Партнеры и конкуренты. Лабораториум
(журнал для органов по сертификации и испытательных лабораторий) (№ 4, 2005 года)

Стратегия и тактика создания химической лаборатории

О.В. Арапов – генеральный директор ЗАО «НПО Экрос», канд. хим. наук,
В.К. Густылев – начальник испытательной лаборатории химических реактивов ЗАО «НПО Экрос», канд. хим. наук,
Ю.И. Летягин – главный метролог ЗАО «НПО Экрос», канд. воен. наук.

В общепринятом широком смысле под термином «лаборатория» (позднелат. laboratorium от лат. laboro – работаю) принято понимать учреждение, отдел, подразделение научно-исследовательского института (НИИ), проектно-конструкторской организации, предприятий промышленности, сельского хозяйства, транспорта, связи, здравоохранения, учебных заведений и другие, проводящие научные, производственно-контрольные и учебные эксперименты.

С 1991 года, в связи с известными политическими и экономическими изменениями в нашей стране большое количество лабораторий разной формы собственности и назначения, не подтвердивших свою компетентность, прекратили существование ввиду закрытия НИИ, смены владельца и профиля предприятия, несоответствия имеющейся испытательной базы современным требованиям.

Однако существует и положительная тенденция – восстановление старых и создание новых лабораторий, но уже с учетом изменившихся требований, в том числе и требований международных документов. Среди основных направлений создания лабораторий следует отметить:
– лаборатории контроля продукции химической промышленности, в том числе химических реактивов;
– лаборатории испытаний нефтепродуктов и анализа нефти;
– лаборатории анализа алкогольной и пищевой продукции, наркотических веществ;
– экологические лаборатории по контролю атмосферы, воды и почвы.

В данной статье мы ограничимся рассуждениями общего характера, касающимися стратегии и тактики создания химических и нефтехимических лабораторий.

Несколько слов о стратегии. Лаборатории могут создаваться для решения различных задач: обеспечения собственных потребностей производства (входной контроль сырья, технологический контроль, аттестация готовой продукции) либо получения прибыли – испытательная лаборатория (ИЛ) для проведения испытаний продукции на коммерческой основе, в том числе пищевых продуктов, с целью их последующей сертификации. Кроме того, лаборатории могут создаваться в ведомственных целях – лаборатории санэпиднадзора, криминалистические, таможенные и т. п.

Решая вопрос о создании новой лаборатории, прежде всего необходимо оценить экономическую целесообразность этого шага. Очень часто в городе или регионе уже функционируют аккредитованные лаборатории, имеющие современное оборудование и специалистов, способные решать ваши задачи на коммерческой основе. Как правило, создание собственной лаборатории диктуется соображениями оперативности проведения анализа либо ведомственными интересами.

Профиль ИЛ – номенклатура объектов испытаний – определяется потребностью производства либо конъюнктурой рынка аналитических услуг. На основании анализа нормативной документации на продукцию и методы испытаний составляется перечень определяемых показателей, средств измерений, испытательного и вспомогательного оборудования и привлекаемых сторонних организаций, проводится оценка численности персонала, потребности в лабораторных площадях, стоимости работ по строительству (реконструкции) и оснащению ИЛ.

Теперь немного о тактике. Создание ИЛ должно проводиться в соответствии с действующими строительными нормами и правилами, нормами пожарной безопасности, нормативными документами по охране труда и технике безопасности, правилами устройства электроустановок и технической эксплуатации электроустановок потребителей, правилами работы со сжатыми и сжиженными газами, нормативными документами по охране окружающей среды и др.

Независимо от того, будет ли строиться новое здание ИЛ или проводиться реконструкция имеющихся помещений, в том числе на арендованных площадях, необходимо составлять техническое задание на ее проектирование (реконструкцию), подбирать проектную организацию и подрядчика для выполнения работ.

Содержание данной статьи адресовано в первую очередь администраторам учреждений и начальникам ИЛ, задачей которых является подготовка проектного задания. В качестве отдельного варианта можно рассматривать приобретение готового или выполненного по индивидуальному проекту модульного лабораторного комплекса. Для этого необходимо обратиться в специализированную организацию, которая занимается разработкой, изготовлением и монтажом «под ключ» специализированных модульных лабораторных комплексов. Такое решение наиболее целесообразно при создании ИЛ на существующих объектах, где ее наличие ранее не предусматривалось, например, в портах, на железнодорожных станциях, складах, а также в труднодоступных районах, где нет условий для капитального строительства.

Деятельность лаборатории включает в себя следующие основные операции: прием и регистрацию образцов, пробоподготовку, собственно проведение испытаний, оформление протоколов испытаний, хранение и утилизацию проб.

В ИЛ следует предусмотреть место для приема и регистрации, а также для хранения образцов и контрольных проб. Количество хранящихся образцов определяется средним количеством поступающих в день образцов и сроком их хранения. При этом следует учитывать условия, в которых необходимо хранить контрольные образцы. Так, в случае хранения скоропортящихся продуктов (сырое мясо, рыба и т. п.) лаборатория должна располагать достаточным количеством холодильных и морозильных камер, а для хранения контрольных проб нефтепродуктов потребуется отдельно стоящее складское помещение или металлический бокс. Подготовка проб к анализу требует специального оборудования. Для металлических образцов необходимо станочное оборудование, для образцов пищевых продуктов – гомогенизаторы, СВЧ, минерализаторы и вакуумные испарители.

При разработке плана помещений ИЛ, как правило, предусматриваются отдельные помещения для проведения анализа методами «мокрой» химии, для определения анионных примесей, для работы с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ), для рентгеновского оборудования, для приборов спектрального анализа, хроматографии, весовые. С целью снижения уровня фона и повышения чувствительности атомно-абсорбционные спектрометры лучше размещать в обеспыленном помещении. Лабораторные столы и вытяжные шкафы, как правило, устанавливаются вдоль стен, при этом в зависимости от ширины лабораторного помещения ставятся островные столы в один или несколько рядов. При размещении оборудования для инструментальных методов анализа следует учитывать необходимость его обслуживания с задней стороны, т. е. оставлять проходы между столами с приборами и стеной, либо ставить столы торцом к стене.

Оснащение химической лаборатории для проведения испытаний методами "мокрой" химии носит традиционный характер: технические и аналитические весы, лучше электронные со встроенной калибровочной гирей, фотоэлектрический колориметр, желательно с монохроматором, рН-метр/иономер, сушильные шкафы и муфельные печи, лабораторные столы и вытяжные шкафы, шкафы для хранения реактивов и химической посуды с покрытием рабочих поверхностей из современных материалов, таких, как керамика, эпоксидный композит, ламинат и др. Следует обратить внимание на дополнительное современное оборудование – установки титровальные, пипеточные дозаторы, всевозможные перемешивающие устройства, электрические колбонагреватели, электрические плитки со стеклокерамической панелью, подъемные столики, вакуумные фильтровальные установки. В случае большого объема работ необходимо предусмотреть боксы для реактивов, хранения и розлива кислот, хранения ЛВЖ, газовых баллонов и т. п.

Средства измерений, испытательное и вспомогательное оборудование выбираются в соответствии с требованиями нормативной документации, а также в соответствии с планируемой производительностью. В случае большого объема работ желательно иметь высокопроизводительное оборудование, например, ICP-спектрометр, а также автоматизированные системы подготовки и ввода проб (системы жидкофазной экстракции, автосемплеры и т. п.). Следует также иметь в виду, что наряду с количественными определениями химического состава проб требуется идентификация компонентов. Для этой цели используется спектральное оборудование, приборы рентгенофлуоресцентного и рентгеноструктурного анализа, хромато-масс-спектрометры.

Сложное аналитическое оборудование – спектрографы, рентгеновские, атомно-абсорбционные и ICP-спектрометры, газовые и жидкостные хроматографы и хромато-масс-спектрометры – для своего функционирования требуют подводки охлаждающей воды, сжатых и сжиженных как инертных, так и горючих газов, вакуума, местных отсосов. Существуют различные решения: размещение баллонов с горючими взрывоопасными газами на улице с подводкой посредством трубопроводов малого диаметра по стене, использование для подачи сжатого воздуха безмасляных компрессоров с ресиверами. Альтернативой может служить использование баллонов со сжатым воздухом, генераторов водорода и азота для хроматографического оборудования.

Помещения ИЛ обязательно должны оборудоваться системами принудительной приточно-вытяжной вентиляции с соответствующей кратностью воздухообмена, а также местными отсосами из вытяжных шкафов, шкафных укрытий и других очагов газовыделения, для чего должны быть предусмотрены вентиляционные камеры. Иногда вентиляторы располагаются на улице на уровне земли, крепятся на консолях на стене или размещаются на плоской крыше здания. Некоторые виды оборудования требуют тщательно выполненного заземления и других мер для подавления электрических помех. В отдельных случаях следует предусматривать круглосуточный режим работы систем обеспечения – вакуумных насосов, термостатов.

Помещения ИЛ желательно оборудовать кондиционерами и резервными тепловентиляторами для обеспечения необходимой температуры, а также подвести к ним системы водопровода и технической канализации. В случае отсутствия центрального водоснабжения горячей водой мойки для лабораторной посуды оснащаются накопительными или проточными водонагревателями. В процессе мытья лабораторной посуды следы органики и тяжелых металлов неизбежно попадают в сточные воды. Для очистки сточных вод от загрязнения химическими реактивами необходимо слив из раковин направлять в специальный сборник-нейтрализатор, снабженный сепараторами для плавающих органических веществ и нерастворимых осадков и ионообменными либо угольными фильтрами для поглощения ионов тяжелых металлов и органических примесей.

В ИЛ обязательно должен быть фонд нормативной документации, справочной и технической литературы. Для хранения нормативной документации и архива в ИЛ на бумажных носителях используются папки-регистраторы и шкафы, а в некоторых случаях – отдельные помещения.

Из оргтехники обязательно наличие телефона, факса и ксерокса, при большом количестве помещений и сотрудников необходима также локальная телефонная сеть. Как правило, современные приборы инструментального анализа оснащены персональным компьютером и принтером. В идеале регистрация проб, хранение нормативной документации, сбор и обработка результатов испытаний, оформление протоколов испытаний производятся с использованием локальной компьютерной сети. При большом объеме печатаемых документов целесообразно иметь черно-белый лазерный принтер.

Очень важный момент – подбор персонала, определяемый кругом задач ИЛ. Обязательно привлечение профессионалов. В зависимости от опыта работы специалисты со стажем обладают разными качествами – работники заводских и цеховых лабораторий работают быстро и четко в соответствии с требованиями нормативной документации, в то время как бывшие сотрудники НИИ готовы творчески разрабатывать новые методики выполнения измерений. Если не удается найти специалиста для работы на сложном приборе инструментальных методов анализа, лучше всего взять молодого специалиста с профильным образованием, знанием компьютера и английского языка и направить его к поставщику оборудования для обучения работе на приборе конкретной марки.

Современная лаборатория должна разработать свою систему качества для получения достоверной аналитической информации и принятия на ее основе взвешенных управляющих решений, учитывая требования ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий».

Обеспечение условий и непосредственной реализации процедур компетентности обеспечиваются выполнением требований стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 под общим заголовком «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений». Эти стандарты содержат алгоритмы контроля стабильности результатов измерений, реализуемые путем контроля показателей внутрилабораторной прецизионности и контроля систематической погрешности лаборатории при применении конкретной методики выполнения измерений (МВИ).

Обеспечение компетентности ИЛ требует надежного управления информацией, получаемой и накапливаемой в лаборатории в процессе ее функционирования. Инструментом управления информацией могут служить лабораторно-информационные системы (ЛИС). В английском варианте это – система управления лабораторной информацией (LIMS Laboratory Information Management System). Современные ЛИС представляют собой комплексные системы, позволяющие решать многочисленные задачи по регистрации образцов, вводу результатов испытаний и их обработке, хранению информации, а также способные интегрироваться сами и с другими информационными системами. Таким образом, ЛИС решает задачи автоматизации всех аспектов деятельности ИЛ и вопросы интеграции лабораторной информации в единое информационное пространство предприятия.

В короткой статье невозможно изложить все требования к современной аналитической лаборатории, однако приведенные рекомендации позволят найти общий язык между химиками-аналитиками и организацией, которой будет поручено выполнение и реализация проекта современной лаборатории.