摘要 实验室科学家用于完成研究的工作时间是有限的。在如今现代化、实验仪器密集的实验室里，每年用于一位科学家和实验室场地的开销可能超过$250 000或$120/h。由于完成研究的成本高，而且时间有限，因此需要考虑许多因素来最优化的利用科学家时间。这篇文章以一个实际调查为例讨论了如下因素，包括实验室工作流程，高效液相色谱(HPLC)分离中的溶剂质量以及如何避免重复性工作，如何使用简单自动化设备来监测实验状态从而除去多步骤和减少工作频率以节省科学家的时间。当将所有小细节纳入考虑范围中时，因节省细碎的时间而对实验成本的节约和实验效率的提升具有非常重要的潜在影响。
实验室科学家用于完成研究的工作时间是有限的。在如今现代化、实验仪器密集的实验室里，每年用于一位科学家和实验室场地的开销可能超过$250 000或$120/h。由于完成研究的成本高，而且时间有限，因此需要考虑许多因素来最优化的利用科学家时间。这篇文章以调查美国Lundbeck ResearchUSA, Inc. (Paramus, NJ)为例讨论了如下因素，包括实验室工作流程，高效液相色谱(HPLC)分离中的溶剂质量以及如何避免重复性工作，如何使用简单自动化设备来监测实验状态从而除去多步骤和减少工作频率以节省科学家的时间。当将所有小细节纳入考虑范围中时，因节省细碎的时间而对实验成本的节约和实验效率的提升具有非常重要的潜在影响。实验室传统的溶剂使用包括购买及使用包装在相应4-L棕色玻璃瓶中的最便宜的溶剂。
在调查Lundbeck公司过程中，分析(流动相)和化合物管理(移液自动洗涤)也是按照这种做法。如果溶剂储液需要大于4 L, 液相色谱或者其他仪器使用的溶剂通过直接连接到溶剂瓶或者导入连接仪器的储液容器中。在实验室中这些仪器产生的废液收集在3加仑的容器中，这些容器一般均存放易燃、危险液体，但并不用于运输部门(DOT)运输易燃、危险液体。废液容器需要从实验室运到废液处理中心，废液中心将之倒于合适的容器中，然后运送到管理危险材料的废物处理点。这种使用溶剂的传统形式的效率是非常低的。虽然很多厂家生产的溶剂均满足出厂规格，但是溶剂质量变化多样，仍会导致大量的分析背景噪声。这些大量的背景噪声会掩盖色谱图中人们感兴趣的峰，导致需要重新分析样品。实验室中一般采用4-L的瓶子作为仪器蓄液容器，为确保仪器不会用完溶剂，实验人员必须经常查看溶剂液面。如果将溶剂倾至大于4-L的蓄液容器中，可以减少更换溶剂的频率，但是增加了瓶子破裂和溶剂溢出的可能，所以实验人员仍需要经常查看蓄液容器中的溶剂液面。3加仑的废液容器没有液面监测，就需要频繁监测以消除废液溢出的可能(由于没有办法监测液面，必须提起容器以查看液面)。根据公司政策，使用3加仑的废液容器意味着实验室人员不得不将容器运送到废液处理中心。由于DOT认可的运输危险液体的容器并不是该盛装废液的容器，因此Lundbeck公司不得不偿付两个废液处理公司员工每人$60/h的费用来将废液转移到DOT允许使用的废液容器中。这些员工以同样的速度清洗、休息以及包装4-L玻璃瓶来进行处理。
为解决这种低效性，Lundbeck公司决定从Hon-eywell Burdick&Jackson (Muskegon, MI)购买有机流动相和冲洗溶剂以确保达到要求的质量。这些溶剂的包装从传统的4-L棕色玻璃瓶改装成20-L塑料NOW-pak容器(图1)。NOWpak容器用可回收的包装替代玻璃瓶，保证了溶剂的纯度(不反加1A组分盐，玻璃瓶需反加)，这样增强了实验室的安全性，使实验效率提高至最大。高纯度溶剂装在一个特别干净的惰性聚四氟乙烯管里，并将之置于高密度聚乙烯(HDPE)或者304不锈钢安全包装中。实际上，根据职业健康安全局实验室标准(29 CFR 1910.1450)，两者的构造均使溶剂贮存和处理过程中的污染变得不太可能。HDPE NOWpak 包装用于调配溶剂时，间歇压力需要少于10 psig或者溶剂由HPLC泵驱动。设计不锈钢NOWpakⅡ容器主要是用于小于15 psig连续压力。装在NOWpak容器内的溶剂适用于高纯度使用需求，比如DNA/RNA处理、肽段合成和药物生产方面。对于少于20-L溶剂的贮存，安装HoneywellBurdick&Jack提供的溶剂调配模块(SDMs)来置换NOWpaks溶剂。按下按钮，SDMs模块便能够提供运输快速且无计量的溶剂。它们由惰性、与溶剂兼容的材料组成，操作无污染。图2显示了在分析实验室的一对SDMs装置，按下按钮，可实现氮气辅助调配乙腈与甲醇。这个方法与从4-L玻璃瓶倾倒液体方法相比是非常省力的。
NOWpaks容器主要与SCAT水平感应系统和流动相安全盖连接(Analytical Sales and Products, Inc.,Pompton Plains, N)。在玻璃或非导电塑料贮液器内使用可调节的传感器SCAT电子传感系统，不需要接触液体即可监测溶剂的多少。溶剂液面位置通过声音信号装置和LED灯指示在信号箱上。图3显示传感器监测到溶液储存器中溶液量较低，闪烁的蓝灯会提示室内或者室外操作人员。清空装有危险材料的NOWpak容器后，移去聚四氟乙烯管(一旦干燥，作为常规垃圾处理丢弃)，使用带有SCAT安全盖的HDPE合成的包装容器来收集危险废液。20-L大小的容器与一般3-加仑废液罐相比容量增加70%。SCAT电子传感系统又一次被启用，此传感器可以调控，其位于20-L容器的顶部位置。当液体达到临界点，传感器发出声音，LED灯亮，这样就可以避免实验人员提起容器来检查液面位置。当重新盖上盖子时，装废液的NOWpaks也有很好的密闭性，而且操作人员稍微训练即会使用。这样既可以在指定地点整理废物，实验人员又不用将装满易燃废液容器转运到废物处理室。将废物装于NOWpaks，处理废物的人员在运输时不需要将废液转至DOT允许使用的容器里。将装有危险废物的塑料NOWpaks进行焚烧也不需要额外的花费。SCAT安全盖由纯聚四乙烯和聚乙烯组成，对于有机溶剂具有高度的化学惰性。安全盖可以用于溶剂储液容器或者收集废液的容器。在上述两种情况下，安全盖可以防止危险气体的扩散。将空气阀与排气过滤器、密封漏斗以及固定的管道整合，连接到安全盖，即使在取液或装液过程中，也可以保持容器密闭。不论是否将安全盖与容器进行连接，其自由旋转时均不会使管道发生扭曲。
如图4所示，Lundbeck公司废液容器使用的SCAT安全盖被置于收集废液的废液管的端囗。在很多情况下，这些部件用于将废液容器与仪器进行直接连接，如图5所示。排气过滤器包含有多成分碳颗粒以吸附蒸发的溶剂。安全漏斗用于转运非仪器产生的废液，只有在处理废液时才将其打开(打开该机械装置，废液容器自动关闭)。更大的漏斗用于自动倾倒大量废液;这个特点允许废液容器可用于更普通的设置，比如用于合成实验室，如图6所示。SCAT液面监测仪器与安全废液阀整合在一起，可以消除实验人员周期性地对液面进行人工监测。装满废液的容器由实验人员简单标记即可运至废液收集室。因为废物是装在DOT认可的包装容器中，因此清洁人员需要的训练较少。
结论
Lundbeck公司系统成功的关键是质量好、自动化程度高、仪器操作的人性化和高效率。这个系统运用高效的处理模式、SCAT安全密封盖、溶剂和废液容器液面感应系统，NOWpacks用于溶剂的分装以及随后的有机废液的处理。溶剂调配模块调配溶剂到玻璃器皿之中，一个标记系统用于提醒实验室清洁人员需要将废液容器中的废液转移到废液收集室。总之，这个系统有以下的优点：
1 安全
废液容器中挥发溶剂不易泄漏并且进入到实验室空气中。避免了废液容器中的液体溢出。4-L的溶剂瓶跌落或摔破的可能性降低。在废液转移的过程中，没有有害废液流出。
2 提高了工作人员对工作的满意度
实验人员不需要经常注意储液瓶或者废液容器的液面。
实验人员不再需要将装满废液的废液容器转移到废液收集室。
受过深入培训的实验人员可以将注意力转移到自己的实验上面，从而为他自己创造更多的机会，也为公司创造更多的价值。
3 分析或者设备出现故障的频率降低
改善储液瓶回流的情况。
降低分析过程中的噪声背景。
4 节省时间和金钱
储液瓶和废液容器不需要经常去监测。将废液运至处理点时，无需转运废液至DOT认可的运输容器中。节省了购买转移储液瓶的开支。省去4-L瓶子的花费以及瓶子的分装费。实验人员可以省去很多繁重的工作，从而将更多的时间用于将数据转化为重要的研究结果。以Lundbeck Research USA为例核算成本：使用上面推荐的技术，可以大约省去溶剂价格的50%。对于普通溶剂，大约30%~35%来自于溶剂成本的降低(4-L的瓶子)，15%~20%来自合理的设计从而节省的工作人员时间。对于最便宜的溶剂来说，大部分的成本节约来自于合理的设计。在以上节约的基础上，在溶剂分配器、液面感应监测器和定制废液盖子上面的投资，根据所选择的试剂，在2~6个月的时间内就可以收回.
作者简介
Mr. Westra is Technical Service Chemist, Honeywell Burdick & Jackson, 1953 S. Harvey St., Muskegon, MI 49437, U.S.A.;tel.: 231-725-6262; fax: 231-728-8226; e-mail: jim. westra@honeywell、com、 Mr. Han is Senior Research Scientist, Analytical Chemistry; Mr。McCoy is Principal Scientist, Laboratory Automation; and Dr. Hayward is Director, Analytical Chemistry and Laboratory Automation, Lundbeck Research USA, Inc., Paramus, NJ, U.S.A. Ms. Isom is Vice President, Analytical Sales and Products, Inc., Pompton Plains, NJ, U.S.A. The information in this article has been thoroughly shown to be reliable at Lundbeck Research USA, but only in its unique drug discovery laboratory environment. Information provided herein does not relieve users from the responsibility of carrying out their own tests and experiments to demonstrate fit for purpose in their own unique laboratory environments. Users assume all risks and liability (including, but not limited to, risks relating to results, performance, patent infringements and health, safety, and environment) for the results obtained by the use of this information.
