Некоторые теоретические положения

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВА КИСЛОРОДА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

Методические указания к лабораторной работе по экологии

Набережные Челны

УДК 628.8 (076)

Исследование количества кислорода на рабочем месте: Методические указания к лабораторной работе по экологии /Составители: Р. Г. Хакимов, А.З. Гумеров - Набережные Челны: ИНЭКА, 2006. - 15с.

Данное методическое указание к лабораторной работе по курсу «Экология» содержит общие положения, отражающие влияние количества кислорода на организм человека в зависимости от соотношения кислорода и других газов (в основном азота), роль в этом процессе влияния кислорода на организм, разъясняются принципы нормирования количества кислорода и парциального давления кислорода при разных видах производственной деятельности человека. Во второй части дается описание устройства и принцип действия применяемых приборов, а также проводятся необходимые для расчетов табличные данные. Приводится методика исследования количества кислорода и оценки влияния изменяющихся условий атмосферного давления на организм человека, даются рекомендации по оформлению полученных результатов.

Рецензент: доктор химических наук, профессор каф. Х и Э М.П. Соколов.

Печатается по решению научно-методического совета Камской государственной инженерно-экономической академии.

© Камская государственная инженерно-

экономическая академия, 2006

Исследование количества кислорода на рабочем месте

Цель работы: ознакомление нормативными материалами по количественному и качественному составу атмосферного воздуха на рабочем месте, а также методами и приборами для определения количества кислорода в рабочих помещениях; определение парциального давления кислорода.

Некоторые теоретические положения

Атмосферное давление оказывает существенное влияние на процесс дыхания и самочувствие человека. Если без воды и пищи человек может прожить несколько дней, то без кислорода - всего несколько минут. Основным органом дыхания человека, посредством которого осуществляется газообмен с окружающей средой (главным образом О₂ и СО₂), является трахеобронхиальное дерево и большое число легочных пузырей (альвеол), стенки которых пронизаны густой сетью капиллярных сосудов. Общая поверхность альвеол взрослого человека составляет 90...150 м². Через стенки альвеол кислород поступает в кровь для питания тканей организма.

Наличие кислорода во вдыхаемом воздухе - необходимое, но не достаточное условие для обеспечения жизнедеятельности организма! Интенсивность диффузии кислорода в кровь определяется парциальным давлением кислорода в альвеолярном воздухе (р о₂, мм.рт.ст.) Экспериментально установлено:

где В - атмосферное давление вдыхаемого воздуха, мм.рт.ст.; 47 - парциальное давление насыщенных водяных паров в альвеолярном воздухе, мм.рт.ст. (6265,1 Па); V _О2 - процентное (объемное) содержание кислорода в альвеолярном воздухе, %; р _СО2 - парциальное давление * углекислого газа в альвеолярном воздухе; р _СО2= 40 мм.рт.ст.

Наиболее успешно диффузия кислорода в кровь происходит при парциальном давлении кислорода в пределах 95...120 мм.рт.ст. (12 663,5 – 15 996 Па). Изменение парциального давления р _О2, вне этих пределов приводит к затруднению дыхания и увеличению нагрузки на сердечно-сосудистую систему. Так, на высоте 2...3 км (р _O2 - 70 мм.рт.ст. = 9331 Па) насыщение крови кислородом снижается до такой степени, что вызывает усиление деятельности сердца и легких. Но даже длительное пребывание человека в этой зоне не сказывается существенно на его здоровье, и она называется зоной достаточной компенсации. С высоты 4 км (р _O2 = 60 мм.рт.ст. = 7998 Па) диффузия кислорода из легких в кровь снижается до такой степени, что, несмотря на большое содержание кислорода (V _O2= 21 %), может наступить кислородное голодание - гипоксия. Основные признаки гипоксии - головная боль, головокружение, замедленная реакция, нарушение нормальной работы органов слуха и зрения, нарушение обмена веществ.

Как показали исследования, удовлетворительное самочувствие человека при дыхании воздухом сохраняется до высоты около 4 км, чистым кислородом (V _O2 = 100 %) до высоты около 12 км. При длительных полетах на летательных аппаратах на высоте более 4 км применяют либо кислородные маски, либо скафандры, либо герметизацию кабин. При нарушении герметизации давление в кабине резко снижается. Часто этот процесс протекает так быстро, что имеет характер своеобразного взрыва и называется взрывной декомпрессией. Э ффект воздействия взрывной декомпрессии на организм зависит от начального значения и скорости понижения давления, от сопротивления дыхательных путей человека, общего состояния организма.

___________________________________________________________________________

* Парциальное давление (позднелатинское – partialis – частичный, от латинского pars – часть), давление, которое имел бы газ. Входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре. Общее давление смеси газов равно сумме П.д. отдельных составляющих смеси (Дальтона закон). П.д. отдельных газов определяет течение процесса диффузии данного газа, абсорбции, растворения (закон Генри) и распределения его между двумя частями системы, разделёнными проницаемой для данного газа перегородкой (Осмос, Осмотическое давление).

В общем случае чем меньше скорость понижения давления, тем легче она переносится. В результате исследований установлено, что уменьшение давления на 385 мм.рт.ст. (» 51 кПА) за 0,4 с человек переносит без каких-либо последствий. Однако новое давление, которое возникает и результате декомпрессии, может привести к высотному метеоризму и высотным эмфиземам. Высотный метеоризм - это расширение газов, имеющихся в свободных полостях тела. Так, на высоте 12 км объем желудка и кишечного тракта увеличивается в 5 раз. Высотные эмфиземы, или высотные боли, - это переход газа из растворенного состояния в газообразное.

В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легочный аппарат человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. В технических расчетах можно принимать (с запасом), что выдыхаемый воздух имеет температуру 37°С и полностью насыщен. Количество кислорода, вдыхаемого работником в единицу времени зависит от парциального давления кислорода и от объема воздуха V_лв, вдыхаемого человеком в единицу времени – легочной вентиляции. «Легочная вентиляция» определяется как произведение объема воздуха, вдыхаемого за один вдох V_вв(м³) на частоту дыхания в секунду n: V_лв = V_вв* n. Частота дыхания человека непостоянна и зависит от состояния организма и его физической нагрузки. В состоянии покоя с каждым вдохом в легкие поступает около 0,5 дм³ воздуха. При выполнении тяжелой работы объем вдоха-выдоха может возрастать до 1,5…1,8 дм³. Среднее значение легочной вентиляции в состоянии покоя примерно 0,4…0,5 дм³/с, а при физической нагрузке в зависимости от тяжести труда может достигать 4 дм³/с.

В ряде случаев, например при производстве работ под водой, в водонасыщенных грунтах работающие находятся в условиях повышенного атмосферного давления. При выполнении кессонных и глубоководных работ обычно различают три периода: повышения давления - компрессии; нахождения в условиях повышенного давления и период понижения давления - декомпрессия. Каждому из них присущ специфический комплекс функциональных изменений в организме.

Избыточное давление воздуха приводит к повышению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, к уменьшению объема легких и увеличению силы дыхательной мускулатуры, необходимой для производства вдоха-выдоха. В связи с этим работа на глубине требует поддержания повышенного давления с помощью специального снаряжения или оборудования, в частности кессонов или водолазного снаряжения.

При работе в условиях избыточного давления снижаются показатели вентиляции легких за счет некоторого урежения частоты дыхания и пульса. Длительное пребывание при избыточном давлении (порядка 700 кПа) приводит к токсическому действию некоторых газов, входящих в состав вдыхаемого воздуха. Оно проявляется в нарушении координации движений, возбуждении или угнетении, галлюцинациях, ослаблении памяти, расстройстве зрения и слуха.

Наиболее опасен период декомпрессии, во время которого и вскоре после выхода в условиях нормального атмосферного давления может развиться декомпрессионная (кессонная) болезнь. Сущность ее состоит в том, что в период компрессии и пребывания при повышенном атмосферном давлении организм через кровь насыщается азотом N₂. Полное насыщение организма азотом наступает через 4 ч пребывания в условиях повышенного давления.

В процессе декомпрессии вследствие падения парциального давления в альвеолярном воздухе происходит десатурация азота из тканей (Десатурация (preoxygenetion – английский термин), de - + латинский - saturation – насыщение, в авиационной и космической медицине – выведение из организма азота в его жидких средах, путем дыхания кислородом; используется с целью профилактики декомпрессионных расстройств). Выделение азота осуществляется через кровь и затем легких. Продолжительность десатурации зависит в основном от степени насыщения тканей азотом (Приемлемая скорость десатурации азота 150 мл N₂/за 1мин: легочные альвеолы диффундируют не более 250 млазота в минуту). Если декомпрессия производится форсированно, крови и других жидких средах образуются пузырьки азота, которые вызывают газовую эмболию и как ее проявление - декомпрессионную болезнь. Тяжесть декомпрессионной болезни определяется массовостью закупорки сосудов и их локализацией. Развитию декомпрессионной болезни способствует переохлаждение и перегревание организма. Понижение температуры приводит к сужению сосудов, замедлению кровотока, что замедляет удаление азота из тканей и процесс десатурации. При высокой температуре наблюдается сгущение крови и замедление ее движения. Оба процесса опасны для человека.

Особо следует остановиться на влиянии уменьшения кислорода в рабочей среде из-за наличия избыточного количества других газов (азота, дыма и т.п.) на человека. При снижении его на 8-11% у человека ухудшаются двигательные функции, происходит нарушение мускульной координации, притупление внимания и затруднение мышления. При уменьшении содержания кислорода на 17% человек может умерить. Опасным также является уменьшение видимости из-за недостатка кислорода.

Атмосфера Земли с общей массой около 5,5_*10¹⁸ кг при поверхностном слое состоит на 78,1% из азота, на 21,0% состоит из кислорода, на 0,9% состоит из аргона и незначительного количества остальных газов. Количество водяных паров при поверхностном слое атмосферы в тропиках доходит до 3% и уменьшается в Антарктиде до 2_*10^-5%. В рабочих помещениях могут быть заметные изменения состава атмосферы. Например, количество углекислого газа (СО₂) может доходить до 3% и более. При температуре t = 0°С и давлении p = 760 мм.рт.ст. плотность атмосферного воздуха ρ_в = 1,2928 кг/м³, а кислорода – ρ_О2 = 1,42904 кг/м³, азота – ρ_N2 = 1,2505 кг/м³. Давление газов в 1 мм.рт.ст. соответствует 133,3 Па в СИ или 1,333 гПа (гектопаскалей). При расчетах рекомендуется пользоваться международной системой единиц.

Поиск по сайту: