需要关注运行及环境。一般情况下，质量较大的仪器应选择在较低楼层的房间，从而方便运输及后期的运行维护。实验室温度、空气湿度、洁净度都应该满足相应的要求，实现仪器自身性能的完美展现。此外，楼层承重、外界震动、噪声共振等方面都应纳入环境考察范围。采用双空调交替控温，将室内温度控制在15~30 ℃内，保证气温变化率每小时不超过2.8 ℃。同时，采用除湿机控湿，实现相对湿度35% RH~50% RH，使仪器达到良好的测试运行状态。采用温湿度监控装置实时监测环境条件。当然，要实现超痕量分析时，则需尽可能减少仪器污染，使制样、样品前处理及测试过程均处于超净环境中。

制样、测试及数据处理等工序的空间设计

在光谱实验室测试样品的制备过程，由于涉及到强酸、挥发性浓酸的使用，因此需在隔离的空间内操作，且通风橱及通风管道应采用防酸碱腐蚀类材质。此外，光谱实验室涉及到原子吸收分光光度计、原子荧光光度计、电感耦合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪及X射线荧光分析仪。其中电感耦合等离子体质谱仪的运行需要用到多种类型气体，适宜的气压，大量的气源供应，从而考虑设计专业的气体储存空间以及二级减压管路，实现安全、便捷的气体供应。实验室设计气路供应系统最好将各种类型的气体统一放在实验楼外有防爆、及漏气警报的隔离间。通过不锈钢气路送入各实验室内。原子吸收分光光度计、原子荧光光度计所在的实验室需要氩气及乙炔，要在仪器桌面上设计二级减压阀用以控制氩气及乙炔流量。电感耦合等离子体质谱仪需要氩气、氦气、氨气。根据实验室安全的相关管理规定：气体存储地应避免阳光直射，远离易燃易爆物品。此外，存储地应当具备良好的通风环境及设施，包括通风口及万向排气罩等设计。当然，根据实验室现场的空间结构，气体存储地应尽量靠近通风口，并将样品制备操作间与仪器间进行隔离，避免酸碱对于主机及相关设备的腐蚀。原子吸收分光光度计的反应气体涉及易燃易爆乙炔使用，因而实验室需要设计实时监控的防爆装置。且乙炔气体需要单独存放。

水、电、气的管路铺陈及维护考虑

无论是房屋的简单装修布局还是大型仪器室的设计，水、电、气的管路铺设与后期维护问题历来是各项工程前期的重点。结合房屋本身的建筑布局，包括原有消防管道、上下水设施、监控设施、烟雾报警器、风管通道设计等，从自身需求出发，将实验室规划安全性放在首要位置。

水管布局

由于仪器的使用需要配备相应的纯水/超纯水系统，因而涉及到进出水位点，包括通风橱及水槽，而水槽的三通式龙头也要满足纯水/超纯水系统的进水需求。为减少地面排水管路的长度，方便后期的疏通及维护，排水装置应尽可能接近原有的集中下水通道。当然，除了进出水之外，实验室内部空间上层的防水、排水设计也必须考虑，以避免上层排水系统爆管或冷凝水聚集造成大型仪器设备损坏。事实上，由于控温控湿的需要以及操作空间的分割，空调及除湿机的排水也必须设计，因而需要在室内铺设相应的封闭式排水管路，实现完善的水管布局。此外光谱类实验室水管及下水管需要耐酸碱腐蚀。

电路的设计

电路的设计主要涉及电路电线的种类、开关的类型、用电位点的布局三部分。一般来讲，针对具体的大型仪器，仪器本身及附件都是固定数量及类型的用电点，但除仪器设备之外，还需考虑操作台面、通风橱、风机、空调、照明、除湿机、纯水/超纯水系统以及后期会陆续配备的设施，因而用电位点的排布遵循“宁多勿少”的原则，避免存在安全隐患的排插被使用。通常，大型仪器需要稳定的供电，因此采用不间断电源(UPS)设备实现仪器及配套仪器的供电，防止突发断电造成的仪器损坏及安全性问题。电感耦合等离子体质谱仪等大型仪器主机负荷较大，且进口设施在配套电源插座方面较难匹配，因此通常采用独立的空气开关实现主机供/断电的控制。空调等设备区别于照明，需进行专属线路的铺设，并配备专业的防漏电插座，并且根据各类设备耗电功率的不同，铺陈线路的型号也会进行相应的选定，完成科学合理的电路设计。实验室耗电设施设备的总功率必须在房屋的安全耗电限度之内。

气路设计

气路的设计对光谱实验室运行尤为重要。电感耦合等离子体发射光谱仪及电感耦合等离子体质谱仪采用氩气作为等离子气体源，仪器运行状态下氩气的消耗较大，通常使用量在14~20 L/min，因而采用4瓶钢瓶氩气同时供气，气体输送方面也有相应的要求，包括管路的防爆、防漏、远离明火等。为了便捷、实时操作，更好地控制气体流量，可通过二级减压来完成终端气体的调控。

此外，在水、电、气的管路维护方面，规划设计的基本原则便是安全、便捷，减少维修过程中可能导致的周围环境变化，最大限度保障大型仪器的正常运行。

通风设计及废气处理

原子吸收分光光度计、原子荧光分光光度计、电感耦合等离子体发射光谱仪需要使用原子吸收罩。电感耦合等离子体质谱仪需要单独的排风，风速要求10 m/s以上。光谱检测室前处理需要通风橱，通风橱将酸性废气抽到碱性吸收塔里吸收后排往大气中。光谱检测室的通风系统必须与有机前处理的通风系统分开，以免酸性废气与有机类废气混合后发生爆炸的风险。

实验室规划安全须知

实验室安全历来是实验室运行管理的重点。近年来，各大高校及科研院所实验室时发火灾、爆炸、毒害、机电伤人等事件，而造成事故的原因多为以下几类：

■ 使用和管理电源不当，操作错误或电路老化、超负荷用电等问题；

■ 易燃易爆化学品的存储、使用或管理不当；

■ 高压容器的存放、操作存在安全问题；

■ 气体管道的老化、气体泄漏以及人为的错误操作等因素；

■ 实验室化学品及实验操作管理规范化不到位。

因此，针对以上造成事故的主要原因，在前期的实验室设计布局及实验室后期操作运行过程中都需要进行详细、正确、规范的管理。建立健全实验室安全管理制度与操作规程、落实实验室安全管理责任、加强安全知识普及教育、提高实验室安全防范意识、规范化学试剂取用流程，也是非常必要的。

光谱实验室设计合理有利于高效安全的开展工作。当前实验室设计还存在许多不足，例如，没有设计废液处理系统，有可能会对环境造成污染。光谱实验室设计未来的发展方向会趋于智能化、人性化。使检测人员与大型仪器有效的分离，从而保护检测人员的身体健康。光谱实验室的无机前处理室也会采用更加智能化、自动化的设备从而降低人力成本。总之，未来的光谱实验室必将是更加合理、安全、高效、人性化的智能化实验室。

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