Как сделать мощность в химической лаборатории

Обновлено: 05.07.2024

Подвалила мне тут сложная, но приятная задача - составить смету на обустройство химической лаборатории (одна комната) и нарисовать эскиз. Решил выложить примерную калькуляцию на Пикабу. Не то, чтобы я всерьез верил в полезность данной инфы для читателей ресурса - скорее забавы ради.

Буду давать подробные пояснения и картинки, чтобы сделать пост понятным широкому кругу читателей.

Итак, что мы имеем на старте:

1)Лаба под оргсинтез, а также немного под синтез полимеров и материалов.

2)Помещение 60 квадратов (примерно 12*5 м).

4)Практически полная свобода по коммуникациям (вода, однофазное электричество, вытяжка). Единственное ограничение было с 3-фазным электричеством - оно было в одной точке в виде двух розеток.

5)Была дана установка - мебель отечественная, а аппаратура хорошая =) Но без транжирства. Мебель рекламировать не буду, а вот по оборудованию точности ради придется указывать конкретных производителей. Благо они всемирно известны, особо не имеют конкурентов и в рекламе не нуждаются.

Нарисовал планировку и мебель в бесплатной программе, получилось вот что:

Рисовал в какой-то онлайн проге для планировки. Прога оказалась полное Г, проще было в Пейнте по сетке нарисовать. Да ещё и не давала по-человечески экспортировать, и. ладно, проехали.

1)Островные столы, сдвоенные 275*45, оканчивающиеся мойками - 6 шт. На схеме голубые.

-в каждом сливы (микро-раковины 10*10, на эскизе изображены попарно, т.к. находятся реально рядом) - 6 шт

-В каждом двойные розетки - 12 шт. Розетки прога разрешает ставить только на стены, так что не нарисовано.

-Под каждой секцией (каждый стол - 3 секции) - тумбы с выдвигающимися ящиками или распашные. В итоге на стол - 4 длинные тумбы с выдвигающимися, 4 коротких в выдвигающимися, 4 распашных

-На каждом в центре стойка с полочкой

-Над мойкой сушилка - ёлочка

-В полки вмонтирован свет. Реально полезен.

Цена одного стола, с учетом тумб и подводки - 100К если без излишеств. На каждые два стола мойка, с ёлочкой и подводкой - ещё 20К. Итого 220*3 = 660К

Выглядит такая штука примерно так:

Только с мойкой в торце, и утыкана кранами-сливами и розетками по самые помидоры.

2)Тяги, сдвоенные по принципу "спина к спине" 180*72. На схеме салатовые.

-Подкатные тумбы (чтобы бы был доступ к воде и т.п.) - 8 шт. Две из них с подкатными столешницами - т.н. ростовые тяги

-Столешницы я предпочитаю из Дюркона - полимерного материала. Прикол в том, что он очень устойчивый, и при этом безстыковый. Есть ещё безстыковая керамика, но это очень дорого. Да и лабораторное стекло с керамикой не очень дружит.

-в каждой сливы (микро-раковины 10*10, на эскизе изображены попарно, т.к. находятся реально рядом) - 16 шт

-В каждой по две тройные розетки - 16 шт.

-В каждой, разумеется, свет. Свет в тягах интересный - он положен сверху на потолок из плексиглассовых шторок. Шторки нужны для того, чтобы при взрыве ударная волна уходила вверх. шторки легкие, их просто выбивает и всё. Но это сильно уменьшает ударную волну, выходящую вперед - на человека.

-Рассматривается вариант установки в заднюю часть тяги т.н. "обрешетки" - решетки из титановых прутьев, с шагом около 40 см. Бывает удобно собирать большие установки. Хотя я лично не считаю это необходимым.

-Тяги, естественно, подключены к вытяжке (зеленые символы). На один мотор - две тяги, подключены равнодлиным способом, стоит шибер. Правильно рассчитать и установить вытяжку - очень важно. Этот вопрос требует консультации со специалистами по охране труда и ТБ, но по опыту - такие решения они любят и одобряют.

На одного химика приходится один "бенч" - это пространство с двумя тягами и полной стороной островного стола. Поверхности островных столов у дверей - общие, там стоит всякое обобществленное оборудование.

Цена одной тяги, с учетом тумбы и подводки - 350К. На каждые две тяги - мотор, шибер и ещё какая-то электрическая хрень, я не разбираюсь, на 100К. Итого на две тяги - 800К. 800*4 = 3200К.

Уже запахло серьезными деньгами, да? Так вот это ещё цветочки.

Выглядит всё это дело примерно так:

Тут крутой импортный вариант, и сдвоенная тяга. Я считаю на отечественный, но добротный аналог. И перегородка будет посередине. И тумбы подкатные, а не встроенные.

3)Шкафы 80*40, нержа, противопожарные и даже немного противовзрывные - они идут в два ряда по торцам комнаты. 9 шкафов, 5 с вытяжкой, 4 без. На схеме розовые.

-Справа шкафы тоже подключены к вытяжке. Разумеется все к одной, т.к. в норме они закрыты и расход мизерный.

-Слева тоже шкафы, но в их стройные ряды затесался стол - дело в том, что там находятся 2 трехфазные розетки, и будет стоять муфельная печь. Вторую пока ХЗ чем занять, будет резервная. Думал дистиллятор поставить, а потом понял что он в данной ситуации не нужен.

Цена на всё это хозяйство, с подводкой, мотором вытяжки и разводкой газов оценивается в 500К.

Фотку шкафов выкладывать не буду - ничего интересного. Один из шкафов на каждой стороне - газовый, на 3 баллона ориентировочно. В одном будут инертные газы и кислород, в другом - инертные и горючие. Главное, не ставить в один шкаф кислород и горючие =)

И, наконец - вдоль длинной стены - во всю длину идет письменный стол. По сути, обычная кухонная столешница, вернее несколько, т.к. общий размер - 1100*50. Возможно, будет перемежаться стеллажами для бумаг и офисного барахла - ХЗ. По идее, это письменные столы сотрудников, но зуб даю, что на этих столах кроме того будут ставить неопасные приборы, типа вортексов.

На каждую тягу будет по высокому химическому табурету, на каждое "офисное" место - по недорогому креслу на колесиках.

Цена всего этого невелика - с учетом стеллажей и прочего - максимум 100К.

Что ещё? Свет - обычные лампы дневного света, они уже есть. Света должно быть много, не должно быть темных углов. Пол - просто хороший линолеум. Как показывает практика, угробить его сложно, а перестелить легко. Стены, потолок - водоэмульсионка, видимо. или типа того - я точно не знаю. Вся лаба питается с нескольких щитков, которые можно обесточить. Отдельно, по одной, обесточиваются тяги. Плюс есть входной автомат у двери на туеву хучу ампер, который тоже можно перекинуть. Но это в смету не входит, это ремонт.

Итого, по мебели мы накрутили 660 + 3200 + 100 = 3960К. Скорее всего, где-то выдйет экономия, где-то можно будет ужаться. В итоге диапазон - 3.0 - 3.5 млн. р. Для сравнения - крупные гранты основных грантодателей в РФ - РНФ и РФФИ - составляют 5-6 млн. И получить такой грант считается большой удачей! Суммы хозрасчетных контрактов обычно тоже крутятся вокруг этих сумм.

В следующий раз поговорим о самом интересном - об оборудовании и стекле. И, возможно, будет ещё одна часть про реактивы. Но это неточно.

Инструменты и расходники: скрытые герои

Первое, с чем нужно определиться — это помещение. Вам понадобится 15-20 квадратных метров свободного пространства, 2-3 стола и компьютер для управления приборами и обработки полученных результатов. Также всячески рекомендуется, чтобы помещение было хорошо проветриваемым, имело окна, подключенный источник проточной воды и возможность установки вытяжки. Если с этими пунктами все получается, то можно двигаться дальше.

Почти в каждой научной статье есть раздел, в котором подробно описывается, какие приборы и методики использовали в своей работе ученые, но в этих текстах никто никогда не упоминает, например, о марках использованных нитриловых перчаток. Стеклянная посуда, халаты, микродозаторы — все это темная материя биологических исследований, исподволь влияющая на любые их результаты, и поэтому собирать нашу лабораторию мы начнем именно с этих мелочей.

Первое, что обязательно понадобится, — это халаты и одноразовые перчатки , которые не только защищают исследователя от опасных химических реагентов и патогенов, но и препятствуют загрязнению образцов вашими тканями. Также хорошо установить в домашнюю лабораторию ламинарный бокс, обеспечивающий условия для стерильной работы, и добавить к нему автоклав , ультрафиолетовую лампу и горелку , необходимые для обеззараживания инструментов и различных поверхностей.

Посторонним людям лаборатории иногда напоминают стеклянные джунгли. Особенно хорошо эта метафора подходит для химических помещений, но разнообразное стекло (и пластик), конечно, требуются и для биологических экспериментов. В первую очередь вам пригодятся чашки Петри для культивации различных культур, но кроме них понадобится и другое стекло: колбы, стаканы, банки, воронки, измерительные пипетки. Сложно даже представить, сколько бывает видов стеклянной посуды.

Следующий обязательный пункт — это микродозаторы , с помощью которых можно с высокой точностью набирать фиксированные объемы жидкостей для приготовления растворов. Именно с них начинается путь многих молодых экспериментаторов, и иногда даже кажется, будто вся жизнь в лаборатории сводится к этим простым и почти медитативным действиям: насадил насадку на дозатор, набрал жидкость, вылил жидкость, снял насадку.

Другие мелкие расходники одной строкой: ступки и пестики для измельчения реактивов, штативы, разнообразные шпатели , скальпели , пинцеты и другие колюще-режущие инструменты, герметизирующая пленка парафильм (подкладку, на которую наклеен парафильм, тоже пускают в дело и традиционно используют для взвешивания). Полный список лабораторных мелочей может стремиться к бесконечности, и поэтому лучше всего раздобыть себе минимальный набор вроде оговоренного выше, чтобы, приступив к экспериментам, докупать недостающее оборудование в процессе работы.

Приборы: скелет лаборатории

Когда в 70-80-х годах прошлого века в лаборатории стали приходить антропологи, которые исследовали повседневную работу ученых, как до этого изучали туземные народы или маргинальные городские группы, то сперва они сильно удивлялись : никаких фонтанирующих открытий, озарений и Архимедов, выпрыгивающих из ванн, а вместо этого ежедневная рутина с постоянным повторением одних и тех же действий.

Во многом эти ощущения были верны. Так или иначе все научные эксперименты требуют систематичности и поэтому, наверное, около 90 процентов времени начинающего экспериментатора занимает ремесленная работа по обслуживанию научных приборов (с продвижением вверх в научной иерархии это соотношение неизбежно меняется).

Если пытаться как-то классифицировать наши покупки, то все приборы можно будет разбить на две большие группы. Одни из них помогают подготовить образцы для анализов, а другие — провести эти самые анализы.

Начнем с первой группы. Прежде всего нам понадобятся аналитические весы с точностью хотя бы на уровне миллиграммов (иначе будет очень сложно приготовить нужные объемы некоторых растворов). Кроме них в повседневной рутине наверняка пригодятся водный дистиллятор или тридистиллятор для очистки воды от солей и биологических примесей (правда, для точности первых экспериментов полностью хватит и обычных систем очистки питьевой воды), термостатирующий шкаф — инкубатор для выращивания культур, шейкер, холодильник с морозильной камерой, магнитная мешалка и центрифуга для разделения смесей (вместе с эппендорфами или другими пластиковыми емкостями). Все это устройства широкого научного профиля, необходимые не только в биологических, но и физических, химических, материаловедческих и прочих лабораториях.

Кроме того, потребуются и узкоспециальные приборы. Например, работа с ДНК невозможна без ПЦР-амплификатора — устройства, способного с хорошей точностью задавать алгоритм циклического охлаждения и нагревания пробирок, необходимого для проведения полимеразной цепной реакции , с помощью которой можно размножить определенные молекулы ДНК или, например, ввести в них мутации.

Вторая группа, о которой говорилось выше, — это приборы для проведения различных анализов. Если бы инопланетяне попытались описать деятельность земных лабораторий с опорой на какие-нибудь численные метрики, то они наверняка назвали бы их фабриками по производству данных: таблиц, графиков, изображений и бесконечных массивов чисел. Поэтому приборы для проведения анализов — это ключевая часть лабораторий. Они позволяют проникнуть в природу процессов, происходящих за завесой рутины, и помогают представить результаты экспериментов остальному миру: коллегам, спонсорам, коммерческим партнерам и обычным людям.

Но достать эти научные приборы значительно сложней. Во-первых, они заметно дороже большинства перечисленных выше вещей (кроме, возможно, ПЦР-реактора и термошкафа), а во-вторых, в России их часто не продают физическим лицам. Поэтому стоит поискать возможность приобрести подержанные приборы (например, оптический микроскоп) или попытаться собрать их самостоятельно из более доступных комплектующих.

В интернете можно найти немало инструкций, как сделать своими руками самые разные приборы, например устройство для проведения гель-электрофореза , с помощью которого можно разделить ДНК или фрагменты ДНК по массам, что часто необходимо в генетических экспериментах. Некоторые умельцы рассказывают даже, как в домашних условиях смастерить секвенаторы — крайне дорогостоящие приборы, необходимые для определения последовательности ДНК.

Реактивы и препараты: ингредиенты рецептов

Поэтому в выборе ингредиентов лучше всего отталкиваться от экспериментов, которые вы хотите провести, тем более что сейчас можно найти много подробных инструкций для таких экспериментов. В самых простых из них вроде выделения ДНК или выращивания бактериальных культур можно обойтись без дополнительных покупок.

Например, для выделения молекул ДНК может вполне подойдет свежая свиная печень: нужно отделить от нее маленький кусочек, нарезать его на мелкие фрагменты скальпелем и смешать в пробирке с раствором поваренной соли. После этого полученную смесь нужно процедить через фильтровальную бумагу в другую пробирку и добавить туда раствора додецилсульфата натрия. Это вещество разрушает клеточные мембраны и в результате молекулы ДНК будут постепенно выходить в свободной форме в раствор — останется только отделить от остального содержимого клетки. Для этого используют спирт изопропанол, предварительно охлажденный в холодильнике. Его осторожно добавляют в пробирку с разрушенными клетками, так чтобы изопропонал не смешивался с водой, и в результате на границе раздела воды и спирта начинает появляться мутноватый осадок, состоящий из молекул ДНК. Дальше останется только аккуратно извлечь его из пробирки, например, намотав на стеклянную палочку.

При этом специфические вещества в этом опыте можно заменить на более общедоступные: вместо додедцилсульфата использовать концентрированный раствор моющего вещества, а изопропанола — медицинский спирт. Но для более сложных экспериментов, например, создания генетически модифицированных бактерий , уже понадобятся разные специфические вещества, которые в России могут приобрести и физические лица.

Движение DIY-биологии еще очень молодо и пока не может соперничать с устоявшимися системами академической и индустриальной науки, но рано или поздно все может измениться. Во всяком случае, некоторые приборы , сделанные в гаражах, уже соперничают с индустриальными аналогами, да и наука, в конце концов, это не только история про достижения, но и про страстное желание просто что-то попробовать, поэкспериментировать. В том числе и дома, почему нет?

В ситуации, когда в обществе обсуждают проблему разрозненности науки и производства, сложно представить, что где-то в российских реалиях функционируют слаженные научные коллективы, которые ежегодно решают современные проблемы производства, позволяют не отставать от конкурентов и дают продукту преимущества. Наши научные партнеры – это именно такие лаборатории. И для убедительности мы вам о них расскажем.

— Лаборатория каталитических исследований занимает лидирующую позицию в области каталитических исследований в Томском государственном университете, а также имеет высокий рейтинг научно-исследовательской активности как в России, так и за рубежом. Этим мы обязаны научной школе, созданной еще в 1965 году почетным профессором ТГУ, д.х.н. Ларисой Николаевной Куриной.

За прошедшее время на счету коллективов Лаборатории имеются многочисленные научные и практические достижения, начиная с простых учебных и фундаментальных задач до практического их применения в промышленности. Практический опыт коллектива и высокие профессиональные компетенции каждого позволяют нашей лаборатории воплощать идеи в реальные проекты, которые в свою очередь интересны промышленному бизнес-сообществу. Умение и опыт разработки каталитических систем, технологии их приготовления и испытаний на лабораторном уровне до промышленной реализации, позволяют нам всегда быть востребованными и интересными для наших промышленных партнёров.

— На сегодняшний день лаборатория каталитических исследований оснащена современным оборудованием аналитического и исследовательского класса. В арсенале лаборатории имеется как самое простое оборудование – лабораторные мешалки, мельницы, рассеивали, смесители и мн.др., так и приборы, позволяющие исследовать текстурные и механические характеристики катализаторов и сорбентов, оборудование, которое позволяет изучать механизмы каталитических реакций. Необходимо отметить, что за последние 5 лет нам удалось приобрести ряд установок и приборов, которые позволяют проводить синтез катализаторов и их тестирование, в условиях, приближенных к промышленным.

Хорошие партнерские и дружеские отношения с ВУЗами и НИИ, как на территории РФ, так и за рубежом, позволяют нам постоянно расширять круг наших возможностей, а также повышать наш профессиональный уровень.

— Коллектив лаборатории ежегодно выполняет не менее 5-6 проектов прикладного характера, как минимум один из которых так или иначе всегда подлежит промышленной апробации.

Считаю, что для коллектива в 50 человек, это более чем достаточно, т.к. для нас важно не количество, а качество выполняемых работ.

Сейчас, например, в лаборатории реализуется ряд проектов с крупными химическими предприятями СФО и ЦФО.

— У каждого проекта, от фундаментального до прикладного – свой алгоритм работы, который строится исключительно на поставленной цели и задачах.

Если говорить о промышленном уровне, то это безусловно согласованное техническое задание и календарный план работ, на основании которых и выстраивается вся дальнейшая работа. При этом в некоторых случаях допускается корректировка работ на каждом этапе, поскольку однозначно сказать получится или нет, вам не сможет и сам Заказчик.

— Мы работаем с химической и фармацевтической промышленностью. У нас есть более 15 физико-химических методов анализа, можем комплексно решить задачи, связанные с разработкой аналитического сопровождения для технологического процесса и методик контроля качества химических продуктов, фармсубстанций и лекарственных препаратов. Например, при производстве химических продуктов осуществляется аналитический контроль и мы можем разработать наиболее оптимальные методы такого контроля. Чаще всего на предприятиях не хватает внутренних ресурсов, чтобы выделять оборудование и специалистов, которые бы могли сосредоточится только на разработке методик. Мы разработали уже более 150 методик, у нас есть опыт, мы можем порекомендовать, как это сделать оптимальным образом, подобрать оборудование и обучить специалистов, в результате предприятие получает гарантированно работающую методику в сжатые сроки.

— Лаборатории оснащена всем необходимым современным оборудованием: газовыми и жидкостными хроматрафами, автоматическими титраторами и другими приборами. Помимо стандартного, доступного практически любому предприятию, у нас есть дорогостоящее научное оборудование: масс-спектрометры и спектрометр ЯМР суммарной стоимостью более 150 млн. руб. Под какой-то один проект предприятию нет смысла покупать такое оборудование, а для разработки методики и обоснования, что она работает правильно, они необходимы. Таким образом у нас есть оборудование, есть компетенции для решения аналитических задач и обеспечения качества работы.

— Примерно за 4 года работы мы разработали методики контроля качества и технические условия для 15 химических продуктов, это дезинфицирующие средства для медицины, продукты органического синтеза, также мы разрабатывали методики для проектов с промышленностью, которые выполняли наши партнеры: лаборатория органического синтеза и лаборатория каталитических исследований. Прямо сейчас у нас на разработке 8 проектов, 4 из них – это методы анализа инъекционных и таблетированных лекарственных препаратов.

— Сейчас мы работаем в трех ключевых направлениях: разработка технологии модифицирования бумаги и картона – вопросы, связанные с повышением эксплуатационных и физико-механических характеристик; вопросы снижения токсичности и улучшения физико-механических свойств смол на основе формальдегида, которые используются в деревообрабатывающей промышленности; разработка технологии получения веществ, препятствующих горению (антипирены). Параллельно с ключевыми направлениями лаборатория занимается органическим синтезом с уклоном в фармацевтику – разработка новых лекарственных средств, фармацевтических препаратов и синтез уже существующих.

— Лаборатория оснащена современным оборудованием, с помощью которого мы можем экспрессно решать задачи. Есть синтетическое оборудование: различные реакторы, полиреакторные системы. В прошлом году появился реактор параллельного синтеза, с использованием которого мы можем выяснить, как влияет состав реагентов на протекание процесса и его параметры. Исследование происходит в 6 раз быстрее, что важно, когда необходимо в сжатые сроки оптимизировать процесс. При оптимизации технологических процессов важно вести всесторонний контроль, что образуется на разных стадиях, в каком количестве, какая чистота. Это достигается при использовании серьезного парка аналитического оборудования.

— Основной вид работ, с которыми обращаются промышленники, это оптимизация существующих процессов, чтобы усовершенствовать свои производства и получать конкурентоспособный продукт, иначе производство нерентабельно. В прошлом году мы выполнили три проекта вместе с ИХТЦ – разработка методов получения двух органических субстанций и технологии переработки отходов, еще одну технологию переработки отходов на лабораторном уровне делаем сейчас. В этом году таких работ ожидается больше, на прошлой неделе встречались с представителями французской компании – лидера по производству реагентов для бумаги и картона, будем совместно проводить испытания наших разработок и модифицировать их продукцию.

Важно понимать рынок, и сейчас практически все работы, которые ведутся в нашей лаборатории, имеют прикладное значение. Это направление приводит к получению продукта, который будут покупать. Далее лаборатория разрабатывает процесс с нуля, даже если он известен, мы его прорабатываем от малого к большому, полностью воспроизводим его на лабораторном уровне все условия, смотрим, какие процессы в нем происходят, какие тепловые эффекты, например. Прорабатывается весь аналитический комплекс – это контроль протекания реакции, входной контроль сырья, контроль продукции, чистота образующихся веществ, сравнение их с заводскими показателями, а дальше уже дело переходит к инжинирингу, когда этот процесс начинает оптимизироваться с точки зрения масштабирования, потому что невозможно сразу перейти от колбы в 200 мл к реактору емкостью 50 кубических метров. Эта задача ступенчатая, можно это воспринимать как двухполюсную систему. На одном полюсе находится заказчик – промышленное предприятие, на другом научная лаборатория, а между ними большой пласт работ в области инжиниринга.

Сейчас, например, в лаборатории реализуется ряд проектов с крупными химическими предприятями СФО и ЦФО.

Читайте также: