Химический состав природного атмосферного воздуха, физиологическое значение его составных частей

По химическому составу чистый атмосферный воздух представляет собой смесь газов: кислорода, углекислого газа, азота, а также целого ряда инертных газов (аргон, гелий, криптон и др.). Так как воздух является физической смесью, а не химическим соединением составляющих его газов, то при подъеме даже на десятки километров процентное содержание этих газов практически не меняется.

У поверхности Земли в атмосферном воздухе содержится, %: кислорода – 20,93; азота – 78,1; углекислого газа – 0,03-0,04; инертных газов – от 10-3 до 10-6 %.

Кислород -самая важная для жизни часть воздуха. Он необходим для окислительных процессов и находится в крови, в основном, в связанном состоянии – в виде оксигемоглобина, который переносится эритроцитами к клеткам организма.

Переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь происходит благодаря разности парциального давления в альвеолярном воздухе и венозной крови. В силу этой же причины осуществляется поступление кислорода из артериальной крови в межтканевую жидкость и далее – в клетки.

В природе кислород расходуется на окисление органических веществ, содержащихся в воздухе, воде, почве, и на процессы горения. Убыль кислорода пополняется за счет больших его запасов в атмосфере, а также в результате деятельности фитопланктона океанов и наземных растений. Уровень кислорода у поверхности Земли колеблется незначительно: от 20,7 до 20,95%. В жилых помещениях, общественных зданиях содержание кислорода также практически не меняется благодаря легкой диффузии его через поры строительных материалов, щели в окнах и т.п.

В герметизированных помещениях содержание кислорода может значительно уменьшаться. Однако выраженное ухудшение самочувствия, снижение работоспособности у людей наблюдаются при очень значительном падении содержании кислорода – до 15-17%.

У здоровых людей кислородное голодание из-за снижения парциального давления кислорода может наблюдаться при полетах (высотная болезнь) и при восхождении на горы (горная болезнь). На высоте порядка 7-8 км парциальное давление кислорода таково, что для нетренированных людей без использования кислородных приборов является несовместимым с жизнь.

Углекислый газ, или диоксид углерода, в природе находится в свободном и связанном состоянии. До 70% - растворено в воде морей и океанов, около 22% - в составе некоторых минеральных соединений. Остальное приходится на животный и растительный мир. В атмосферу углекислый газ выделяется в результате дыхания человека и животных, а также процессов горения, гниения, брожения. Кроме того, диоксид углерода образуется при промышленном обжиге известняков и доломитов, возможно его выделение с вулканическими газами.

Диоксид углерода является физиологическим возбудителем дыхательного центра. Его парциальное давление в крови обеспечивается регулированием кислотно-щелочного равновесия. В организме он находится в связанном состоянии в виде двууглекислых солей натрия в плазме и эритроцитах крови. Накопление диоксида углерода в крови и тканях ведет к развитию тканевой аноксии. При увеличении содержания диоксида углерода во вдыхаемом воздухе до 3-4% отмечаются симптомы интоксикации, при 8% - тяжелое отравление и смерть. По содержании СО2 судят о чистоте воздуха в жилых и общественных зданиях. Значительное накопление этого соединения в воздухе закрытых помещений указывает на санитарное неблагополучие помещения. ПДК СО2 в воздухе лечебных учреждений равна 0,07%, в воздухе жилых и общественных зданий – 0,1%. Последняя величина принята в качестве расчетной при определении эффективности вентиляции жилых и общественных помещений.

Азот принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение. Азот воздуха усваивается некоторыми видами бактерий почвы, а также синезелеными водорослями. Азот воздуха под влиянием электрических разрядов превращается в окислы, которые, вымываясь из атмосферы осадками, обогащают почву азотистой и азотной кислоты. Под влиянием почвенных бактерий соли азотистой кислоты превращаются в соли азотной кислоты, которые в свою очередь усваиваются растениями и служат для синтеза белка. Установлено, что 95% атмосферного воздуха ассимилируется живыми организмами и лишь 5% связывается в результате физических процессов в природе. Следовательно, основная масса связанного азота имеет биогенное происхождение. Наряду с усвоением азота происходит его выделение в атмосферу. Свободный азот образуется при горении древесины, угля, нефти, небольшое количество свободного азота выделяется при разложении органических соединений микроорганизмами-денитрификаторами.

Азот является разбавителем кислорода, выполняя в связи с этим жизненно важную функцию, т.к. дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме. Повышенное содержание азота во вдыхаемом воздухе способствует наступлению гипоксии и асфиксии вследствие снижения парциального давления кислорода. При увеличении содержания азота до 93% наступает смерть.

В условиях повышенного давления проявляются неблагоприятные свойства азота, что связано с его наркотическим действием.

Среди инертных газов особое место занимают радон, актинон и торон – продукты распада естественных радиоактивных элементов радия, тория, актиния. В химическом отношении эти газы инертны, а их опасное воздействие на организм связано с их радиоактивностью. В природных условиях они определяют естественную радиоактивность атмосферы.

 

13. Физиолого-гигиеническое значение влажности воздуха. ее роль в формировании микроклимата. Виды влажности, методы определения, принципы нормирования.

Влажность воздуха зависит от содержания в нем водяных паров. Гигиеническое значение влажности воздуха определяется, главным образом, ее влиянием на тепловой обмен человека. Высокая влажность воздуха в сочетании с его высокой температурой затрудняет отдачу тепла.

Если температура воздуха близка или выше температуры тела, отдача тепла осуществляется только благодаря испарению пота с поверхности кожи. Но по-следнее возможно только при условии низкой влажности воздуха. При высокой влажности затрудняется отдача тепла и путем испарения, вследствие чего происходит перегревание организма.

Высокая влажность воздуха в сочетании с низкой температурой способствует отдаче тепла путем проведения и конвекции, что может привести к охлаждению организма и возникновению простудных заболеваний.

Слишком низкая влажность воздуха (относительная влажность 10-15%) в сочетании с высокой температурой вызывает чувство жажды, сушит слизистые оболочки рта и верхних дыхательных путей, однако сухой воздух при всех усло-виях переносится легче, чем влажный.

Наиболее благоприятной является относительная влажность в пределах 30-60% при температуре воздуха 18-20°С и слабом его движении (0,2-0,4 м/с).

Влажность воздуха характеризуется следующими величинами:

Абсолютная влажность - упругость водяных паров, находящихся в данный момент в воздухе (выражается в миллиметрах ртутного столба), или количество водяных паров в граммах, содержащихся в 1 мвоздуха в момент исследо-вания.

Максимальная влажность - упругость водяных паров при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре, или количество водяных паров в граммах, необходимое для полного насыщения 1 м воздуха при данной температуре. Максимальная влажность воздуха зависит от температуры. Чем выше температура воздуха, тем больше требуется водяных паров для полного его насыщения.

Относительная влажность - отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах.

 Дефицит насыщения - разность между максимальной и абсолютной влажностью.

Физиологический дефицит насыщения - разность между максимальной влажностью воздуха при температуре 37°С (температура тела) и абсолютной влажностью воздуха в момент исследования. Он указывает, сколько граммов воды может извлечь из организма кубический метр вдыхаемого воздуха.

Точка росы - температура, при которой воздух становится насыщенным во-дяными парами.

Абсолютная влажность воздуха определяется приборами, которые называются психрометрами. Психрометры бывают двух типов: стационарные и аспира-ционные.

Стационарный психрометр Августа состоит из двух одинаковых ртутных или спиртовых термометров, условно называемых "влажным" и "сухим". Резер-вуар "влажного" термометра обернут кусочком тонкой материи (батист, марля),конец которого опущен в сосуд с дистиллированной водой. Верхний край сосуда должен находиться на расстоянии 3-4 см от резервуара термометра. С поверхности влажной материи происходит испарение воды. На процесс испарения затрачивается тепло, поэтому "влажный" термометр будет охлаждаться и показывать более низкую температуру, чем "сухой". При определении влажности воздуха прибор следует оградить от источников излучения и случайных движений воздуха. Отсчеты показаний обоих термометров производят через 10-15 мин после установки прибора.

Абсолютную влажность вычисляют по следующей формуле:

A = f-a(t1-t2)B,

где А - искомая абсолютная влажность;

f - максимальное напряжение водяных паров при температуре "влажного" термометра;

а - психрометрический коэффициент, который при определении влажности атмосферного воздуха принимается равным 0,00074, при определении влажности комнатного воздуха - 0,0011;

tl - показания сухого термометра;t2 - показания влажного термометра;

В - барометрическое давление в момент наблюдения.

Относительная влажность по формуле:

R = A x 100/F,

где R - искомая относительная влажность;

А - абсолютная влажность;

F - максимальная влажность при температуре сухого термометра.

Относительную влажность воздуха можно определить по психрометрической таблице, если наблюдения проводятся в помещении, где имеет место рав-номерное движение воздуха со средней скоростью 0,2 м/с.

Аспирационный психрометр Ассмана также состоит из двух одинаковых термометров - "сухого" и "влажного". Резервуары термометров заключены в ме-таллические трубки, которые одновременно защищают их и от лучистого тепла. Резервуар влажного термометра обернут батистом. В верхней части прибора имеется часовой механизм, соединенный с вентилятором, который обеспечивает засасывание воздуха с постоянной скоростью через металлические трубочки с резервуарами термометров. Перед определением влажности воздуха батист на резервуаре "влажного" термометра смачивают дистиллированной водой с помощью пипетки. Заводят часовой механизм до отказа. При этом исследуемый воздух засасывается в трубки, омывает резервуары термометров, затем поступает в вертикальную металлическую трубку, расположенную между термометрами, и удаляется через отверстия в верхней части прибора. Так как воздух движется с постоянной скоростью, испарение воды с поверхности резервуара "влажного" термометра происходит более равномерно, чем в стационарном психрометре, и не зависит от скорости движения воздуха в помещении. Поэтому аспирационный психрометр является более совершенным прибором.

Отсчет показаний термометров производят во время работы прибора, то есть тогда, когда температура влажного термометра станет минимальной, примерно через 3-4 мин после включения механизма.

Вычисление абсолютной влажности при определении ее аспирационным психрометром производится по формуле:

A = f - 0,5(t1-t2)B/755,

где А - искомая абсолютная влажность;

f - максимальная влажность при температуре влажного термометра;

0,5 - постоянный психрометрический коэффициент;

t1 - температура "сухого" термометра;

t2 - температура "влажного" термометра;

В - барометрическое давление в момент наблюдения;

755 - среднее барометрическое давление.

Пользуясь аспирационным психрометром, относительную влажность можно определить по психрометрической таблице. Искомую влажность находят в точке пересечения линии, идущей горизонтально от показания "сухого" термометра, с линией, проведенной вертикально от показания "влажного" термометра.

Гигрометры - приборы, с помощью которых можно непосредственно определить относительную влажность. Прибор представляет собой раму, в которой вертикально натянут обезжиренный волос. Один конец волоса укреплен на верхней части рамы, другой (нижний) перекинут через блок и к нему прикреплен небольшой груз, при помощи которого волос всегда находится в слегка натянутом состоянии. К блоку прикреплена стрелка. При увеличении влажности воздуха волос удлиняется, при уменьшении влажности - укорачивается. Изменения длины волоса приводят в движение стрелку, которая перемещается по шкале. На шкале нанесены цифры относительной влажности в процентах.

Гигрограф - самопишущий прибор, который применяется для непрерывной регистрации изменений относительной влажности воздуха в течение длительного времени. Прибор устроен аналогично термографу. В качестве воспринимающей части, реагирующей на изменение влажности воздуха, служит пучок волос, который при помощи системы рычажков соединяется со стрелкой, заканчивающейся пером. В зависимости от влажности воздуха длина пучка волос изменяется, что приводит в движение систему и на ленте барабана вычерчивается кривая относительно влажности воздуха.