移動實驗室及其發(fā)展 基礎(chǔ)篇（上）

基礎(chǔ)篇（上）

近年來，食品、環(huán)境、疾病等事關(guān)人類安全健康的重大問題已經(jīng)成為全球領(lǐng)域內(nèi)的熱點和焦點。作為緊急突發(fā)事件應(yīng)急處理的有效手段，移動實驗室的應(yīng)用越來越受到社會、政府的關(guān)注和重視。

在突發(fā)事件處理、行政執(zhí)法、在線實時監(jiān)測和科學(xué)實驗中，有些檢測活動必須在現(xiàn)場完成。這是因為，一是有些檢測項目要求在盡可能短的時間內(nèi)出具檢測結(jié)果，如果按照傳統(tǒng)的檢測程序，先抽取樣品再送到固定的實驗室中進行檢測，那樣，檢測周期會相對較長，影響事件處理；二是有些重大的裝備或設(shè)施需要檢測時，無法將其搬入固定實驗室，必須在現(xiàn)場實施檢測；三是實時在線檢測必須在現(xiàn)場完成。因此，研究和完善現(xiàn)場檢測技術(shù)已成當(dāng)務(wù)之急。

當(dāng)前，在現(xiàn)場檢測中，我國主要應(yīng)用快速檢測儀器設(shè)備或快速檢測車來進行，大多用于定性篩查。有的雖然也能出具定量數(shù)據(jù)，但由于沒有進行計量認(rèn)證和實驗室認(rèn)可，其出具的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，也不具法律效力，直接影響了有關(guān)事件的處理。因此，在這樣的背景下，盡快開發(fā)應(yīng)用移動實驗室來滿足這些檢測活動的需要，無疑具有重大意義。

實驗室是進行檢測、校準(zhǔn)或科學(xué)實驗的場所，通常所說的實驗室是指固定實驗室。相對于固定實驗室而言，移動實驗室具備移動的功能，可直接轉(zhuǎn)運到現(xiàn)場進行檢測、校準(zhǔn)和科學(xué)實驗等活動，其主要功能是固定實驗室的延伸或是一個獨立的檢驗機構(gòu)。由于移動實驗室的這些特點，它在滿足行政執(zhí)法的需求、為公共安全事件解決提供技術(shù)支持、實現(xiàn)重大裝備的現(xiàn)場檢測、確保生產(chǎn)和科研的在線監(jiān)控、促進移動實驗技術(shù)的發(fā)展等方面都發(fā)揮著不可替代的作用。

1 移動實驗室的基本概念

1.1 術(shù)語與定義

移動實驗室（mobile laboratory）定義為“滿足特定目的和要求，由成套裝置組成的，在可移動的設(shè)施和環(huán)境中進行檢測、校準(zhǔn)或科學(xué)實驗等活動的實驗室”。移動實驗室不僅包括儀器設(shè)備等裝置，還包括人員、管理等，它是一個機構(gòu)的概念。

1.2 移動實驗室分類

移動實驗室可根據(jù)功能類別、運載方式和內(nèi)部實際使用面積不同，對其進行分類。

1.2.1 功能類別劃分

根據(jù)移動實驗室使用的功能不同，可將其分為物理移動實驗室、化學(xué)移動實驗室、生物移動實驗室和綜合移動實驗室四類。

物理移動實驗室（physical mobile laboratory）即裝載物理實驗用儀器、設(shè)備、設(shè)施滿足物理實驗要求的移動實驗室。

由于許多物理檢測試驗的檢測對象無法或不便運到實驗室內(nèi)檢測，必須要進行現(xiàn)場檢測。實際工作中此類移動實驗室應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如：橋梁檢測、公路檢測、計量檢衡、流量檢測等。

化學(xué)移動實驗室（chemical mobile laboratory）即裝載化學(xué)實驗用儀器、設(shè)備、設(shè)施，滿足化學(xué)實驗要求的移動實驗室。化學(xué)移動實驗室主要分析檢測被測對象中各種化學(xué)測定指標(biāo)的含量。由于我國社會突發(fā)事件越來越受到關(guān)注，近年來此類移動實驗室在環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)、食藥安全方面應(yīng)用越來越廣泛。

生物移動實驗室（biological mobile laboratory）即裝載生物實驗用儀器、設(shè)備、設(shè)施，滿足生物實驗要求的移動實驗室。生物移動實驗室多用于微生物的檢測及安全防護領(lǐng)域，從常見的食品中細菌的檢測到鼠疫、SARS、禽流感等重大疫情預(yù)防控制的現(xiàn)場都有它的身影。

綜合移動實驗室（comprehensive mobile laboratory）即能夠滿足兩種以上實驗要求，或具有其他特殊功能的移動實驗室。一些領(lǐng)域的現(xiàn)場檢測會涉及到多項學(xué)科的檢測指標(biāo)。為擴展移動實驗室的檢測功能，提高系列檢測的整體性，這需要一臺移動實驗室具備多種不同類別的檢測功能，如：具備理化檢測的移動實驗室、化學(xué)和生物兼?zhèn)涞氖称钒踩苿訉嶒炇业取?/p>

1.2.2 運載方式劃分

根據(jù)移動實驗室移動過程中運載方式的不同，可將其分為自行式移動實驗室、拖掛式移動實驗室和方艙式移動實驗室三類。

所謂自行式（self-propelled）為自帶動力并依靠自身的運行機構(gòu)沿有軌或無軌通道移動的方式。自行式移動實驗室載具與實驗艙為一體，實驗室本身自帶運行能力。因為它的特點是多為車身較短小、配置人員較少、方便快速到達城市擁擠狹窄街道的各個角落。

所謂拖掛式（trailer）即無動力系統(tǒng)具備行走機構(gòu)依靠其他動力牽引移動的方式。拖掛式移動實驗室的實驗艙本身沒有動力系統(tǒng)，陸地上主要需拖掛車或者卡車牽引移動。其特點是空間大，部分空間能拓展，能容納更多人的實驗團隊，而且其電力等資源能自給自足。

所謂方艙式（shelter）即具有方艙特征的結(jié)構(gòu)形式。方艙式移動實驗室的實驗艙可通過汽車、火車、輪船、飛機等運輸工具轉(zhuǎn)運到相應(yīng)工作地點。方艙式移動實驗室為使實驗室空間最大化，并且使機械部分以及加熱、噪聲和震動等干擾從實驗室分離開而設(shè)計的，獨特的模塊化設(shè)計使組建大型的移動實驗站成為可能。各組方艙均是一個獨立的模塊，在需要時可快速模塊化安裝以滿足更復(fù)雜、協(xié)作化程度更高的實驗檢測目的。這類移動實驗室主要用于相對長期固定場所的移動實驗室，并可以與當(dāng)?shù)匾延械墓潭▽嶒炇疫M行組合，節(jié)約檢測成本。

1.2.3 內(nèi)部實際使用面積劃分

根據(jù)移動實驗室內(nèi)部實際使用面積大小，可將移動實驗室分為小型移動實驗室、中型移動實驗室、大型移動實驗室和特殊移動實驗室。

小型移動實驗室為使用面積≤8m2的移動實驗室。

中型移動實驗室為8m2<使用面積<16m2的移動實驗室。

大型移動實驗室為使用面積≥16m2的移動實驗室。

特殊移動實驗室為特殊定制并符合國家相關(guān)規(guī)定的移動實驗室。

1.3 移動實驗室分等分級

移動實驗室根據(jù)使用功能、環(huán)境條件和儀器設(shè)備的不同而分為若干等級，以便在滿足檢測需求的前提下，合理配置檢測資源，盡可能降低制造和使用成本。如裝備精密儀器的化學(xué)移動實驗室，其檢測環(huán)境在抗震性能、恒溫恒濕方面要求較高，但在生物安全防護方面要求不高，在開發(fā)和生產(chǎn)過程中只需將前兩項要求作為重點，而后一項只要符合要求即可。

1.4 移動實驗室代號及標(biāo)記

為了使人們能夠簡單、清楚地辨別、認(rèn)識移動實驗室的相關(guān)信息，設(shè)置移動實驗室代號和標(biāo)記是非常必要的。移動實驗室代號是由9位拼音字母、羅馬數(shù)字、英文字母和阿拉伯?dāng)?shù)字共同組成，包含了移動實驗室的三種分類信息及產(chǎn)品的順序號信息。移動實驗室代號首先由移動實驗室的中文“移”和“實”拼音首字母YS開頭，后面依次為移動實驗室功能類別代號、型號、運載方式代號和產(chǎn)品順序號（產(chǎn)品順序號從0000～9999，由企業(yè)自行安排順序編制）共五部分，其排列順序見圖1。

移動實驗室物理、化學(xué)、生物、綜合4項功能類別代號分別由羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表。移動實驗室型號按照移動實驗室內(nèi)部實際使用面積分為小型、中型、大型、特殊四種，其代號分別由英文字母A、B、C、D 代表。移動實驗室運載方式分為自行式、拖掛式、方艙式三種，其代號為運載名稱第一個漢字漢語拼音首字母Z、T、F。

2 移動實驗室的構(gòu)成

2.1 移動實驗室的構(gòu)成

前述移動實驗室是一個機構(gòu)的概念。它由兩大部分組成：一是成套裝置，它是移動實驗室的技術(shù)支撐部分，包括實驗艙、載具、儀器設(shè)備和支撐系統(tǒng)。其中，支撐系統(tǒng)還包括溫濕度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、內(nèi)部裝飾材料等；二是管理部分，作為一個機構(gòu)，移動實驗室除了包括實驗艙、載具、儀器設(shè)備及支撐系統(tǒng)外，還包括法律地位、人員及管理等要素，它是保證移動實驗室正常運行的基礎(chǔ)（見圖2）。由于移動實驗室的這些特點，它決定了移動實驗室是固定實驗室的延伸，或是一個獨立的檢測機構(gòu)。

2.2 實驗艙

移動實驗室的實驗艙是移動實驗室的重要組成部分，他是檢測人員的具體工作地點，并為檢測人員、儀器設(shè)備及檢測工作提供穩(wěn)定可靠的檢測環(huán)境。實驗艙可以由現(xiàn)有的客車進行改裝，也可以重新設(shè)計與制造，這主要視移動實驗室的應(yīng)用功能而定。

2.2.1 實驗艙分類

根據(jù)移動實驗室的使用功能，實驗艙可大致分為三大類：自行式移動實驗室實驗艙、拖掛式移動實驗室實驗艙及方艙式移動實驗室實驗艙。自行式移動實驗室實驗艙與一般載具稱為一體（如圖3所示）。拖掛式移動實驗室實驗艙一般是一個獨立的單元，通過載具移動到工作現(xiàn)場（如圖4所示）。方艙式移動實驗室實驗艙一般是通過載具轉(zhuǎn)運到工作現(xiàn)場，安裝固定使用，這類實驗艙一般工作面積較大，多用于較長時間使用（如圖5所示）。為了擴大實驗艙的使用面積和滿足交通管理規(guī)定，有時實驗艙還可以制成擴展倉型式（如圖6所示）。

2.2.2 功能分區(qū)

實驗艙可根據(jù)使用功能劃分為單區(qū)實驗艙和多區(qū)實驗艙。前者為使用功能比較單一或使用環(huán)境條件要求不高時使用；后者為使用功能比較多，環(huán)境條件要求比較高，如生物安全三級移動實驗室實驗艙由輔助工作區(qū)和防護區(qū)構(gòu)成。

幾種實驗艙功能分區(qū)圖示如下：

2.3 載具

載具是將移動實驗室運送到檢測現(xiàn)場的必不可少的運載工具，它使得移動實驗室現(xiàn)場檢測得以實現(xiàn)。目前，陸地上使用的移動實驗室主要以汽車作為載具。載具分為自行式載具、拖掛式載具和方艙式載具，如圖10、圖11所示。

2.4 儀器設(shè)備

移動實驗室的儀器設(shè)備為出具檢測數(shù)據(jù)的直接載體，在移動實驗室的檢測中發(fā)揮重要的作用。目前，用于移動實驗室的儀器設(shè)備大致分為兩類：一類是部分固定實驗室的儀器設(shè)備；另一類是近年來國內(nèi)外研究開發(fā)的現(xiàn)場快速檢測儀器設(shè)備，其中也包括專門為移動實驗室開發(fā)的儀器設(shè)備。移動實驗室的儀器設(shè)備檢測的精密度和精確度應(yīng)滿足檢測需求，其本身環(huán)境適應(yīng)性要求應(yīng)比固定實驗室用儀器設(shè)備要高，以適應(yīng)多變的移動實驗室檢測環(huán)境。

近年來，國內(nèi)外一些企業(yè)在移動實驗室用儀器設(shè)備開發(fā)方面也取得了重要進展，如北京普析通用儀器有限責(zé)任公司研發(fā)的T3系列便攜分光光度計產(chǎn)品（見圖12）已正式在移動實驗室上使用。T3系列便攜分光光度計，是普析公司最新推出的便攜式可見分光光度計（通過CMC計量認(rèn)證）。儀器具有小巧便攜、精準(zhǔn)快速、方便靈活等特點，可同時滿足實驗室操作及現(xiàn)場、野外操作等多種測量需求。該系列分光光度計可廣泛應(yīng)用于質(zhì)檢、衛(wèi)生、環(huán)保、水利、市政、科研、糧食、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，并成功用于“十二運”食品安全檢測移動實驗室上。

北京智云達科技有限公司研發(fā)的多功能食品安全快速檢測儀（見圖13）可檢測農(nóng)藥殘留、二氧化硫、甲醛、各種色素等50多種食品檢測指標(biāo)，還可以檢測余氯、鉛、六價鉻、砷、汞、鎘等多種水質(zhì)檢測指標(biāo)。

歐普圖斯（蘇州）光學(xué)納米科技有限公司研制的RamTracer?–200納米增強拉曼檢測系統(tǒng)（見圖14）可實現(xiàn)對常量固態(tài)、粉末、薄膜、纖維、膠體、液態(tài)危險、有毒、有害、易燃、易爆化學(xué)和生化物質(zhì)檢測，還可對微量液態(tài)有害、有毒、危險化學(xué)和生化物質(zhì)檢測（如：微痕量食品非法添加劑、農(nóng)獸藥激素殘留、摻假有害物質(zhì)、有害食品包材等的檢測等），檢測限可達ppb水平。基于其檢測特點，該系統(tǒng)適用于食品安全、藥品安全、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷、反恐刑偵等領(lǐng)域，已用于“十二運”食品安全檢測移動實驗室上。

安捷倫科技有限公司研發(fā)的5975T LTM GC/MSD（見圖15）是第一款真正具備實驗室車載性能，分析速度快，與固定實驗室同樣品質(zhì)車載式氣質(zhì)聯(lián)用儀。LTM是安捷倫的專利技術(shù)，加熱絲直接加熱色譜柱，升溫、降溫速度更快，省去了大的柱溫箱，能耗少一半，體積和重量都減少超過1/3，專用的減震底座設(shè)計和一體化的專門抗震機械結(jié)構(gòu)，抗震性能達到美軍標(biāo)810F的標(biāo)準(zhǔn)。此儀器是一體化的、緊湊的、高性能、高可靠性的GC/MS系統(tǒng)，也已配置在“十二運”食品安全移動實驗室上，主要檢測食品中農(nóng)藥殘留等項目。

2.5 支撐系統(tǒng)

移動實驗室除了載具、實驗艙和儀器設(shè)備外，還有相關(guān)設(shè)施為檢測環(huán)境提供保障，如供電系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、內(nèi)部裝飾材料、信息系統(tǒng)等。圖16為工作臺，圖17為空氣過濾系統(tǒng)和電站，圖18為水處理系統(tǒng)，圖19為信息傳輸系統(tǒng)。

2.6 管理

移動實驗室作為出具檢測數(shù)據(jù)的機構(gòu)，其本身或所在組織應(yīng)是一個能夠承擔(dān)法律責(zé)任的實體，人力資源、設(shè)施設(shè)備、環(huán)境安全等方面是保證移動實驗室體系運行的基礎(chǔ)。 （未完待續(xù)）

作者簡介：

張瀚聞，全國移動實驗室標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第一屆主任委員，教授級高工；蘇錫輝，全國移動實驗室標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第一屆副主任委員兼秘書長，教授級高工；那宏坤，沈陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，工程師。