هود آزمایشگاهی: محافظ نامرئی در دنیای علم
هود آزمایشگاهی چیست و چرا به آن نیاز داریم؟
تصور کنید در حال انجام یک آزمایش شیمی هیجانانگیز در مدرسه هستید. مقداری سرکه و جوش شیرین را مخلوط میکنید. حبابهای دیاکسید کربن ایجاد میشود و ممکن است کمی هم بو بلند شود. اینجا خطر چندانی وجود ندارد. اما حالا فکر کنید معلم شما میخواهد اسید قویتری را با یک باز قوی مخلوط کند یا باکتریهایی را که ممکن است باعث بیماری شوند، کشت دهد. اینجاست که هود آزمایشگاهی وارد عمل میشود.
هود آزمایشگاهی در واقع یک میز کار ویژه با دیوارههای شیشهای و یک سیستم تهویه قدرتمند است. هدف اصلی آن محافظت از سه چیز است:
| مورد محافظت | توضیح | مثال |
|---|---|---|
| کاربر (دانشآموز/پژوهشگر) | جلوگیری از استنشاق گازهای سمی، بخارات شیمیایی، ذرات ریز یا عوامل میکروبی. | کار با حلالهایی مانند استون2 یا اسیدهایی مانند اسید کلریدریک3. |
| محیط آزمایشگاه | جلوگیری از پخش آلودگی در هوای کل اتاق و آلوده کردن سایر افراد و تجهیزات. | جلوگیری از پخش بوی نامطبوع یک واکنش شیمیایی در تمام مدرسه. |
| خود نمونه یا آزمایش | ایجاد یک فضای تمیز و عاری از آلودگیهای بیرونی برای انجام کارهای حساس. | کشت سلول یا میکروبهایی که نباید توسط ذرات گرد و غبار آلوده شوند. |
انواع مختلف هود آزمایشگاهی و کاربرد هرکدام
همه هودها شبیه هم نیستند! بسته به نوع کاری که در آزمایشگاه انجام میشود، از هودهای مختلفی استفاده میشود. درک تفاوت آنها برای انتخاب صحیح بسیار مهم است.
| نوع هود | اصلیترین کاربرد | نحوه کار | سطح حفاظت |
|---|---|---|---|
| هود شیمیایی4 (جریان عبوری) | کار با مواد شیمیایی سمی، فرار، بدبو یا خورنده. | هوا از جلو به داخل هود مکش شده و بعد از خروج از ساختمان یا فیلترشدن، به بیرون تخلیه میشود. | بسیار بالا برای کاربر |
| هود میکروبیولوژی (ایمنی زیستی)5 | کار با میکروارگانیسمها (باکتری، قارچ، ویروس). | هوا از جلو مکش شده و قبل از تخلیه، از یک فیلتر ویژه به نام فیلتر هپا6 عبور میکند که ذرات میکروسکوپی را به دام میاندازد. | عالی برای محیط |
| هود کانوپی (دودکش)7 | محافظت در برابر گازها، بخارات یا گرما از دستگاههای بزرگ (مثل دستگاههای آنالیز). | مانند یک دودکش عمل میکند و آلودگی را از منبع تولید مستقیماً به سمت خود میکشد و خارج میکند. | متوسط |
| هود جریان لمینار (تمیز)8 | ایجاد فضای عاری از ذرات برای کارهای حساس (مونتاژ قطعات الکترونیکی، کشت بافت). | هوای فیلترشده (هپا) به صورت یکنواخت و لایهای روی سطح کار میدمد و آن را تمیز نگه میدارد. این هود از کاربر محافظت نمیکند! | برای نمونه |
اصول علمی کار هود: مکش، سرعت هوا و فیلتراسیون
حالا بیایید ببینیم یک هود شیمیایی استاندارد چگونه کار میکند. اصل کار بر پایه ایجاد یک جریان هوای یکنواخت و پیوسته به سمت داخل هود است. یک فن قدرتمند در بالای هود یا روی پشتبام، هوا را از پنجره جلوی هود به داخل میمکد.
یک مفهوم مهم، سرعت صورت هود9 است. این سرعت، میانگین سرعت هوایی است که از سطح باز (صورت) هود به داخل آن جریان مییابد. این سرعت معمولاً بین 0.3 تا 0.5 متر بر ثانیه تنظیم میشود. چرا؟ اگر خیلی کم باشد، بخارات خطرناک ممکن است به بیرون نشت کنند. اگر خیلی زیاد باشد، ممکن است باعث بههم خوردن شعله چراغ بونزن یا پراکندگی مواد شیمیایی داخل هود شود.
هوای آلوده پس از مکش، ممکن است مستقیماً از طریق کانال به بیرون از ساختمان هدایت شود (در هودهای شیمیایی معمولی) یا قبل از تخلیه یا بازگرداندن به محیط، از فیلترهای مخصوص عبور کند. فیلتر معروف هپا که در هودهای میکروبیولوژی و جریان آرام استفاده میشود، میتواند ذرات بسیار ریز در اندازه 0.3 میکرون را با راندمان بیش از 99.97% جذب کند. برای جذب بخارات شیمیایی خاص نیز از فیلترهای کربن فعال استفاده میشود.
$Q = A \times V$
که در آن:
• $Q$: دبی هوا (متر مکعب بر ثانیه)
• $A$: مساحت سطح باز هود (متر مربع)
• $V$: سرعت متوسط هوا در آن سطح (متر بر ثانیه)
مثال: اگر سطح باز هود 1 متر در 0.8 متر باشد و سرعت صورت هود 0.4 متر بر ثانیه باشد، دبی هوا برابر است با:
$Q = (1 \times 0.8) \times 0.4 = 0.32\ m^3/s$
کاربرد هود آزمایشگاهی در آزمایشهای دانشآموزی و روزمره
شاید فکر کنید هود فقط برای دانشمندان در آزمایشگاههای پیشرفته است. اما کاربردهای آن میتواند بسیار نزدیک به زندگی دانشآموزی باشد. در آزمایشگاه مدرسه، از هود شیمیایی میتوان برای:
۱. تولید و بررسی گازها: مثلاً وقتی اسید کلریدریک رقیق بر روی فلز روی ریخته میشود، گاز هیدروژن تولید میشود. انجام این آزمایش زیر هود، از پخش بوی تیز اسید در آزمایشگاه جلوگیری میکند.
۲. گرم کردن یا جوشاندن حلالها: بسیاری از حلالهای آلی مانند الکل یا استون، قابل اشتعال و فرار هستند. گرم کردن آنها زیر هود، خطر آتشسوزی و استنشاق بخارات را کاهش میدهد.
۳. کار با مواد بدبو: برخی واکنشها مانند تولید استرها (که بوی میوه میدهند) یا برخی ترکیبات گوگردی (بویی شبیه تخم مرغ فاسد) بهتر است زیر هود انجام شود تا محیط آزاردهنده نشود.
۴. پروژههای تحقیقاتی: در دبیرستان، ممکن است دانشآموزی پروژهای درباره تأثیر ضدعفونیکنندههای مختلف بر رشد کپک نان انجام دهد. کشت این کپکها بهتر است در نزدیکی یک هود میکروبیولوژی (یا با احتیاط فراوان) انجام شود تا هاگهای آن در هوا پخش نشوند.
مثال عملی: معلم شیمی میخواهد واکنش خنثیسازی قوی بین سود سوزآور10 و اسید سولفوریک11 را نشان دهد. این واکنش گرمازا است و ممکن است همراه با پخش ذرات ریز باشد. او تمام مراحل را زیر هود شیمیایی انجام میدهد، دستکش و عینک محافظ میزند و مواد را آرام مخلوط میکند. هود، بخارات احتمالی و گرما را به بیرون میکشد و محیط کلاس را برای همه ایمن نگه میدارد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر! بسیاری از گازهای خطرناک بیبو هستند. هرگز به حس بویایی خود برای بررسی عملکرد هود اعتماد نکنید. هودها باید سالانه توسط متخصص، از نظر سرعت هوا و عملکرد فیلترها بررسی و آزمون شوند. همچنین معمولاً یک نشانگر مکانیکی یا دیجیتال روی هود وجود دارد که وضعیت جریان هوا را نشان میدهد.
پاسخ: این یک اشتباه رایج است. اگر فضای داخل هود شلوغ شود، جریان هوا بههم میریزد و نقاط کور یا گردابی ایجاد میشود که در آنها آلودگی میتواند جمع شده و حتی به بیرون نشت کند. بهتر است فقط مواد و دستگاههای ضروری آن آزمایش خاص داخل هود باشند و حداقل 15 سانتیمتر از دهانه داخلی هود فاصله داشته باشند.
پاسخ: برای بیشتر هودهای شیمیایی، ارتفاع پنجره شیشهای متحرک (سَش)12 باید روی علامت مشخصشده تنظیم شود. این علامت معمولاً مطابق با استاندارد ایمنی، سرعت مناسب هوا را تضمین میکند. هرگز پنجره را بالاتر از این علامت باز نکنید. هنگام عدم استفاده، پنجره را کاملاً ببندید.
پاورقی
1 هود آزمایشگاهی (Laboratory Fume Hood)
2 استون (Acetone)
3 اسید کلریدریک (Hydrochloric Acid, HCl)
4 هود شیمیایی (Chemical Fume Hood)
5 هود میکروبیولوژی یا ایمنی زیستی (Biological Safety Cabinet, BSC)
6 فیلتر هپا (HEPA Filter: High-Efficiency Particulate Air Filter)
7 هود کانوپی (Canopy Hood)
8 هود جریان آرام یا لامینار (Laminar Flow Cabinet/Clean Bench)
9 سرعت صورت هود (Face Velocity)
10 سود سوزآور (Sodium Hydroxide, NaOH)
11 اسید سولفوریک (Sulfuric Acid, H2SO4)
12 سَش (Sash)
