方江鄰,陳小華,楊勇.精密儀器實驗室對環(huán)境的要求和改進措施的研究.實驗技術(shù)與管理.2008.V25.1141-143。

 1　實驗室環(huán)境要求
精密儀器實驗室對環(huán)境的要求主要有4 個方面, 分別為溫度、濕度、潔凈度和防震。
1. 1　對溫度的要求
溫度是實驗室環(huán)境中一個重要方面, 絕大多數(shù)精密儀器設(shè)備在較高或較低的溫度條件下都不能正常使用。即使在使用溫度范圍內(nèi), 由于溫度的變化, 各種不同材料組成的部件因為膨脹系數(shù)的不同也會發(fā)生扭曲、變形, 與原本的基準(zhǔn)產(chǎn)生偏差。如激光拉曼光譜儀, 雖然有*的基座, 但溫度的變化仍可以使基座上的光學(xué)鏡片組的位置產(chǎn)生變化。而等離子光譜儀使用說明書中要求每小時溫度的變化不能大于±1℃。實踐證明, 溫度不穩(wěn)定、變化太大可使樣品檢測出的數(shù)據(jù)超出標(biāo)本10%以上。

另外電子元器件對溫度也有較高的要求, 溫度的變化會使電子元件參數(shù)發(fā)生漂移。溫度大的變化會影響測試數(shù)據(jù)的精度, 同時也會影響電子元件的壽命。對于使用小型空調(diào)設(shè)備的單個實驗室, 由于空調(diào)器會不間斷啟動、停止, 加上人員頻繁進出, 會使室內(nèi)溫度不能保持恒定, 從而影響到測試數(shù)據(jù)的度。

1. 2　對濕度的要求
大型儀器設(shè)備出現(xiàn)故障zui主要因素之一就是銹蝕。儀器設(shè)備除有各種金屬部件外, 還有許多復(fù)雜、精密的電子線路。我們知道, 不同金屬元素它們原電池的電動勢是不同的, 在氧氣和含有導(dǎo)電成分的水等介質(zhì)影響下, 金屬中不同元素之間會形成腐蝕電池, 使金屬氧化銹蝕, 而復(fù)雜密集的集成電路, 電子元件除銹蝕外還會造成短路。大多數(shù)的儀器故障都是電路的銹蝕導(dǎo)致接觸不良或短路所造成的。長期嚴重的故障能使儀器不可修復(fù)而報廢。所以, 濕度也是影響儀器精密度和壽命的重要因素。單個使用小型空調(diào)設(shè)備的實驗室, 在高溫高濕天氣下, 工作人員不時進出實驗室會帶進室外的高溫飽和水蒸氣, 由于實驗室相對溫度較低,露點條件形成時, 熱飽和空氣就會附著在儀器上, 凝結(jié)成小水珠。即使有去濕機設(shè)備, 也不會很快去除儀器上的水份。因此, 在高溫高濕天氣應(yīng)盡量避免人員頻繁進出, 要長期穩(wěn)定地保持實驗室中的相對濕度。

1. 3　對潔凈度的要求
空氣中的灰塵不斷地附著在儀器電路上, 在水的作用下形成導(dǎo)體, 使密集的電路形成短路而損壞儀器。同樣空氣中的灰塵也會污染樣品和試劑, 影響測試數(shù)據(jù)的度。所以, 一般微量測定的實驗室也需要有空氣過濾器等除塵裝置。大型精密儀器對實驗環(huán)境要求較高, 一般是封閉的房間, 由于實驗室中各種各樣的樣品和試劑總會有少許不斷地逸出到房間空氣中, 加上人體所排出的許多有機物,這些污染物除對儀器造成腐蝕, 對實驗精度造成誤差外, 同時也對工作人員的身體健康造成傷害。為此, 2005年7月, 教育部和國家環(huán)?？偩致?lián)合下發(fā)“關(guān)于加強高等學(xué)校實驗室排污管理的通知”。使用小型空調(diào)的實驗室, 由于沒有室外新風(fēng)的補充及有效的過濾系統(tǒng), 就會造成上述不良問題產(chǎn)生。

1. 4　對防震的要求
振動會嚴重影響精密儀器正常工作。如電子顯微鏡, 它的像差是用光闌控制孔徑角加以限制, 這些光闌直徑為幾百至幾十微米, 定位精度要求幾微米, 任何微小的震動經(jīng)放大幾萬、幾十萬倍后都會導(dǎo)致圖像的波動, 所以固定樣品的機構(gòu)和整個鏡筒的振動都必須控制在顯微鏡的分辨本領(lǐng)之內(nèi)。拍攝原子圖像時, 在曝光時間內(nèi), 樣品的移動不能超出幾分之一原子間距。所以說精密儀器實驗室對建筑和環(huán)境防震方面有很高的要求。

2　改進措施
我?，F(xiàn)代分析中心集中放置有20多套大型精密儀器, 分布于4個樓層, 主要采用中央空調(diào)系統(tǒng)保證儀器設(shè)備對環(huán)境的要求。在實際使用中我們根據(jù)具體要求和出現(xiàn)的問題實施了對應(yīng)的改進措施。
2. 1　溫度改進措施
單位原有20多套進口高精度儀器, 分布于4個樓層, 采用全封閉, 使用中央空調(diào)24 小時工作。在日常運行中保證每小時使空氣交換15 次以上, 并且在輸入的空氣中加有1 /3的室外新風(fēng),每次回輸?shù)目諝舛冀?jīng)過2 次過濾。由于儀器室、工作辦公室、走廊過道與外界是三級間隔, 所以, 溫度、濕度與外界呈階梯關(guān)系, 人員進出不會引起儀器室溫較大的變化。由于早期的中央空調(diào)溫度控制精度不高, 不能滿足少數(shù)實驗室的高要求, 后來我們在這些實驗室的進風(fēng)口上安裝了1臺可逆電動機, 用以控制風(fēng)門的大小, 并且加
了1個2 kW 的電加熱器, 加快空氣溫度的微調(diào)速度。這2個部件都由儀器間中的無觸點水銀溫度控制開關(guān)自行調(diào)控。這樣, 就在不改動整個系統(tǒng)的情況下解決了局部的要求。為改進溫度控制在靈敏度上的不足, 我們還考慮使用電子微控和調(diào)頻技術(shù)來進一步改進。

2. 2　濕度改進措施
由于單位的實驗室是封閉在一個大環(huán)境中, 儀器間與外界呈三級梯度關(guān)系, 濕度大的雨季, 儀器間濕度主要受空調(diào)里新風(fēng)的影響。因此, 我們把去濕機的外殼去掉, 安裝在新風(fēng)管道內(nèi), 使室外潮濕的空氣在進入空調(diào)機內(nèi)前先除去一部分水分, 再經(jīng)過空調(diào)的2次去濕, 這樣進入實驗室時, 能夠保證相對濕度在70%以下。

2. 3　潔凈度改進措施
實驗室空氣中的灰塵主要來源于人員進出和新風(fēng)補充時帶入。為了盡量避免人員帶入室外灰塵, 我們制定了嚴格的制度。必須穿工作服換鞋入內(nèi), 不準(zhǔn)在室內(nèi)吸煙、吃食物, 每個室都有的樣品操作間, 并設(shè)有抽風(fēng)設(shè)備。對于新風(fēng)采用的措施是在新風(fēng)管道口加上1個40目/吋初效過濾器, 加上空調(diào)本身的送回風(fēng)過濾網(wǎng)共有三級去塵。并且保證實驗室與外界之間的靜壓差不小于5 Pa。對于痕量級的實驗室必須單獨改造成超潔凈實驗室。

2. 4　防震的改進措施
為了防止外圍環(huán)境對儀器的影響, 在建筑設(shè)計時, 已在建筑物四周設(shè)有防震溝。對防震要求高的儀器, 必須放在樓層的底層, 并盡可能遠離震動源, 如電梯、空氣壓縮機、泵類等, 并在地面鋪設(shè)膠墊, 防止人員和運貨小車的影響。