1 способ. Метод основан на реакции углекислоты с раствором кальцинированной соды.
В шприц объемом 100 мл набирают 20 мл 0,005% раствора кальцинированной соды с фенолфталеином, имеющего розовую окраску, а затем засасывают 80 мл воздуха и встряхивают в течение 1 мин. Если не произошло обесцвечивания раствора, воздух из шприца осторожно выжимают, оставив в нем раствор, вновь набирают порцию воздуха и встряхивают еще 1 мин. Эту операцию повторяют 3-4 раза, после чего добавляют воздух небольшими порциями по 10-20 мл, каждый раз встряхивая содержимое 1 мин. до обесцвечивания раствора. Подсчитав общий объем воздуха, прошедшего через шприц, определяют концентрацию СO2 в воздухе по приводимой табл. 6.6.
2 способ. Принцип метода: определение основано на нейтрализации слабоаммиачного раствора углекислым газом в присутствии индикатора фенолфталеина. В дальнейшем производится сравнительное исследование изучаемого воздуха и воздуха открытой атмосферы, где содержание СО2 держится на уровне 0,04% в городе и 0,03% в сельской местности.
1. Пробирки вместимостью 30 см3
2. Шприц вместимостью 20 см3.
Реактивы. 1. Аммиак – 25%-ный раствор. 2. Фенолфталеин – 1%-ный раствор спиртовый. 1 г фенолфталеина растворяют в 80 см3 этанола и доводят объем до 100 см3 водой. 3. Поглотительный раствор. К 500 см3 дистиллированной воды добавляют 0,04 см3 раствора аммиака и 1-2 капли 1%-ного раствора фенолфталеина.
Ход определения: в пробирку наливают 10 см3 поглотительного раствора и закрывают резиновой пробкой, которую заранее протыкают иглой от шприца. Сначала исследование проводят с воздухом открытой атмосферы. Для этого воздух забирают шприцем до отметки 20 см3 и под давлением вводят через иглу в пробирку с аммиачным раствором. Не отпуская поршня, пробирку энергично взбалтывают для поглощения СО2 из воздуха. Эти манипуляции проводят до полного обесцвечивания поглотительного раствора. Записывают, сколько раз (количество шприцев) пришлось вводить воздух из шприца в пробирку, чтобы раствор обесцветился.
После этого пробирку освобождают от использованного раствора, ополаскивают дистиллированной водой, заполняют 10 см3 свежего поглотительного раствора и точно так же проводят определение с исследуемым воздухом. Снова записывают количество шприцев, пошедших на обесцвечивание раствора. Как правило, во втором случае для нейтрализации аммиачного раствора требуется меньшее количество шприцев воздуха.
Концентрацию оксида углерода (IV) в воздухе определяют по формуле:
где n – количество шприцев воздуха открытой атмосферы;
n1 – количество шприцев исследуемого воздуха.
ПДК рабочей зоны SO2 = 10 мг/м3. Под действием сернистого газа происходит резкое раздражение слизистых оболочек, спазм голосовой щели.
Принцип метода – восстановление йода сернистым газом до йодоводорода.
В поглотитель Полежаева (или иной подобный поглотитель, см. рис. 6.4) наливают 1 мл поглотительного раствора, состоящего из смеси 0,0001 н. раствора йода с крахмалом. Через поглотитель протягивают с помощью аспиратора (рис. 6.5) воздух со скоростью 10 мл/мин. (при такой скорости можно легко сосчитать проходящие через поглотительный раствор пузырьки воздуха) до исчезновения окраски поглотительного раствора.
Объем прошедшего через поглотитель воздуха можно определить по объему вытекающей из аспиратора воды.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СО2 И ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОЗДУХА КАК ПОКАЗАТЕЛЕЙ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА И ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ
Гигиенические показатели санитарного состояния и вентиляции помещений
- Химический состав атмосферного воздуха: азота — 78,08%; кислорода — 20,95%; углекислого газа — 0,03-0,04%; инертных газов (аргон, неон, гелий, криптон, ксенон) — 0,93%; влаги, как правило, от 40-60% до насыщения; пыль, микроорганизмы, естественные и техногенные загрязнения — в зависимости от промышленного развития региона, типа поверхности (пустыня, горы, наличие зеленых насаждений и др.)
- Основные источники загрязнения воздуха населенных мест, производственных помещений — выбросы промышленных предприятий, автотранспорта; пиле-, газообразование промышленных предприятий; метеорологические факторы (ветры) и тип поверхности регионов (пылевые бури пустынных мест без зеленых насаждений).
- Источники загрязнения воздуха жилых помещений, помещений коммунально-бытового назначения и общественных помещений — продукты жизнедеятельности организма людей, которые выделяются кожей и при дыхании (продукты распада пота, кожного сала, омертвелого эпидермиса, другие продукты жизнедеятельности, которые выделяются в воздух помещения пропорционально количеству людей, срока их пребывания в помещении и количества углекислого газа, который накапливается в воздухе пропорционально перечисленным загрязнителям), и поэтому используется как показатель (индикатор) степени загрязнения этими веществами воздуха помещений различного назначения.
- Учитывая, что через кожу и при дыхании выделяются, в основном, органические продукты обмена веществ, для оценки степени загрязнения воздуха помещений людьми было предложено определять другой показатель этого загрязнения – окисляемость воздуха, т.е. измерять количество миллиграммов кислорода, необходимого для окисления органических соединений в 1 м3 воздуха с помощью титрованного раствора бихромата калия К2Сr2О7. Окисляемость атмосферного воздуха обычно не превышает 3-4 мг/м3, в хорошо проветриваемых помещениях окисляемость находится на уровне 4-6 мг/м3, а в помещениях с неблагоприятным санитарным состоянием окисляемость воздуха может достигать 20 и более мг/м3.
- Концентрация углекислого газа отображает степень загрязнения воздуха другими продуктами жизнедеятельности организма. Концентрация углекислого газа в помещениях увеличивается пропорционально количеству людей и времени их пребывания в помещении, но как правило, не достигает вредных для организма уровней. Только в замкнутых, недостаточно вентилируемых помещениях (хранилищах, подводных лодках, подземных выработках, производственных помещениях, канализационных системах и т.п.) за счет брожения, горения, гниения количество углекислого газа может достигать концентраций, опасных для здоровья и даже жизни человека.
Исследованиями М. П. Бресткина и ряда других авторов установлено, что повышение концентрации СО2 до 2-2,5% не вызывает заметных отклонений в самочувствии человека, его трудоспособности. Концентрации СО2 до 4% вызывают повышение интенсивности дыхания, сердечной деятельности, снижение трудоспособности. Концентрации СО2 до 5% сопровождаются одышкой, усилением сердечной деятельности, снижением трудоспособности, а 6% — способствуют снижению умственной деятельности, возникновению головной боли, умопомрачению, 7% — может вызвать неспособность контролировать свои действия, потерю сознания и даже смерть, 10% — вызывает быструю, а 15-20% мгновенную смерть из-за паралича дыхания.
Для определения концентрации СО2 в воздухе разработано несколько методов, среди которых метод Субботина-Нагорского с гидроокисью бария, методы Реберга-Винокурова, Калмыкова, интерферометрический. Вместе с тем в санитарной практике наиболее широко используется портативный экспрессный метод Лунге-Цеккендорфа в модификации Д.В.Прохорова (приложение 2).
Определение диоксида углерода в воздухе экспресс-методом Лунге-Цеккендорфа в модификации Д.В. Прохорова
Принцип метода основан на пропускании исследуемого воздуха через титрованный раствор углекислого натрия (или аммиака) в присутствии фенолфталеина. При этом происходит реакция Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3. Раствор фенолфталеина, который имеет розовую окраску в щелочной среде, после связывания CO2 обесцвечивается (кислая среда).
Разведением 5,3 г химически чистого Na2CO3 в 100 мл дистиллированной воды готовят исходный раствор, к которому прибавляют 0,1% раствор фенолфталеина. Перед анализом готовят рабочий раствор разведением исходного раствора 2 мл до 10 мл дистиллированной водой.
Раствор переносят в склянку Дрекселя по Лунге-Цеккендорфу (рис. 11.1а) или в шприц Жанне по Прохорову (рис. 11.1б). В первом случае к длинной трубке склянки Дрекселя с утонченным носиком присоединяют резиновую грушу с клапаном или небольшим отверстием. Медленно сжимая и быстро отпуская грушу, продувают через раствор исследуемый воздух. После каждой продувки склянку встряхивают для полного поглощения CO2 из порции воздуха. Во втором случае (по Прохорову) в шприц, наполненный 10 мл рабочего раствора соды с фенолфталеином, держа его вертикально, набирают порцию исследуемого воздуха. Затем энергичным встряхиванием (7-8 раз) воздух приводят в контакт с поглотителем, после чего воздух выталкивается и вместо него набирается одна за другой порции исследуемого воздуха до полного обесцвечивания раствора в шприце. Считают количество объемов (порций) воздуха, пошедших на обесцвечивание раствора. Анализ воздуха проводят в помещении и за пределами помещения (атмосферный воздух).
Результат рассчитывают по обратной пропорции на основании сопоставления количества израсходованных объемов (порций) груш или шприцев и концентрации CO2 в атмосферном воздухе (0,04%) и в конкретном исследуемом помещении, где определяется концентрация СО2. Например, в помещении израсходовано 10 объемов груш, или шприцев, на улице – 50 объемов. Отсюда, концентрация CO2 в помещении = (0,04 x 50) : 10 = 0,2%.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) CO2 в жилых помещениях разного назначения установленная в пределах 0,07-0,1%, в производственных помещениях, где CO2 накапливается от технологического процесса, до 1-1,5%.
Рис.11.1а. Прибор для определения концентрации СО2 по Лунге-Цеккендорфу (а — резиновая груша для продувки воздуха с клапаном; б — склянка Дрекселя с раствором соды и фенол-фталеина)
Рис. 11.1б. Шприц Жанне для определения концентрации СО2 по Д. В. Прохорову
Методика определения и гигиенической оценки показателей воздухообмена и вентиляции помещений
Воздух жилых помещений считается чистым, если концентрация CO2 не превышает предельно допустимых концентраций – 0,07% (0,7‰) по Петтенкоферу или 0,1% (1,0‰) по Флюге.
На этом основании рассчитывается необходимый объем вентиляции – количество воздуха (в м3), которое должно поступать в помещение в течение 1 ч, чтобы концентрация CO2 в воздухе не превысила предельно допустимых концентраций для данного вида помещений. Его рассчитывают по формуле:
где: V – объем вентиляции, м3/час;
К – количество СО2, выделяемое одним человеком за один час (в покое 21,6 л/ч; во сне – 16 л/ч; при выполнении работы разной тяжести – 30-40 л/ч);
n — количество людей в помещении;
Р – предельно допустимая концентрация СО2 в промилле (0,7 или 1,0‰);
Р1 – концентрация СО2 в атмосферном воздухе в промилле (0,4‰).
При расчете количества СО2, которое выделяет один человек за один час, выходят из того, что взрослый человек при легкой физической работе производит в течение 1 минуты 18 дыхательных движений с объемом каждого вдоха (выдоха) 0,5 л и, следовательно, в течение часа выдыхает 540 л воздуха (18 х 60 х 0,5 = 540).
Учитывая, что концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе примерно 4% (3,4-4,7%), то общее количество выдыхаемого углекислого газа за пропорцией составит:
х = (540*4)/100 = 21,6 л/час
При физических нагрузках пропорционально их тяжести и интенсивности возрастает количество дыхательных движений, а потому возрастает и количество выдыхаемого СО2 и необходимый объем вентиляции.
Необходимая кратность вентиляции – число, которое показывает, сколько раз в течение часа меняется воздух помещения, чтобы концентрация СО2 не превышала предельно допустимых уровней.
Необходимую кратность вентиляции находят путем деления рассчитанного необходимого объема вентиляции на кубатуру помещения.
Фактический объем вентиляции находят путем определения площади вентиляционного отверстия и скорости движения воздуха в нем (фрамуга, форточка). При этом учитывают, что через поры стен, щели в окнах и двери в помещение проникает объем воздуха, близкий к кубатуре помещения и его нужно прибавить к объему, который проникает через вентиляционное отверстие.
Фактическую кратность вентиляции рассчитывают делением фактического объема вентиляции на кубатуру помещения.
Сопоставляя необходимые и фактические объемы и кратность вентиляции, оценивают эффективность обмена воздуха в помещении.
Нормативы кратности обмена воздуха в помещениях разного назначения
Необходимый объем и кратность вентиляции положены также в основу научного обоснования норм жилой площади. Учитывая, что при закрытых окнах и двери, как сказано выше, через поры стен, щели в окнах и двери в помещение проникает объем воздух, близкий к кубатуре помещения (т.е., его кратность равняется ~ 1 раз/час), а высота помещения в среднем равняется 3 м, норма площади на 1 человека составляет:
Определение содержания углекислого газа в атмосферном воздухе
И в воздухе помещения
Атмосфера достаточно прозрачна для коротковолнового излучения Солнца и плохо пропускает длинноволновое (инфракрасное) излучение, переизлученное нагретой земной поверхностью, что вызывает относительно усиленный нагрев приземных слоев воздуха, называемый «парниковым эффектом». Пропускание атмосферой инфракрасного излучения зависит от содержания в ней «парниковых газов», к которым в первую очередь относятся диоксид углерода (CO2), метан (CH4), пары воды (H2O), хлорфторуглеводороды (фреоны), гемиоксид азота (N2O), а также тропосферный озон (O3).
Принцип метода определения содержания углекислого газа в воздухе открытой атмосферы и внутри помещения основан на том, что при пропускании воздуха через поглотительный раствор, содержащий ионы аммония, протекает реакция нейтрализации по схеме:
Завершение реакции – изменение окраски поглотительного раствора –устанавливается по фенолфталеину.
Цель работы:методом химического анализа определить содержание углекислого газа в атмосфере.
Оборудование и материалы:шприцы объемом 20–50 см3, лист белой бумаги, стеклянные емкости с крышками объемом 20 см3, цилиндр объемом 10 см3, поглотительный раствор (к 500 см3 дистиллированной воды добавляют 0,04 см3 25%-ного водного раствора аммиака и 1-2 капли 1%-ного раствора фенолфталеина).
Порядок выполнения работы:
I. Определение содержания углекислого газа в атмосфере
На первом этапе работы проводят исследование воздуха открытой атмосферы (вне помещения). Для этого с помощью цилиндра отмеряют 10 см3 поглотительного раствора, помещают его в стеклянную емкость и плотно закрывают крышкой. С помощью шприца отбирают определенный объем воздуха и выпускают его в емкость с поглотительным раствором. Не вынимая шприц, энергично встряхивают емкость с поглотительным раствором до поглощения углекислого газа из воздуха в объеме поглотительного раствора. Эту процедуру повторяют до полного обесцвечивания раствора. Объем воздуха, пошедший на обесцвечивание раствора можно рассчитать, зная количество ходов поршня шприца при заборе воздуха и объем шприца, занимаемый воздухом.
Эксперимент повторяют с воздухом помещения (исследуемой зоны), для чего стеклянную емкость, предварительно ополоснутую дистиллированной водой, заполняют свежей порцией поглотительного раствора.
Расчет содержания СО2 (в процентах) проводят по формуле:
где V − объем воздуха открытой атмосферы, пошедший на обесцвечивание поглотительного раствора, м3; V1 − объем воздуха исследуемой зоны, пошедший на обесцвечивание поглотительного раствора, м3; 0,04 − содержание углекислого газа в воздухе, %.
II. Определение вентиляционного объема воздуха
Расчет необходимого вентиляционного объема воздуха (м3/ч), т.е. объема свежего воздуха, который надо подавать в помещение на одного человека, чтобы содержание СО2 не превысило допустимого уровня (0,1%), произвести по следующему соотношению:
где К − количество литров СО2, выдыхаемое одним человеком за один астрономический час при спокойной работе в положении сидя (для взрослого, в среднем − 22,6 л/ч); р − предельно допустимое содержание СО2 в воздухе учебного помещения (0,1% или 1 л/м3); Х − концентрация СО2 в исследуемой зоне (% или л/м3).
Зная вентиляционный объем воздуха, рассчитать коэффициент вентиляции (W), который показывает, сколько раз в течение 1 часа воздух помещения должен смениться, чтобы содержание СО2 не превысило допустимого уровня:
Воздушный куб рассчитать по формуле:
где Vв.к − воздушный куб, м3, приходящийся на одного человека (физиологическая норма на человека в час – 15−20 м3, гигиеническая норма – 4,5−5,0 м3 на одного человека); V − объем исследуемой зоны (учебного помещения), м3; n − количество человек, находящихся в зоне.
Требования к отчету
В отчете приводят результаты расчетов содержания углекислого газа в воздухе помещения, вентиляционного объема воздуха, коэффициента вентиляции. Обосновывают полученные данные, предлагают мероприятия по снижению содержания углекислого газа в воздухе помещения.
