Cappe aspiranti e armadi a flusso laminare

Fume Hoods and Laminar Flow Cabinets

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Fume Hoods and Laminar Flow Cabinets

6.1: Proper Personal Protective Equipment

6.12: Handling Air- and Water-Sensitive Chemicals Using a Schlenk Line

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05:48 min

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April 30, 2023

Overview

Robert M. Rioux & William A. Elliott, Pennsylvania State University, University Park, PA

Le cappe aspiranti e gli armadi a flusso laminare sono controlli ingegneristici che operano secondo principi simili. Entrambi utilizzano un flusso d’aria costante per prevenire la contaminazione dell’ambiente di laboratorio e dei suoi abitanti. Le cappe aspiranti impediscono alle sostanze pericolose di uscire dallo spazio di lavoro della cappa, mentre gli armadi a flusso laminare impediscono ai contaminanti di entrare nell’area di lavoro dell’armadio.

Le cappe aspiranti sono sistemi di ventilazione progettati per ridurre al minimo l’esposizione a vapori, fumi e particelle pericolosi. Un flusso costante di aria viene aspirato nell’apertura della cappa, limitando la fuoriuscita di vapori, fumi e particelle, e quindi viene estratto attraverso lo scarico. Gli armadi a flusso laminare vengono utilizzati per mantenere un ambiente sterile/pulito facendo scorrere costantemente l’aria filtrata ad alta efficienza con arresto del particolato (HEPA) verso l’esterno, riducendo al minimo l’aria contaminata che entra nello spazio di lavoro dell’armadio. L’aria filtrata HEPA riduce la possibilità che sostanze chimiche o particelle nocive entrino in laboratorio. Un filtro HEPA rimuove il 99,97% o più di particelle da 0,3 μm.

Principles

Le cappe aspiranti e gli armadi a flusso laminare sono controlli ingegneristici che mirano a ridurre l’esposizione a pericoli e contaminazioni. Le cappe aspiranti riducono l’esposizione a vapori, fumi e particelle pericolosi per l’utente, mentre gli armadi a flusso laminare riducono l’esposizione dello spazio di lavoro ai contaminanti. Il flusso turbolento segue un modello di flusso irregolare con il flusso locale che si muove in tutte le direzioni rispetto al flusso di massa. Il flusso laminare si muove in linee di flusso parallele che non si incrociano. Gli armadi a flusso laminare mantengono un flusso d’aria laminare per prevenire la contaminazione incrociata all’interno dello spazio di lavoro e per impedire il riflusso di aria contaminata dall’esterno della cappa che si verificherebbe con un flusso turbolento.

Procedure

1. Cappe aspiranti

Utilizzazioni
1. Le cappe aspiranti vengono utilizzate quando un materiale genera vapori nocivi, fumi o particelle sospese nell’aria, come polveri di silice fine o agenti cancerogeni volatili, come il benzene.
Operazione
1. L’aria viene aspirata attraverso la faccia di apertura del cofano, dove l’utente lavora, e fuori attraverso lo scarico. Il flusso costante di aria verso l’interno verso il viso impedisce a vapori, fumi e particelle pericolosi di fuoriuscire attraverso l’apertura della cappa, mantenendo l’utente e gli altri operatori di laboratorio al sicuro.
La velocità del flusso facciale deve essere abbastanza alta da essere efficace per il cappuccio. Una bassa velocità di flusso consente a fumi, vapori o particelle nocivi di fuoriuscire attraverso l’apertura della cappa verso l’utente. Una causa della bassa velocità del flusso è avere la finestra regolabile all’apertura della cappa, chiamata anta, troppo alta. È comune che le cappe aspiranti abbiano allarmi a bassa velocità di flusso e allarmi di altezza dell’anta. Le velocità di flusso tipiche sono comprese tra 0,41 e 0,51 m/s (ANSI/AIHA/ASSE Z9.5). Le cappe dovrebbero avere l’altezza massima di lavoro sicura dell’anta chiaramente contrassegnata.
Esistono diverse regole per l’uso sicuro delle cappe aspiranti.
1. Non mettere mai la testa nello spazio del cappuccio, poiché l’inserimento della testa all’interno del cappuccio può esporti a materiali dannosi. La cappa è progettata per proteggere gli utenti dall’esposizione chimica solo se utilizzata correttamente. Solo le braccia degli utenti dovrebbero essere presenti nel cofano. Indossare in ogni momento adeguati dispositivi di protezione individuale (DPI), indipendentemente dalla protezione offerta dalla cappa aspirante. Consultare l’ufficio per la salute e la sicurezza ambientale (EHS) della propria organizzazione per le raccomandazioni appropriate sui DPI, se sconosciute.
2. Lavorare sempre con l’anta pari o inferiore all’altezza massima di sicurezza.
3. Quando non in uso, l’anta deve essere chiusa. La chiusura dell’anta garantisce un ambiente di lavoro più sicuro per tutti gli occupanti del laboratorio. Inoltre, i costi energetici associati al funzionamento improprio della cappa aspirante sono immensi. Mantenere l’altezza dell’anta al livello minimo e non funzionante è più efficiente dal punto di vista energetico.
4. Non utilizzare la cappa per la conservazione di sostanze chimiche. Conservare i prodotti chimici in luoghi appropriati, come un armadio infiammabile, e portarli nella cappa aspirante solo quando necessario.
5. Posizionare tutti i materiali nella cappa aspirante ad almeno 6 pollici di distanza dal bordo della faccia del cappa aspirante. Quando il lavoro viene eseguito entro 6 pollici dal bordo, vapori, fumi e particelle hanno maggiori probabilità di fuoriuscire.
6. Proprio come i buoni principi di pulizia si applicano ai banchi di laboratorio di lavoro, gli stessi principi dovrebbero essere praticati all’interno delle cappe aspiranti.
Eseguire una manutenzione regolare su una cappa aspirante per garantire che funzioni in sicurezza. La manutenzione dovrebbe includere la verifica degli allarmi e la verifica della velocità del flusso nella posizione dell’anta operativa di progetto. Molti fattori possono influenzare la velocità del flusso, compresi i modelli di flusso all’interno della stanza in cui si trova la cappa e gli ostacoli allo sfiato di scarico. Se la velocità del flusso è bassa nella posizione dell’anta operativa di progetto, abbassare l’anta fino a quando la velocità del flusso non è alla velocità richiesta. Molte cappe aspiranti moderne sono dotate di monitor della velocità del flusso d’aria che monitorano la velocità del flusso in tempo reale. Se l’anta diventa troppo bassa per un lavoro efficace da eseguire alla cappa aspirante, interrompere il funzionamento fino a quando non viene affrontata la radice del problema.
Variazioni Cappa Fumi
1. Ci sono un certo numero di tipi di cappe aspiranti più specializzate che possono essere incontrate. Questi includono cappe di acido perclorico, cappe a radioisotopi, cappe senza condotti e altri. Ulteriori informazioni sui requisiti per queste cappe sono in ANSI/AIHA/ASSE Z9.5.

2. Armadi a flusso laminare

Utilizzazioni
1. Gli armadi a flusso laminare vengono utilizzati quando è richiesto un ambiente pulito, privo di particelle o contaminanti biologici. Esempi comuni includono il lavoro con colture tissutali o wafer a semiconduttore. Gli armadi a flusso laminare impediscono alla contaminazione nell’aria di entrare nell’area di lavoro dell’armadio. Il flusso laminare (al contrario del flusso turbolento) dell’aria riduce al minimo la contaminazione incrociata dei campioni all’interno dell’armadio.
L’aria viene filtrata da un filtro HEPA e soffiata sullo spazio di lavoro, verso l’utente. Un flusso costante verso l’esterno di aria pulita mantiene uno spazio di lavoro incontaminato. Alcuni armadi a flusso laminare sono dotati di una lampada UV-C per disinfettare lo spazio di lavoro prima dell’uso.
Esistono due tipi di armadi a flusso laminare: flusso orizzontale e flusso verticale ( Figura 1). Gli armadi a flusso orizzontale soffiano aria pulita dalla faccia posteriore dell’armadio orizzontalmente verso l’utente, mentre le cappe a flusso verticale soffiano aria pulita dal soffitto dell’armadio verso il pavimento dello spazio di lavoro dove poi colpisce la base e scorre in direzione orizzontale verso l’utente. Gli armadi a flusso verticale vengono utilizzati con l’anta tirata verso il basso. Gli armadi a flusso orizzontale non hanno un’anta. Entrambi i tipi di armadi a flusso laminare hanno i loro vantaggi e svantaggi.

Figura 1. Diagrammi di cappe a flusso laminare orizzontali e verticali.

Cappa a flusso laminare orizzontale
Vantaggi	Difetto
Le mani / guanti contaminano meno in quanto sono in genere sottovento degli oggetti nell’armadio	Il flusso d’aria soffia in faccia all’utente
Turbolenza del flusso d’aria ridotta	Oggetti di grandi dimensioni sul workspace possono ostacolare il flusso di aria pulita, riducendo l’efficacia
Cappa a flusso laminare verticale
Vantaggi	Difetto
Il flusso d’aria non soffia in faccia all’utente	Non è possibile posizionare mani e braccia sopra gli oggetti
Minore contaminazione incrociata da elementi nell’area di lavoro	Aumento della turbolenza del flusso d’aria

Tabella 1. Vantaggi e svantaggi delle cappe a flusso laminare orizzontale e verticale.

Suggerimenti per garantire un uso efficace degli armadi a flusso laminare.
1. Fare sempre attenzione a non mettere oggetti a valle di oggetti che potrebbero portare a contaminazione incrociata. Ciò è particolarmente rilevante quando si utilizzano campioni biologici.
2. Riduci al minimo il disordine. Più oggetti sono nell’armadio, più è probabile che si verifichi una contaminazione. Oggetti di grandi dimensioni possono interrompere il flusso.
3. Assicurarsi che le mani/guanti e tutti gli oggetti che vengono portati nell’armadio siano privi di contaminazione prima di entrare nell’armadio.
4. Tutti gli articoli devono essere posizionati a 6 pollici o più lontano dal bordo dell’apertura dell’armadio. L’aria entro 6 pollici dal bordo ha maggiori probabilità di mescolarsi con l’aria esterna, il che significa che gli oggetti entro 6 pollici hanno maggiori probabilità di essere contaminati.
5. La manutenzione regolare deve essere eseguita su un armadio a flusso laminare per garantire che funzioni in sicurezza. La manutenzione dovrebbe includere il controllo e la sostituzione del filtro HEPA, il controllo delle perdite nell’armadio e il test della velocità del flusso d’aria. L’integrità del filtro HEPA deve essere verificata testando il numero di particelle che passano attraverso il filtro. Il filtro deve rimuovere il 99,97% o superiore di particelle da 0,3 μm. Se la velocità del flusso è troppo bassa, l’armadio sarà inefficace nel tenere fuori i contaminanti. Se la velocità del flusso è troppo grande, il flusso sarà turbolento, con la contaminazione che diventa più probabile.

Le cappe aspiranti e gli armadi a flusso laminare sono pezzi essenziali delle apparecchiature di laboratorio che prevengono situazioni pericolose e contaminazioni.

Nelle cappe aspiranti e negli armadi a flusso laminare, i pericoli o i contaminanti sono ridotti utilizzando il flusso d’aria. Le cappe aspiranti aspirano l’aria attraverso uno spazio di lavoro per rimuovere fumi pericolosi e particelle fini, mentre gli armadi a flusso laminare soffiano aria attraverso un filtro e fuori per prevenire la contaminazione dei campioni da polvere o materiali biologici.

Questo video illustrerà come funzionano le cappe aspiranti e gli armadi a flusso laminare, come usarli e come eseguire la manutenzione.

Cappe aspiranti e armadi a flusso laminare operano utilizzando il flusso d’aria laminare, un flusso che procede in linee parallele, che non si incrociano. Il flusso laminare, al contrario del flusso turbolento, previene la contaminazione incrociata tra i campioni scorrendo intorno agli oggetti rimuovendo particelle pericolose.

Le cappe aspiranti hanno tre parti principali: la faccia di apertura con un’anta, lo spazio di lavoro e lo scarico. La ventola nello scarico aspira aria attraverso la faccia di apertura, attraverso lo spazio di lavoro e fuori attraverso lo scarico. Questo flusso a sua volta estrae fumi e particelle dallo scarico e lontano dal laboratorio.

Alla sua altezza corretta, l’anta limita le dimensioni dell’apertura, che a sua volta mantiene un elevato flusso d’aria. Questo flusso elevato è necessario per impedire la fuoriuscita dei fumi.

Nel frattempo, ci sono due tipi di armadi a flusso laminare, orizzontali e verticali. In entrambi, l’aria viene aspirata attraverso un filtro di aspirazione e purificazione dove viene eliminata da piccole particelle come polvere e batteri.

Un armadio orizzontale dirige l’aria orizzontalmente attraverso l’area di lavoro. Questo tipo di armadio riduce la contaminazione da mani e guanti, poiché sono a valle dei campioni. Tuttavia, il flusso d’aria soffia direttamente sull’utente e oggetti di grandi dimensioni possono ostruire il flusso.

In un armadio verticale, l’aria viene diretta dall’alto sullo spazio di lavoro, quindi oltre un’anta. Poiché questo tipo di flusso entra direttamente in contatto con la superficie dei materiali dello spazio di lavoro, aiuta a prevenire la contaminazione incrociata. Tuttavia, l’anta può limitare il movimento della mano e il flusso d’aria è più turbolento che in un armadio orizzontale.

Ora ti mostreremo come utilizzare queste aree di lavoro in un ambiente di laboratorio e come eseguire la manutenzione di base.

Per utilizzare una cappa aspirante in modo sicuro, indossare sempre adeguati dispositivi di protezione individuale. Sollevare l’anta solo fino all’altezza massima di lavoro di sicurezza indicata garantendo un flusso d’aria sufficiente attraverso la cappa.

Per evitare l’esposizione a fumi o particelle nocive, lavora solo con le braccia all’interno del cofano e non lasciare mai che la testa entri nello spazio di lavoro. Inoltre, per assicurarsi che la velocità sia sufficiente in tutto il cofano, mantenere lo spazio di lavoro ordinato e spostare tutti gli oggetti ad almeno sei pollici di distanza dalla faccia del cofano.

Quando hai finito di lavorare nel cofano, estrai tutti i materiali. Non conservare le sostanze chimiche nel cofano, ma piuttosto in un luogo di stoccaggio dedicato come un armadio infiammabile. Infine, chiudere l’anta per garantire un ambiente di laboratorio più sicuro e ridurre il consumo di energia.

Eseguire una manutenzione regolare testando gli allarmi e la velocità del flusso all’altezza massima dell’anta.

Se la velocità è bassa, abbassare l’anta fino a quando non è alla velocità richiesta. Se l’anta diventa troppo bassa per il lavoro da svolgere alla cappa, interrompere le operazioni fino a quando non viene affrontata la radice del problema.

Gli armadi a flusso laminare sono comunemente usati in luoghi in cui la contaminazione è un problema, come un laboratorio di biologia, quindi dovrai stare attento alla contaminazione da solo e dall’aria di laboratorio. Per evitare la contaminazione, utilizzare l’etanolo per sterilizzare i guanti e qualsiasi attrezzatura prima di utilizzare l’armadio o aprire l’anta.

Assicurarsi che l’anta non sia al di sopra dell’altezza massima consentita per garantire un flusso d’aria sufficiente. Mantenere l’armadio libero dal disordine e assicurarsi che gli oggetti siano posizionati ad almeno 6 pollici dal bordo, poiché quella è l’area che ha maggiori probabilità di essere contaminata dall’aria di laboratorio. Inoltre, non mettere gli oggetti in pericolo di contaminazione incrociata a valle l’uno dall’altro.

Al termine, rimuovere tutti gli elementi dall’area di lavoro per evitare disordine e chiudere l’anta per evitare la contaminazione. Quindi, se l’armadio è dotato di una luce UV-C, accenderlo per disinfettare lo spazio di lavoro.

Eseguire una manutenzione regolare sull’armadio a flusso laminare. Verificare la ricerca di perdite rivestendo aree sensibili come i bordi dell’anta con una soluzione di sapone, che bollerà nel sito di fuoriuscita dell’aria.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE alle cappe aspiranti e agli armadi a flusso laminare. Ora dovresti capire come funzionano, come usarli e come eseguire la manutenzione. Grazie per l’attenzione!

Applications and Summary

Le cappe aspiranti e gli armadi a flusso laminare sono strumenti utili in laboratorio per prevenire danni da materiali pericolosi e per mantenere uno spazio di lavoro pulito quando si utilizzano materiali sensibili. Tuttavia, le cappe aspiranti e gli armadi a flusso laminare sono efficaci solo se usati correttamente. Seguendo semplici linee guida operative ed eseguendo una manutenzione regolare, cappe aspiranti e armadi a flusso laminare possono essere strumenti efficaci in laboratorio.

References

American National Standard for Laboratory Ventilation," American National Standards Institute, Inc./ American Industrial Hygiene Association, ANSI/AIHA Z9.5, 2012.

Transcript

Fume hoods and laminar flow cabinets are essential pieces of laboratory equipment that prevent hazardous situations and contamination.

In fume hoods and laminar flow cabinets, hazards or contaminants are reduced using airflow. Fume hoods draw in air across a workspace to remove hazardous fumes and fine particles, while laminar flow cabinets blow air through a filter and out to prevent contamination of samples by dust or biological materials.

This video will illustrate how fume hoods and laminar flow cabinets operate, how to use them, and how to perform maintenance.

Fume hoods and laminar flow cabinets operate using laminar airflow, a flow that proceeds in parallel streamlines, which do not cross. Laminar flow, as opposed to turbulent flow, prevents cross-contamination between samples by flowing around objects removing hazardous particles.

Fume hoods have three major parts: the opening face with a sash, the workspace, and the exhaust. The fan in the exhaust draws in air through the opening face, across the workspace, and out through the exhaust. This flow in turn draws out fumes and particles out of the exhaust and away from the laboratory.

At its proper height, the sash restricts the size of the opening, which in turn maintains a high flow of air. This high flow is necessary to prevent the escape of fumes.

Meanwhile, there are two types of laminar flow cabinets, horizontal and vertical. In both, air is drawn through an intake and purifying filter where it is cleared of small particles like dust and bacteria.

A horizontal cabinet directs air horizontally through the workspace. This type of cabinet lessens contamination by hands and gloves, as they are downstream of the samples. However, the airstream does blow directly onto the user, and large objects can obstruct the flow.

In a vertical cabinet, the air is directed from above onto the workspace, then out past a sash. As this type of flow directly contacts the surface of the workspace materials, it helps to prevent cross-contamination. However, the sash can restrict hand movement and the airflow is more turbulent than in a horizontal cabinet.

Now, we will show you how to use these workspaces in a laboratory setting and how to perform basic maintenance.

To use a fume hood safely, always wear appropriate personal protective equipment. Raise the sash up only to the indicated maximum safe working height ensuring sufficient airflow through the hood.

To prevent exposure to harmful fumes or particles, work with only your arms inside the hood, and never let your head enter the workspace. Also, to make sure that the velocity is sufficient throughout the hood, keep the workspace uncluttered, and move all items at least six inches away from the hood face.

When you are done working in the hood, take out all materials. Do not store chemicals in the hood, but rather in a dedicated storage location like a flammables cabinet. Lastly, close the sash to ensure a safer laboratory environment and reduce energy usage.

Perform regular maintenance by testing alarms and flow velocity at the maximum sash height.

If the velocity is low, lower the sash until it is at the required speed. If the sash becomes too low for work to be done at the hood, cease operations until the root of the problem is addressed.

Laminar flow cabinets are commonly used in places where contamination is a concern, like a biology laboratory, so you will need to be careful of contamination by yourself and laboratory air. To prevent contamination, use ethanol to sterilize gloves and any equipment before using the cabinet or opening the sash.

Make sure the sash is not above the maximum allowed height to ensure a sufficient flow of air. Keep the cabinet free from clutter, and make sure objects are placed at least 6 inches from the edge, as that is the area most likely to be contaminated by laboratory air. Also, do not place items in danger of cross-contamination downstream from each other.

When you are done, remove all items from the workspace to prevent clutter and close the sash to prevent contamination. Then, if the cabinet is equipped with a UV-C light, turn it on to disinfect the workspace.

Perform regular maintenance on the laminar flow cabinet. Check for leaks by coating sensitive areas like the sash edges with a soap solution, which will bubble at the site of escaping air.

You’ve just watched JoVE’s introduction to fume hoods and laminar flow cabinets. You should now understand how they work, how to use them, and how to perform maintenance. Thanks for watching!

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