Цель занятия: ознакомиться с понятиями: химический фактор окружающей среды и загрязнение воздуха; исследовать загазованность и запылённость воздуха, содержание в нём микроорганизмов; усвоить принцип санитарной оценки качества воздуха рабочей зоны и воздуха жилых и замкнутых помещений.
Оснащение занятия:
Электроаспираторы.
Секундомеры.
Фильтры АФА-10 или АФА-15.
Поглотительные приборы.
1% раствор аммиака.
Раствор фенолфталеина.
Приборы Кротова.
Чашки Петри, залитые МПА.
Термостат.
Прибор для подсчёта колоний микроорганизмов.
Аналитические весы.
Пинцеты.
Резиновые трубки и патроны для фильтров.
Химическая посуда.
Санитарные нормы и правила.
Содержание темы:
Воздух представляет собой смесь различных газов, состав которых (без водяных паров, отличающихся непостоянством объёма, равного в среднем 0,42%, и весу, соответствующему в среднем 0,2%) представлен в таблице 29.
Таблица 29
Состав сухого воздуха при температуре 0° и давлении 760 мм рт. ст.
(объем, масса и концентрация составных частей)
| Состав воздуха | Процентный состав по объёму | Масса (в т. 1015) | Концентрация (в мг/м) |
| Азот | 78,09 | 3,8648 | |
| Кислород | 20,95 | 1,1841 | |
| Аргон | 0,93 | 0,06555 | |
| Двуокись углерода | 0,03 | 0,00233 | |
| Неон | 0,0018 | 0,0000636 | 16,2 |
| Гелий | 0,00052 | 0,0000037 | 0,9 |
| Метан | 0,00022 | 0,0000062 | 1,5 |
| Криптон | 0,0001 | 0,0000146 | 3,7 |
| Закись азота | 0,0001 | 0,0000077 | 1,9 |
| Водород | 0,00005 | 0,0000002 | 0,045 |
| Ксенон | 0,000008 | 0,0000018 | 0,45 |
| Озон | 0,000001 | 0,0000035 | 0,21 |
| Радон | 6,10-18 | - | - |
| Вся атмосфера | 100,0 | 5,13 |
Изменения в содержании нормальных составных частей воздуха или его загрязнение отражаются на организме человека. Последствия загрязнения воздуха для организма человека могут быть самыми разнообразными: развитие острых и хронических отравлений, возникновение специфических заболеваний, замедление физического развития детей, ухудшение самочувствия, понижение работоспособности, увеличение уровня общей заболеваемости и т. д.
Загрязнением воздуха условно принято считать те примеси к воздуху, которые возникают в результате деятельности человека.
В отличие от стихийных, естественных примесей, качественно однообразных и количественно постоянных загрязнения характеризуются непостоянством и большим разнообразием веществ, находящихся в состоянии газов, паров, дыма и тумана.
Санитарная оценка всех видов загрязнения воздуха основывается всего лишь на одном показателе – концентрации данного вещества в воздухе по сравнению с предельно допустимой концентрацией (ПДК). Все другие показатели, предложенные в разное время (количество загрязнений, улавливаемых в единицу времени; число частиц в единице объема и др.), оказались неприемлемыми, так как они не дают возможности количественного вычисления вещества, введённого в организм, и не допускают тем самым физиологической оценки его действия.
Предельно допустимые концентрации устанавливаются для каждого вида пыли, газа и паров с учётом физико-химических свойств вещества, загрязняющего воздух, характера и конкретных условий загрязнения (дисперсности, длительности действия и т. д.).
ПДК – концентрация, которая при ежедневной работе в течение всего рабочего стажа (с учётом комплексного, комбинированного и сочетанного действия, а также вредного действия, опосредованного через повреждение окружающей среды) не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы и в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Примечание: ПДК устанавливается не для всех работающих. Лица с повышенной чувствительностью должны быть защищены дополнительными мерами.
Качество воздуха в жилых, учебных, больничных и служебных помещениях должно быть таким же, как и состав атмосферного воздуха. Допускается лишь дополнительное незначительное загрязнение продуктами жизнедеятельности человека, критерием которого служит относительный показатель – концентрация углекислого газа (нормальная 0,04 и предельно допустимая – 0,1 %).
Оценка загрязнения воздуха осуществляется путём сопоставления фактического уровня загрязнения с предельно допустимой концентрацией. Для того, чтобы эти величины были сопоставимы, правила отбора воздуха и методика определения фактической концентрации загрязнения должны быть теми же самыми, что и при установлении предельно допустимой концентрации.
Способы отбора проб воздуха с целью определения в нём концентрации пыли
1. Вакуумный способ. Воздух в заданной точке набирается в емкости, объем которых известен. Такими емкостями могут быть вакуумированные газовые пипетки и калибровочные бутыли.
2. Способ наполнения емкости. Исследуемый воздух набирается:
· в резиновые мешки (Дугласа) и другие прорезиненные емкости воздуходувкой или аспиратором;
· в газовые пипетки и калибровочные бутыли исследуемый воздух набирается после 10-кратного продувания;
· в калибровочные 5-10-литровые бутыли исследуемый воздух набирается при выливании предварительно налитой воды или раствора хлористого натрия.
3. Аспирационный способ отбора пробы воздуха. Исследуемый воздух аспирируется (просасывается) электрическим аспиратором через предварительно взвешенный фильтр (например, типа АФА–аналитический аэрозольный фильтр), помещённый в специальный патрон, или через поглощающую среду, находящуюся в поглотительных сосудах. При этом объёмная скорость аспирации воздуха регистрируется с помощью реометра. Реометры сухие и жидкостные – это приборы, встроенные в аспираторы или существующие отдельно и предназначенные для измерения объёмной скорости аспирируемого воздуха.
Одновременно с отбором пробы воздуха регистрируются температура воздуха и атмосферное давление для приведения объёма воздуха к нормальным условиям, то есть к температуре 0°С и к атмосферному давлению 760 мм рт. ст.Объём воздуха, отобранный при данных метеоусловиях, обозначается как Vt, а приведенный к нормальным условиям – как V0.
Пример: объёмная скорость отбора пробы воздуха равна 25 л/мин., продолжительность (время) отбора (аспирации) – 20 минут, температура воздуха равна 25°С, атмосферное давление – 750 мм рт. ст. Следовательно, Vt= 25 л/мин. × 20 мин. = 500 л или 0,5 м3.
Так как во время отбора пробы воздуха его температура была выше 0°С, а атмосферное давление ниже 760 мм рт. ст., то отобранная проба воздуха фактически занимала меньший объём, равный V0. Рассчитать V0можно по формуле:
V0= 
,
где:Vt – объём воздуха при фактических температуре воздуха и атмосферном давлении;
t – температура воздуха во время отбора пробы воздуха;
В – атмосферное давление во время отбора пробы воздуха;
760 – нормальное атмосферное давление.
Продолжая пример, рассчитаем V0:
V0 = 
Для ускорения расчёта воспользуемся коэффициентами, приведенными в таблице30:
V0 = 0,5 м3 × 0,932 × 0,987 = 0,4599 м3 ≈ 0,46 м3.
Таблица30
Коэффициенты для приведения объёма воздуха к нормальным условиям
| Температура, °С | Атмосферноедавление, мм.рт.ст. | В | Температура, °С | Атмосферноедавление, мм.рт.ст. | В | ||
| (273+t) | (273+t) | ||||||
| -4 | 1,015 | 0,975 | 0,945 | 1,001 | |||
| -3 | 1,011 | 0,976 | 0,941 | 1,003 | |||
| -2 | 1,007 | 0,978 | 0,938 | 1,004 | |||
| -1 | 1,004 | 0,979 | 0,935 | 1,005 | |||
| 1,000 | 0,980 | 0,932 | 1,007 | ||||
| 0,996 | 0,982 | 0,929 | 1,008 | ||||
| 0,993 | 0,983 | 0,925 | 1,009 | ||||
| 0,989 | 0.984 | 0,922 | 1,010 | ||||
| 0,983 | 0,986 | 0,919 | 1,012 | ||||
| 0,982 | 0,987 | 0,916 | 1,013 | ||||
| 0,979 | 0,988 | 0,913 | 1,014 | ||||
| 0,975 | 0,989 | 0,910 | 1,016 | ||||
| 0,972 | 0,991 | 0,907 | 1,017 | ||||
| 0,968 | 0,992 | 0,904 | 1,018 | ||||
| 0,965 | 0,993 | 0,901 | 1,020 | ||||
| 0,961 | 0,995 | 0,898 | 1,021 | ||||
| 0,958 | 0.996 | 0,895 | 1,022 | ||||
| 0,955 | 0,997 | 0,892 | 1,024 | ||||
| 0,951 | 0,999 | 0,889 | 1,025 | ||||
| 0,948 | 1,000 | 0,886 | 1,026 |
Фильтры АФА изготавливаются из различных фильтрующих материалов типов ФП (фильтр Петрянова), обладают практически 100% задерживающей способностью, незначительным аэродинамическим сопротивлением (не более 12 мм водяного столба), высокой пропускной способностью (до 100 литров в мин.), гидрофобностью, сами имеют небольшой вес.
Для определения концентрации пыли (дисперсной фазы) применяется, например, фильтр АФА-В-10, изготовленный из перхлорвинилового фильтрующего материала ФПП-15-1,7 с рабочей поверхностью ткани в виде кружка площадью 10 см2.
Как было указано выше, взвешенный фильтр помещается в патрон и через него производится аспирация воздуха. Аспирация производится с такой скоростью и так долго, ч тобы привес фильтра не был менее 1 мг и не более 50 мг.
После отбора пробы воздуха фильтр извлекается из патрона, складывается пополам пылью внутрь, помещается в пакет из кальки, в котором он хранился ранее, транспортируется в лабораторию и повторно взвешивается. По разнице весов после и до отбора пробы воздуха определяют, сколько пыли содержалось в пропущенном через фильтр воздухе.
Далее путём деления массы пыли на объем протянутого через фильтр воздуха, приведенного к нормальным условиям, вычисляется концентрация пыли в мг на 1 м3:
С = 
где: С–искомая концентрация;
m1–вес фильтра до отбора пробы;
m2– вес фильтра после отбора пробы;
V0–объём пробы воздуха, приведенного к нормальным условиям.
Закончим приведенный выше пример и допустим, что: m1 = 0,1244 г; m2 = 0,1245 г; V0 = 0,46 м3. Следовательно,
С = 
= 0,217 мг/м3.
Сопоставляя измеренную таким образом концентрацию с предельно допустимой концентрацией, оценивают санитарное состояние воздушной среды. Некоторые ПДК нетоксической пыли равны: ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДКрз) – 10 мг/м3;
ПДК среднесуточная в атмосферном воздухе (ПДКсс) – 0,15 мг/м3;
ПДК максимально разовая в атмосферном воздухе (ПДКмр) – 0,5 мг/м3.
Наряду с весовым применяется также и химический метод количественного определения пыли.
Исследование воздуха на содержание в нём газообразных веществ производится с помощью различных приборов, таких как, например, хроматографы, спектрографы, полярографы и др. На практическом занятии вы ознакомитесь с портативными газоанализаторами типа УГ-2, предназначенными для экспрессного анализа и определения концентрации того или иного вещества в воздухе.
Принцип действия универсального газоанализатора УГ-2 основан на изменении окраски столбика индикаторного вещества, помещенного в индикаторную трубку, через которую просасывается исследуемый воздух. Концентрация искомого вещества определяется путём измерения длины возникшего окрашивания индикаторной трубки по шкале прибора, отградуированного в миллиграммах вещества на 1 литр воздуха.
Правила отбора проб воздуха определяются многими обстоятельствами, например, необходимо оценить воздух производственных помещений или атмосферный воздух, измерить максимальную концентрацию или определить среднесуточную, установить направление и динамику распространения загрязнений от источника по территории населённого пункта и т.д.
Атмосферный воздух отбирается либо путём круглосуточной аспирации (1 способ: масса задержанной на фильтре пыли делится на объём воздуха, прошедшего через фильтр в течение суток), либо прерывистым способом: отбирается не менее 10 проб в течение суток с правильным интервалом и последующим вычислением средней арифметической (2 способ). Оба способа дают значение среднесуточной концентрации.
В отношении веществ, способных при загрязнении атмосферного воздуха вызывать острые отравления, обладающих запахом, раздражающим действием на верхние дыхательные пути и слизистую оболочку глаз, дополнительно к среднесуточной концентрации определяется максимальная разовая концентрация.
Максимальная разовая концентрация определяется путём кратковременного (15–20 минут) отбора не менее 25 проб в факеле главного источника загрязнения, т. е. с подветренной стороны, в момент наибольшего загрязнения воздуха
Атмосферный воздух считается не отвечающим гигиеническим нормативам, если из 10 среднесуточных проб или из 25 максимальных разовых в двух и более пробах найдены концентрации, превышающие предельно допустимые.
Воздух рабочей зоны на производстве для анализа отбирается в моменты, наиболее характерные для данного производства, и в период наибольшего загрязнения; пункты отбора проб определяются с учетом направления токов воздуха, размещения технологического оборудования, выполнения рабочих операций, расположения фиксированных рабочих мест. На фармацевтических предприятиях и в аптечных учреждениях воздух отбирается на рабочих местах в зоне дыхания человека, то есть на высоте 1,5 м от пола. Количество проб и длительность наблюдения определяются режимом технологического процесса и распределением вредностей во времени и пространстве.
Воздух в жилищах, а также в детских, учебных, больничных, аптечных, служебных помещениях, в убежищах, подводных лодках и т. д., исследуется обычно с точки зрения содержания в нём двуокиси углерода СО2. Концентрация двуокиси углерода служит относительным показателем загрязнения воздуха: чем больше людей в помещении, чем реже оно проветривается, тем более загрязнён воздух антропотоксинами, о чём косвенно свидетельствует рост концентрации СО2 в помещении по сравнению с концентрацией этого газа в атмосферном воздухе.
Измерение концентрации СО2 в воздухе
В пробирку налить 5 мл 1%-го раствора аммиака, подкрашенного в малиновый цвет индикатором – фенолфталеином. Раствор продуть воздухом служебного помещения(учебной аудитории), набирая его в шприц Жане и выдавливая через зонд, опущенный до дна пробирки. Для обесцвечивания раствора, возможно, понадобится несколько шприцев воздуха.
Подсчитывается суммарный объём воздуха, пошедшего на обесцвечивание. (Воздух можно продувать электроаспиратором с постоянной скоростью, при этом измеряют или объём воздуха, затраченного на обесцвечивание раствора, или время, в течение которого произошло обесцвечивание раствора. В этом случае, вместо пробирки, лучше воспользоваться одним из многочисленных поглотительных приборов).
После этого выполняют подобное исследование, но вместо воздуха учебной аудитории используют атмосферный воздух.
В атмосферном воздухе концентрация углекислоты ниже (равна 0,04%), чем в воздухе учебной аудитории. Поэтому объём (или время) атмосферного воздуха, пошедшего на обесцвечивание раствора, во столько раз больше объёма (или времени) воздуха аудитории, во сколько раз концентрация СО2 в воздухе аудитории больше концентрации СО2 в атмосферном воздухе:
Концентрация СО2 = 
×0,04%.
Концентрация СО2= 
.
Предельно допустимая концентрация СО2 для жилых и служебных помещений, установленная Максом Петтенкофером, равна 0,07%.
Исследование биологического загрязнения воздуха. Одним из критериев санитарной оценки этого загрязнения является микробное число (МЧ) воздуха.