Химические факторы воздушной среды и их влияние на организм человека

Химические факторы воздушной среды подразделяются на естественные (природные) и искусственные. Последние обусловлены производственной и бытовой деятельностью человека. Естественный химический состав атмосферного воздуха характеризуется выраженным постоянством составных газовых компонентов. Совершенно иная картина наблюдается в отношении искусственных химических факторов воздушной среды. Они характеризуются чрезвычайно большим многообразием по составу и количество их постоянно увеличивается. Особенно усложнился химический состав атмосферных загрязнений воздушной среды бытовой и производственной деятельностью человека в условиях научно-технического про­гресса. Широкая химизация всех отраслей народного хозяйства и быта человека с активной разработкой - синтезом новых химических веществ, материалов и внедрениемих во все сферы жизнедеятельности человека в значительной степени усложнили состав химического загрязнения всех факторов окружающей человека среды. Многочисленными исследованиями показано, что химические загрязне­ния атмосферного воздуха, воздушной среды бытовой и производственной дея­тельности человека, как и других факторов окружающей среды, оказывают не­благоприятное воздействие на санитарное состояние самих факторов окружаю­щей среды, санитарно-бытовые условия жизни и здоровье человека. Вследствие этого изучение уровней химических загрязнений факторов окружающей среды, особенностей их воздействия на условия жизни и здоровье людей с разработкой и обоснованием целенаправленных санитарно-гигиенических оздоровительных мероприятий является неотъемлемой частью в работе врача.

Гигиеническая наука допускает поступление разнообразных химических веществ в окружающую человека природную, бытовую и производственную среду; не исключает поступления их и в организм человека. Однако количественно это поступление ограничено пределом, при котором вредные химические вещества индифферентны для организма человека и для окружающей его среды. В связи с этим возникло понятие предельно допустимой концентрации (ПДК). Основные принципы гигиенического нормирования вредных веществ в объектах окружающей среды впервые были разработаны и теоретически обоснованы отечественными учеными-гигиенистами.

Для гигиенической оценки состава и загрязненности атмосферного воздуха и воздуха в жилых помещениях, общественных, детских, лечебно-профилактических учреждениях используются гигиенические стандарты (ПДК) вредных химических веществ, разработанные для атмосферного воздуха, а при оценке воздушной среды производственных помещений - специально разработанные гигиенические стандарты (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Данные гигиенические стандарты имеют ряд принципиальных различий, заложенных в основу их определений.

Так, впервые сформулированное профессором В.А.Рязановым определение гигиенического стандарта на атмосферные загрязнения преследует следующее:

Предельно допустимой концентрацией (ПДК) может быть признана такая концентрация химического вещества в атмосферном воздухе, которая при ежедневном непрерывном воздействии в течение длительного времени на организм человека не оказывает прямого или косвенного вредного или неблагоприятного воз­действия, не снижает его работоспособности и настроения.

Для воздуха рабочей зоны, согласно ГОСТ 12.1.005-88 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны" дано следующее определение ПДК:

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны - концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч. или другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызывать заболеваний в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений в РФ и странах СНГ устанавливаются в двух показателях: максимально разовые (за 20 мин) и среднесуточные (за 24 ч). Последние являются основными; их назначение - не допустить неблагоприятного влияния в результате непрерывного длительного резорбтивного действия. Максимально разовые ПДК устанавливаются в дополнение среднесуточным ПДК для веществ, обладающих запахом или раздражающим действием и способных вызвать острое отравление.

Для воздуха рабочей зоны разработанные ПДК вредных веществ в основном представляют максимально разовые концентрации. Исключением сказанному являются радиоактивные вещества, для которых помимо максимально разовых разработаны средние взвешенные во времени концентрации, т.е. с учетом воздействия в течение рабочего дня, рабочей недели, месяца и года.

Предельно допустимые концентрации, являясь государственным санитарным нормативом, широко используются в плане предупредительного надзора при проектировании, конструировании, выборе технологического процесса, при планировке и застройке населенных мест; при санитарной экспертизе токсичности полимерных продуктов, материалов, изделий; при выборе средств индивидуальной защиты и т.д. При осуществлении санитарного надзора ПДК используются и служат юридической основой при оценке загрязненности химическими веществами объектов окружающей природной (атмосферный воздух, вода, питьевые водоисточники, почва, продукты питания) и социальной (жилища, общественные здания, производственные помещения и др.) среды, а также при оценке эффективности оздоровительных мероприятий. Качественное и количественное определение химических веществ в объектах окружающей среды осуществляется с помощью широкого спектра современных химических и физических методов исследования с применением фотоэлектроколориметров, флюориметров, спектрографов, хроматографов и других приборов и аппаратов.

Санитарно-химические исследования воздушной среды проводятся с различными целями.

1. Определение изменения природного химического состава воздуха. Это имеет значение при оценке параметров обитаемости в экстремальных условиях (герметические сооружения, космические корабли) или в особых производственных условиях.

2. Изучение показателей "антропогенного" загрязнения воздушной среды. К ним относятся продукты жизнедеятельности людей - углекислота, аммиак и др. По их количественному уровню судят о степени чистоты воздуха в помещениях, где постоянно пребывают люди. Наличие в воздухе указанных веществ небезразлич­но для организма - все они приводят к поверхностному дыханию и уменьшению легочной вентиляции, головной боли, снижению окислительных процессов в организме.

3. Определение токсических примесей в воздухе, связанных с производственными, транспортными выбросами. При этом некоторые токсические вещества являются универсальными для всех категорий воздушной среды. Например, оксид углерода в воздухе производственных помещений является результатом выбросов при определенных технологических процессах. В атмосферный воздух она поступает за счет производственных выбросов и выхлопных газов автотранспорта. В жилых помещениях оксид углерода - продукт неполного сгорания бытового газа. Диоксид серы - частый загрязняющий компонент и в атмосферном фоздухе и в воздухе производственных помещений.

4. Определение токсических примесей в воздухе помещений при использовании строительных конструкций и элементов внутренней комплектации зданий из пластических масс и синтетических материалов. Высокомолекулярные соединения, входящие в состав композиций синтетических пластмасс - пленок, других материалов, обладают способностью при старении полимеров отдавать в воздух ряд токсических соединений - фенол, формальдегид, хлорид винила, стирол и др. Химическое исследование содержания этих соединений в воздухе помещений является одним из элементов гигиенической оценки воздушной среды в зданиях современного строительства. Гигиеническое исследование и оценка химических факторов требуют от врача знания методов отбора проб, выполнения санитарно-химических исследований, качественного и количественного лабораторного анализа проб и умения оценить результаты выполненных исследований по соответствующим гигиеническим нор­мативам.

В данном разделе приводятся методы отбора и санитарно-химического исследова­ния проб воздуха, подлежащие освоению студентами медицинских вузов в объеме новой учебной программы по общей гигиене.

ТЕМА: МЕТОДЫ ОТБОРА ПРОБ ВОЗДУХА ДЛЯ САНИТАРНО-ХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Цель занятия: Ознакомить студентов с методами отбора проб воздуха для санитарно-химических исследований, расчета необходимого объема воздуха для анализа и приведения объема отобранных проб воздуха к стандартным условиям.

ОБЪЕМ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ:

1. Собрать схему для отбора проб воздуха аспирационным методом, используя поглотительные приборы, бутылочный аспиратор, электроаспиратор.

2. Собрать схему для отбора проб аэрозолей, используя электроаспиратор, патрон, фильтр.

3. Рассчитать необходимый объем воздуха для анализа по индивидуально выданной преподавателем ситуационной задаче.

4. Произвести отбор проб воздуха аспирационным методом.

5. Привести объем отобранной пробы воздуха к стандартным условиям. Резуль­таты исследований оформить в виде протокола по приведенной ниже форме.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Атмосферный воздух, как фактор окружающей среды и его гигиеническое значение.

2. Естественный химический состав атмосферы, физиолого-гигиеническое значе­ние его основных компонентов: азота, кислорода, углекислого газа, озона.

3. Природа атмосферных загрязнений, их источники и сравнительная гигиеническая характеристика.

4. Общие правила отбора проб воздуха.

5. Правила отбора проб атмосферного воздуха: среднесуточныхи максимально разовых.

6. Отбор проб воздуха в производственных помещениях.

7. Расчет необходимого объема воздуха для анализа.

8. Характеристика методов отбора проб воздуха.

9. Приведение объема воздуха к стандартным условиям.

Исследование воздуха с целью выявления содержания в нем токсических веществ является одной из труднейших задач аналитической химии. Это связано с тем, что, во-первых, воздух представляет собой неустойчивую фазу и, во-вторых, в одной пробе может одновременно находиться большое число других химических веществ и соединений.

Исследование воздуха включает два этапа - отбор проб и их анализ. Наличие сравнительно малых количеств химических веществ в воздухе и их различное агрегатное состояние предъявляют особые требования к отбору проб воздуха.

Отбор проб исследуемого воздуха - важнейшая часть работы, поскольку результат самого точного анализа теряет смысл в случае неправильно отобранной пробы. К процессу отбора проб предъявляются следующие требования:

1) получение пробы, соответствующей реальному составу воздуха;

2) накопление в пробе достаточного для обнаружения количества искомого вещества.

Способы отбора проб воздуха разнообразны и зависят от ряда причин:

1) агрегатного состояния искомого вещества в воздушной среде (аэрозоли конденсации и дезинтеграции, пары, газы);

2) возможных химических взаимодействий искомых веществ с воздушной средой;

3) числа исследуемых вредных веществ в воздухе;

4) метода исследования и др.

Отбор проб воздуха, как правило, в местах исследования начинается с определения необходимого объема воздуха для санитарно-химического исследования. При значительной концентрации загрязнений в воздухе бывает достаточно небольшого объема исследуемого воздуха (0,5-5,0 л), если же концентрации незначительны - отбирают несколько десятков и даже сотен литров.

Минимальная концентрация того или иного вещества, которая может быть определена в воздухе зависит:

а) от объема воздуха, взятого для исследования

б) от чувствительности метода определения химического вещества (приводится во всех руководствах при описании метода определения и обозначает минимальное количество вещества, которое может быть обнаружено в пробе). Таким образом, необходимый объем воздуха для исследования на наличие химических веществ будет зависеть от минимальной концентрации загрязнителя, который мы хотим обнаружить. Для этой цели предложены различные расчетные формулы:

1. Формула Атласова (1965)

где: Vx - необходимый объем воздуха для исследования в м³;

А - чувствительность метода определения химического вещества (в мг в пробе).

В - минимальная концентрация, которую мы хотим обнаружить (в мг/м³). Пример: Чувствительность метода определения стиро­ла 0,002 мг в пробе, необходимо определить концентрацию на уровне 0,06 мг/м.

т.е., чтобы определить концентрацию на уровне 0,06 мг/м необходимо отобрать не менее 33 л воздуха.

2. Более точный расчет производится по формуле А.Н.Бокова

Vo - объем воздуха в л, необходимый для исследования;

а - чувствительность принятого метода определения вещества (в мг) в

анализируемом объеме поглотительной жидкости;

n - число веществ, присутствующих в воздухе

m - ПДК определяемого вещества (в мг/м³);

V - общий объем поглотительной жидкости в мл;

V₁ - объем поглотительной жидкости в мл, необходимой для исследования;

1,2 - коэффициент запаса - объем пробы воздуха должен быть несколько

выше минимально необходимого.

Пример: В анализируемом воздухе присутствуют фенол и формальдегид. Определяем формальдегид (ПДК-0,12 мг/м³) по методу Гладчикова и Шумаркина (1957) с хромотроповой кислотой (чувствительность метода 0,00002 мг в анали­зируемом объеме).

Исследуемый воздух пропускается через 10 мл поглотительной жидкости, а для дальнейшего анализа берется 2 мл.

Производим расчет по формуле:

т.е. необходимо отобрать для анализа не менее 20 л воздуха. Подобные предварительные расчеты, с одной стороны, могут предотвратить неправильное суждение о степени загрязнения атмосферного воздуха, когда из-за недостаточного объема пробы воздуха получаем отрицательный результат анализа, а с другой стороны, позволяют избежать неоправданно длительного или завышенного отбора проб воздуха.

Принимая во внимание то, что отбор проб воздуха чрезвычайно ответственный этап анализа, до начала исследования должно быть выяснено:

а) в каком агрегатном состоянии находится в воздухе определяемое вещество;

б) какие вещества сопутствуют ему и влияют ли они на ход анализа;

в) динамику поступления исследуемого вещества, т.е. имеет ли место кратковременное или непрерывное его поступление в воздух.

Эти моменты определяются особенностями технологического процесса, который должен всегда учитываться и приниматься во внимание при исследовании атмосферного воздуха и воздуха производственных помещений.

ОТБОР МАКСИМАЛЬНО-РАЗОВЫХ ПРОБ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Максимально разовая концентрация - наивысшая концентрация, которая определяется путем кратковременного отбора проб под факелом выбросов. Отбор проб в этом случае проводят в зонах максимального загрязнения, непосредственно в факеле выброса.

Отбор проб под факелом осуществляется как правило в течение 15-20 минут. В каждой точке отбирают не менее 25 проб в течение ряда дней на уровне 1,5 м от земли (в зоне дыхания) в местах, где отсутствуют источники местного загрязне­ния воздуха: на газонах, твердом грунте. Лучшим вариантом отбора максимально разовых проб следует считать одновременный отбор проб в 2-3 точках по поперечнику раскрытия факела и на 2-х - 3-х расстояниях удаления от источника загрязнения. Отбор проб следует производить в часы максимального загрязнения воздуха.