Cappe aspiranti e armadi a flusso laminare

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.

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.

1. Cappe aspiranti

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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

1. 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.
2. 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.
3. 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.

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

4. 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 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.

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