绝大部分实验室都存在着一定的职业健康风险。如果人体长期暴露在有害的空气环境中，会对其寿命有一定影响，美国职业安全与卫生管理局（OSHA）公布的一组调查数据显示：实验室人员的寿命甚至比正常人的寿命要少十余年，而大部分职业病都与实验室污染息息相关，本着以人为本的原则，进行实验污染物控制、保障实验人员职业健康是每个实验室的首要任务。

国内实验室污染情况现状

现阶段国内的实验室污染来源主要来自以下两个方面，第一，实验试剂的存储不当。第二，实验操作对室内空气环境的污染。影响实验室污染情况的原因有很多，有一个非常重要的原因就是实验室前期设计考虑不周。通常情况下，实验室在投入使用之前，或者在刚刚使用的时候，实验室环境是比较整洁而有序的。然而，随着时间的推移，实验任务逐渐增多，会出现实验室空间不足的现象，而且环境状况也越来越差。面对这些问题，我们该如何杜绝？如何从实验室前期设计时就做好充分考虑，保证实验室环境合规可控？

实验污染物控制解决方案

实验装备

1.液相/液质室

近年来，高效液相色谱法的应用越来越广泛，几乎每个实验都有几台液相色谱仪，多的甚至上百台。仪器越多流动相就越多，产生的废液也就越多。如此多的流动相和废液会对实验室环境污染产生非常大的威胁，它们会不断地在实验室中进行挥发，造成实验室环境污染。通常做法是每台仪器增加一个万向罩，而效果却不如人意，万向罩管路弯折较多，罩口风速衰减较快，不但污染物控制效果不佳，整个实验室还形成了一个“万象丛林”的状况。为了解决这个问题，我们给出了一个行之有效的解决办法，在实验室设计之初就增设了一个废液收集系统和液相密封系统，见图1。废液收集系统不但配有密封塞，同时还配有防止逆流的阀门和排气过滤装置，可实现多台液相集中废液系统。

图1 废液收集系统

除了设备的优化，我们也建议优化人机分离的工艺布局方案，最大程度的降低人员风险，保护人员职业健康。

2.有机前处理室

前处理室或理化实验室是整个实验流程的“主战场”，也是化学药品和试剂使用最频繁的地方，大量的化学药品和试剂在使用过程中会挥发到实验环境中。与此同时，前处理、理化实验室也是实验辅助设备仪器最多的地方，各种辅助设备仪器占据了实验室大部分使用空间，造成实验空间严重不足、实验室杂乱无章，进而导致实验室事故发生，产生实验室污染。对于前处理和理化实验室的优化可以从以下几个角度进行：

设备收纳

收纳可以大大改善前处理实验室的乱象。收纳的方式可以从以下几个方面进行：第一，设备收纳。例如真空系统。真空系统在正常运行的时候会有一定的噪音，长时间的处在这样的环境里，会有损实验人员的听力。真空系统的收纳设计是把实验室的真空装置放进一个降噪的设备柜里，从而降低了实验环境的噪音。第二，管道系统的收纳。实验室里会用到很多的管路，比如气路、电路、真空管等，对于新增的设备管道大部分都是直接裸露在实验台外侧，对于这种状况，我们推荐采用模块化实验室家具系统，模块化家具系统就是用确定的模块产品，装配实验室不确定的需求，可以轻松应对仪器增加、需求改变的管路收纳问题。

试剂收纳

应对实验室化学药品和试剂大量挥发的办法就是增设安全柜。而针对安全柜的设置问题我们建议改变传统的布局方式，采用通风柜+安全柜的组合方式，见图2，因为工作人员在使用完化学药品或试剂后，药品和试剂是不能放在通风橱的，需要及时归还，而没过多久又需要同样的药品或试剂，所以，往返拿取药品或试剂就降低了实验人员的效率，采用组合设置的方式不但可以保证试剂安全还可以优化人员操作半径。 

图2 通风柜+安全柜的组合方式 

实验室气流组织

对危险性比较高的化学实验室，绝大部分实验都要求在通风柜里进行，理论上通风柜较高的换气次数会将污染物直接排放到实验室外部，在实验人员和污染物之间形成气流屏障，进而保障实验人员的安全，降低实验室环境污染。

但实际确实如此吗?美国曾经做过一个30000例实际的ASHRAE 110测试调研，结果显示：大量的通风柜都是不安全的，实际运行存在着各种安全问题。这些问题当中，有20%是通风柜的设计问题，也就是说跟通风柜自身产品性能有关；20%是实验室的设计问题；还有35%是通风系统的问题，通风系统对实验的运行状况起着决定性的作用，如果通风系统做的比较好，这个实验室的整体环境要好很多，最后还有25%则是实验人员的操作问题。

图3 两台通风柜的对比图

这是两台通风柜的一个对比图，如图3所示，绿色气体代表的是污染物，左边是一个理想的状态，可以看到实验产生的污染物并没有外溢，都是按照我们所预想的那样，从排风管道中排走。右边则是有一些绿色的气体已经外溢到视窗外面，那么窗外面这个区域显然就是操作人员的呼吸区了，外溢的污染物会直接被实验人员吸入体内。那么这个问题是如何产生的呢？

首先，通风柜设计问题。通风柜在出厂时厂家都会提供检测报告，但是这个检测报告是在理想状态下进行的。而真实的实验室环境与测试的理想环境是不相同的，所以在选择通风柜的时候，我们除了考虑通风柜的面风速是否满足要求，还应该考虑泄漏率和换气效率这两个控制指标，其中泄漏率是可以非常直观表达通风柜是否安全的指标。即使厂家提供的检测报告里面风速、泄漏率和换气效率都是合格的，也不一定能够证明通风柜的运行就一定没有问题，还要考虑到实际现场的平面布局、通风系统和实际使用等等。

图4 两台通风柜垂直布局

实验室平面布局问题。当两台通风柜垂直布局时候，如图4所示，中间可能会有一个夹角，夹角区域实际就是一个涡流区域，这是一个会互相影响的区域。通风柜正常运行有一个非常重要的指标就是通风柜前横断气流，横断气流通常要求是小于三分之一额定面风速，比如按照美标或者国标，当额定面风速是0.5m/s的时候，那就要求，通风柜前的横断气流要小于0.15m/s。然夹角区域的涡流会影响到横断气流，进而影响到通风柜的泄漏率。再比如一个实验室里面如果设计了通风柜的话，通常实验室里都需要补充一定量的新风，送风口位置的设计就很重要，如果送风口离着通风柜比较近，那么在送风的气流比较大的情况下，也是会影响到通风柜前的横断气流，进而导致通风柜的泄漏。

举例实验室的通风系统的问题，这个问题也是最常见的问题，占比达到35%。实验室良好的通风系统设计才是通风柜发挥作用的基础。例如当实验室内部的主管路跟支管路进行连接的时候，要保证它中间的连接角度，可以对照一下自己的实验室，如果支管道跟主管是垂直的话，整个通风系统的压损就会比较大，通常来讲要求是会有一个30°到45°的斜角，再例如通常管路会有一些变径，变径的角度不能超过15°，弯头的角度最好不要超过30°等等。

最后，用户操作的问题。许多实验人员并不是特别了解空气动力学，对通风柜的内部的气流组织形态也并不熟悉。当通风柜内实验物品的摆放不合理时，就会直接干扰到通风柜内部正常的气流组织，当人员操作动作幅度较大或者视窗位置不合理，都会增加柜内气体泄漏的风险。下面我们总结了通风柜在运行时的关键因素： 

平时与操作时，均应尽量将柜门放低至20 ~ 25 cm 以下；

平时与操作时，烧杯、装填化学品的容器、实验器械等尽量置放在柜内中央靠后方的区域；

侧壁附近与前方离柜门开口约15 cm 内不要置放任何烧杯、装填化学品的容器、实检器械等；

烧杯、装填化学品的容器、实验器械等开口至少离工作面15 cm 高；

开丶关柜门时，速度要慢；操作实践时，手与身体的动作尽量放慢；

操作时，人要站后方一点，腹部、胸部离开门槛或柜门至少10 cm；步入操作区及离开时，速度要慢；

执行工作时不可将头探入排气柜内；

减少在柜前走动的机会，若必须在柜前走动，速度务必放慢；

柜门附近不得有电扇、冷气吹拂。尽量降低环境气流的速度，环境气流的速度最好小于0.1 m/s； 

排气柜不得安装在启闭门，窗附近。操作时，应减少门窗启闭的机会；

不要将排气柜作为储藏柜使用。若不得已要在柜内里放或储藏（非实验室操作作）盛有化学品之容器，则必须放置于左右靠近两侧墙后半段的角落，数量不要多。

实验室智能控制

如果通风柜选用的合格，实验室布局合理，通风柜使用时也没有什么干扰，在这种情况下，通风柜一定要设置一套响应即时、控制精准的VAV系统。当通风柜视窗拉起或拉下时，排风风量可以实时响应，保证通风柜视窗前的面风速受控，从而保证柜内气流平顺合理。

局部排风设备控制好了，我们还要关注整个实验室区域。实验室需要做好一个微负压的控制，保证实验室内的气流不干扰到实验室外部环境，比如说办公区。对于整栋建筑而言，我们气流控制的原则是维持气流的定向流即：空气洁净区流向空气污染区。而对于更高要求的实验室，我们则会设置一些节能的控制系统，在保证安全运行的条件下，降低能耗，根据实验需求控制实验环境。

小结

保证实验人员健康和实验室安全运行可以从下面四个方面入手：第一个方面，末端设备。将污染源控制在源头，像上文提到的废液收集的装置，真空系统的集成、冷却循环的集成，废固柜的应用等等，对这些末端设备的安全性进行设计，可以有效地污染源头避免了污染的扩散。第二个方面，针对性的气流组织方案，通过合理的工艺布局，合理的管路设置，实现“实验设备—实验室区域—实验建筑”的气流控制。其第三个方面，控制系统。控制系统要有比较快速的响应，精准的控制策略。最后，全面运维。如果上升到整个实验室，要对实验室的人机料法环进行整体运维，例如实验室的环境温度、湿度，以及各种关键指标的监控，建设形成实验室的整体运维数据。