Газ аргон свойства влияние на человека

Основные сведения об азоте и аргоне

Азот – газ без цвета и запаха. На предприятиях черной металлургии используется азот чистой 95-97%; азот чистый с содержанием примесей менее 0,01% и азот жидкий чистотой более 99%.

При испарении жидкого азота, содержащего небольшое количество кислорода, в первую очередь испаряется азот, в результате чего концентрация кислорода в жидкости увеличивается и может достигнуть значений, при которых возникает опасность загорания и взрыва в ней ряда веществ и материалов.

Аргон – газ без цвета и запаха. При охлаждении до температур жидкого азота и жидкого аргона многие материалы становятся хрупкими.

Аргон тяжелее воздуха и может скапливаться в приямках, колодцах, тупиках, вытесняя при этом воздух. Содержание кислорода может снижаться ниже предельных величин. Выравнивание концентрации за счет диффузии происходит медленно и зависит от объемов, геометрических форм, притока аргона в атмосферу, его температуры. Температура азота или аргона имеет большое значение. Так, несмотря на то, что азот легче воздуха, он, как и аргон может скапливаться в приямках и колодцах, если температура поступающего азота ниже температуры воздуха.

Применение азота и аргона

Азот газообразный используется для охлаждения редуктора бесконусного загрузочного устройства доменных печей, уплотнения газоотводящих тракторов конвертеров, производства защитных атмосфер и т. д.

Азот жидкий – для обработки деталей в цехах главного механика, в лабораториях и т. д., а после газификации – для различных технологических нужд на предприятиях, не имеющих собственных кислородных станций.

Аргон в значительных количествах используется в сталеплавильных цехах для повышения качества стали, а также при сварке и резке.

Азот и аргон доставляются потребителями тремя способами. По трубопроводам, в основном, на предприятиях, их производящих. На этих предприятиях, как правило, существуют сети магистральных аргоно – и азотопроводов. В баллонах или реципиентах под давлением 150-165 кгс/см2 азот и аргон используются в местах с небольшими объемами потребления или при периодической потребности в этих газах. При большой потребности в этих газах и значительном удалении от места производства азот и аргон доставляются в жидком виде с последующей газификацией в специальных установках. Жидкий азот используется также в качестве хладоагента при эпизодических работах. Например, для замораживания грунта при строительстве фундамента, разрушении старых фундаментов, тушении пожаров в шахтах и т. п.

Быстрый рост использования азота и аргона в различных процессах и отсутствие необходимой и доступной информации о свойствах этих газов и влиянии их на человеческий организм являются основными причинами несчастных случаев.

В приведенных ниже сведениях о влиянии на организм человека атмосферы с пониженным содержанием кислорода и мерах первой помощи использованы данные института медико-биологических проблем и института биофизики.

Физиологическое воздействие азота и аргона на человека

Аргон и азот – физиологически инертные, нетоксичные газы. Замещая кислород в воздухе и вытесняя собой кислород из организма, они воздействуют на человека как удушающие агенты (асфиксанты) по причине снижения парциального давления кислорода.

При медленном снижении содержания кислорода в атмосфере до непродолжительно переносимого организмом уровня (5-7%) обнаруживаются симптомы: • учащение дыхания и пульса, ритм дыхания может быть волнообразным (периоды учащения дыхания сменяются периодами замедления);
• потеря равновесия, головокружение, возможна эйфория;
• чувство тяжести или сдавливания в лобной части головы;
• стук в висках;
• чувство жара во всем теле;
• чувство покалывания в языке, кончиках пальцев рук и ног;
• затруднение речи;
• прогрессивно (возможно быстро) снижающаяся физическая работоспособность, нарушение координации;
• изменение восприятия окружающей обстановки и угнетение функции органов чувств, особенно осязания;
• возможны «провалы» памяти и потеря сознания.

Симптомы могут появляться в зависимости от индивидуальной предрасположенности человека к действию гипоксии.

При резком снижении содержания кислорода в атмосфере и, особенно при случайном попадании человека в среду азота или аргона достаточно нескольких вдохов для снижения парциального давления кислорода в крови до критического уровня – наступает потеря сознания, практически всегда внезапно.

Разницы в воздействии на человека аргона или азота при полном вытеснении ими из атмосферы кислорода не существует.

При вдыхании гипоксической, но переносимой организмом, смеси воздуха с аргоном в отличие от азота индивидуально может проявляться слабое наркотическое действие аргона, выражающееся небольшой эйфорией. Но принципиального значения относительно угрожающей опасности это не имеет.

Меры первой помощи попавшему в атмосферу с пониженным содержанием кислорода

При обнаружении зоны с пониженным содержанием кислорода и человека в этой зоне необходимо немедленно вызвать газоспасателей.

Пострадавшего необходимо эвакуировать из загазованной зоны на свежий воздух. Оказывающий помощь должен воспользоваться кислородно-изолирующим прибором или шланговым противогазом. В случае применения шлангового противогаза необходимо контролировать содержание кислорода вместе забора воздуха непрерывным автоматическим анализатором в присутствии наблюдающего.

Пострадавшему развязать галстук, расстегнуть рубашку, пояс брюк (у мужчин дыхание преимущественно брюшное). Если пострадавший находится в сознании, а также при потере сознания с сохранением дыхания достаточно создать ему покой. Допустимо дыхание чистым кислородом (кислородная подушка).

При потере сознания и остановке дыхания следует немедленно сделать искусственное дыхание до его восстановления (способом «рот в рот» или с применением специальных аппаратов; другие способы искусственного дыхания малоэффективны). После полного восстановления дыхания допустимо дыхание кислородом.

Объем оказания дальнейшей помощи должен определяться врачом.

Рис. 59. Химический элемент с атомным номером 18 (13)

Аргон это самый распространенный на земле инертный газ – в кубометре воздуха содержится чуть меньше десяти литров аргона.

Аргон используется в качестве защитной среды в процессах дуговой сварки (MIG/MAG; TIG) и при плазменной резке. В аргоновой струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудно свариваемыми. Аргон предупреждает окисление сварных швов и позволяет сократить объем дыма, сбрасываемого в процессе сварки.

Высокая растворимость (в два раза превышающая растворимость азота) и определенные молекулярные характеристики обеспечивают его особые свойства при хранении овощей.
В чистом виде и в соединениях с другими газами аргон используется для проведения промышленных и медицинских анализов и испытаний в рамках контроля качества.

Как самый доступный и относительно дешевый инертный газ аргон стал продуктом массового производства, особенно в последние десятилетия. Наибольшая часть получаемого аргона идет в металлургию, металлообработку и некоторые смежные с ними отрасли промышленности.
Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла.

Герметизированный аргон служит для наполнения подушек безопасности в автомобилях.

Аргон – жидкость при температуре минус 185,90С, при нормальных условиях – газ.

В атмосфере содержится около 0,9% аргона (66 1013 тонн). Аргон, который, как и азот, представляет собой нейтральный бесцветный газ, не существует в природе иначе как в составе атмосферного воздуха. Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Он не пригоден для поддержания жизни, однако незаменим в некоторых технологических процессах благодаря высокому уровню химической инертности и относительной простоте извлечения. Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота.

Опасность для человека

Не оказывает опасного воздействия на окружающую среду. Газообразный аргон тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается содержание кислорода в воздухе, что вызывает кислородную недостаточность и удушье. При его вдыхании мгновенно наступает потеря сознания и через несколько минут – смерть. Жидкий аргон – низкокипящая жидкость, которая может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз.

Хранят и транспортируют газообразный аргон в стальных баллонах под давлением 150 МПА. Для перевозок автомобильным транспортом баллоны среднего объема помещают в металлические специальные контейнеры (поддоны).

ПАВЛОВ НИКОЛАЙ БОРИСОВИЧ

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЫСОКИХ ПАРЦИАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ АРГОНА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

14.00.32 – Авиационная, космическая и морская медицина
03.00.13 – Физиология

АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации – Институте медико-биологических проблем Российской Академии Наук .

Научный руководитель:
доктор медицинских наук,профессор Буравкова Людмила Борисовна

Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук профессор Кобрин Владимир Исаакович
доктор медицинских наук профессор Ильин Вячеслав Константинович

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт промышленной и морской медицины Федерального медико-биологического агентства , (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 21 декабря 2006 г. на заседании Диссертационного совета Д002.111.01 при Государственном научном центре Российской Федерации – Институте медико-биологических проблем Российской Академии Наук по адресу 123007, Москва, Хорошевское шоссе, д. 76-А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ – Института медико-биологических проблем РАН.

Ученый секретарь Специализированного совета,
доктор биологических наук М.А. Левинских

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тематики . В настоящее время различные отрасли народного хозяйства и военно-промышленного комплекса широко используют обитаемые герметически замкнутые объекты различного назначения с искусственными газовыми средами. К ним следует отнести водолазные барокамеры, лечебные и реанимационные барокамеры, космические корабли, обитаемые подводные аппараты, подводные лодки, командные пункты войск стратегического назначения и так далее. Применение на данных объектах большого количества горючих материалов в сочетании с обогащенной кислородом искусственной газовой средой при различных давлениях делают такие объекты чрезвычайно пожароопасными [Льюис Б., Эльбе Г., 1968]. По этой причине с целью предупреждения пожаров и борьбы с ними в руководящих документах ВМФ «Правила водолазной службы ВМФ» (2002 г.) и «Наставлении по борьбе за живучесть подводной лодки» (1971 г.) содержание кислорода в газовой среде герметичных помещений (барокамеры, отсеки подводных лодок) допускается не более 25 %. В документах, определяющих правила проведения гипербарической оксигенации, с целью исключения случаев пожара верхний предел содержания кислорода в многоместных лечебных барокамерах ограничен 23 % [Соколов Г.М., Меркулов В.А., 1990, Черкашин Н.А, 1991].

Несмотря на эти ограничения, совершенствование техники, включающее использование негорючих материалов, мероприятия, направленные на минимизацию вероятности эпизодов возникновения искр и открытого пламени и существующие для борьбы с пожарами в герметичных отсеках системы противопожарной защиты, пожары возникают. [Юрнев А.П., Сахаров Б.Д., Сытин А.В., 1968, Смирнов Н.В., 1990]. Необходимость максимально увеличить вероятность выживания людей, находящихся в очаге пожара обусловила появление комплексной программы Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД (1990 г.) по созданию средств пожаротушения на основе инертных газов вместо углекислого газа, применявшегося ранее, что позволит исключить отравляющее действие на человека самого средства пожаротушения, не исключая, правда, воздействия гипоксии и продуктов горения. В силу своих физических свойств (тяжелее воздуха) и исходя из экономических интересов (наиболее дешевый инертный газ), в наилучшей степени для поставленной задачи подошел аргон. Кроме того, перспективным направлением является разработка газовой среды, пригодной для активной жизнедеятельности человека и в то же время не поддерживающей горение, что позволяет предотвратить возникновение пожаров, но связано с уменьшением в нормобарической газовой среде содержания кислорода до 14-16% [Павлов Б.Н. и соавт, 1997]. При указанном содержании кислорода в среде обитания у человека может возникнуть кислородное голодание, а потому газовая среда с таким составом при нормальном барометрическом давлении является опасной для жизнедеятельности и работоспособности персонала гермообъектов. Для уменьшения опасности гипоксического воздействия при создании пожаробезопасных газовых сред обитания могут быть применены два не взаимоисключающих подхода: повышение барометрического давления среды («подпор») и введение в состав газовой среды физиологически-активного антигипоксического компонента. Последнее было бы полезно в любой аварийной ситуации, возникающей в обитаемом гермообъекте и требующей экономии или дополнительных затрат кислорода. Все это явилось основанием для изучения биологических свойств аргона в нормобарии и мягкой гипербарии (при тех его парциальных давлениях, когда наркотический эффект еще не развивается). Кроме того, получение физиолого-гигиенической характеристики аргона может быть полезным при подготовке межпланетных экспедиций [Павлов Б.Н., Буравкова Л.Б., 2001] к планетам, атмосфера которых содержит аргон. Селективная сорбция из атмосферы и компрессия индифферентных газов позволяет получить газовую смесь, которую можно использовать для разбавления кислорода при создании искусственной газовой среды в обитаемых гермообъектах.

Эксперименты по изучению физиологических свойств газовых сред на основе аргона показали антигипоксический эффект этого газа [Беляев А.Г, 2000; Вдовин А.В., Ноздрачева Л.В., Павлов Б.Н., 1998; Солдатов П.Э и др., 1998; Soldatov P.E., D’iachenko A.I., Pavlov B.N., Fedotov A.P, 1998], что в настоящее время обуславливает интерес к аргону как со стороны фундаментальной так и прикладной науки. Тем не менее, вопрос о безопасности пребывания человека в условиях кислородно-аргоновых сред остается открытым. Кроме того, не существует данных не только о механизме, но и сколько-нибудь определенных закономерностях развития антигипоксического эффекта аргона.

Целью настоящей работы является выявление реакций живых организмов различного уровня организации на высокие (100-800 мм.рт.ст.) парциальные давления аргона в среде обитания, оценка безопасности пребывания человека в кислородно-азотно-аргоновых искусственных газовых средах.

Задачи работы:

1. Создать экспериментальные установки для эмбриологических исследований в условиях искусственных сред обитания, исследовать особенности эмбриогенеза и личиночного развития у низших позвоночных, проанализировать реакции пигментной системы шпорцевых лягушек в условиях кислородно-аргоновых газовых сред с нормальным и сниженным содержанием кислорода.

2. Изучить влияние гипоксических газовых сред с высоким содержанием аргона на газообмен у крыс.

3. Исследовать газообмен, работоспособность и психофизиологические показатели человека при длительном пребывании в кислородно-азотно-аргоновой среде с нормальным парциальным давлением кислорода.

4. Оценить действие аргона на работоспособность человека при длительном пребывании в условиях гипоксии.

Научная новизна: Созданы оригинальные экспериментальные установки для проведения эмбриологических исследований на низших позвоночных в кислородно-аргоновых средах. Показано, что в нормоксических условиях аргон не влияет на эмбриогенез и изучаемые физиологические реакции низших позвоночных. В гипоксических условиях получен эффект усугубления аргоном гипоксической депрессии эмбриогенеза шпорцевой и травяной лягушки, выявлены изменения темновой реакции меланофоров под действием аргона.

Впервые проведены полные исследования газообмена у крыс в кислородно-азотно-аргоновых гипоксических газовых средах с использованием вентилируемой камеры и оригинального ультразвукового датчика потока. Под действием аргона показано более высокое потребление кислорода крысами в гипоксических условиях.

Впервые проведен эксперимент с длительным пребыванием человека в кислородно-азотно-аргоновой среде, в ходе которого выявлено отсутствие достоверного влияния аргона на исследуемые психофизиологические показатели и работоспособность человека.

Впервые проведено исследование по сравнению физической работоспособности при длительном пребывании человека в гипоксической кислородно-азотной и гипоксической кислородно-азотно-аргоновой среде, в котором выявлена более высокая работоспособность испытуемых в присутствии аргона.

Практическая значимость и реализация результатов работы: С использованием результатов работы сформулированы рекомендации для практического применения аргона в качестве компонента дыхательной газовой смеси/среды, выпущены технические условия:

Потапов В.Н., Павлов Б.Н., Логунов А.Т., Жданов В.Н., Павлов Н. Б., Коробов А.В., Миловидов Е.Э. Технические условия Medical gas argon/ Аргон газообразный медицинский №2114-010-39791733-2003 ОКП 2114 80. 2003. 11 с. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на многих конференциях и семинарах, среди которых следует упомянуть:

Потапов В.Н., Павлов Б.Н., Логунов А.Т., Жданов В.Н., Павлов Н. Б., Коробов А.В., Миловидов Е.Э. Технические условия Medical respiratory gas mixture «TRINGALIT»/ Лечебная дыхательная газовая смесь «ТРИНГАЛИТ» №2114-013-39791733-2003 ОКП 2114 99. 2003. 11 с.

Основные положения диссертации обсуждены

• На заседании Проблемной комиссии «Проблемы адаптации человека к условиям Мирового океана» в 2003 году;
• заседании кафедры морской медицины и профессиональных заболеваний Одесского государственного медицинского университета в 2002 году;
• на Всеукраинском семинаре «Ответственность судовладельцев за состояние здоровья и жизнь плавсостава в соответствии с международными требованиями» в 2002 году (Одесса);
• международной конференции «Астроэко» (Терскол, 2002), XII международной конференции по авиакосмической и морской медицине (Москва 2002);
• II и III международных конференциях «Достижения Космической Медицины в Практику Здравоохранения и Промышленность» (Берлин, 2003, 2005);
• конференциях молодых ученых «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2001);
• I и III конференциях молодых ученых, посвященных Дню космонавтики;
• заседаниях ученых советов ГНЦ РФ-ИМБП РАН, КБ 119;
• семинарах кафедры эмбриологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Диссертация апробирована на межотдельческой научной конференции, состоявшейся в рамках заседания секции ученого совета ГНЦ РФ-ИМБП РАН «гипербарическая физиология и экологическая медицина» (протокол №1 от 14 июля 2006 г.). По теме диссертации опубликовано 20 работ.