CC BY
11
Окраска стандартной шкалы устойчива и не меняется в течение недели.
Как упоминалось выше, колориметрическая шкала может быть изготовлена и из стандартных растворов. Для этого приготавливают исходный раствор азотнокислого натрия или калия путем растворения в 1 л 0,1 н. раствора щелочи 0,63 г КИ03 или 0,7488 г Ыа1\Ю3, причем 1 мл такого раствора соответствует 0,4 мг N205. Из этого раствора готовят стандартные растворы № 1 и 2 с содержанием в 1 мл 0,04 и 0,004 мг Ы205.
Для приготовления шкалы в 5 фарфоровых чашечек отмеривают 0,5, 1, 1,5, 2 и 2,5 мл стандартного раствора № 2 и в 5 других чашечек— такое же количество раствора № 1. Содержимое чашечек выпаривают, после чего обрабатывают так же, как и пробы. Содержание в пробирках шкалы будет такое же, как и в описанной выше искусственной шкале. Окраска шкалы сохраняется в течение суток.
Выводы
1. Определение окислов азота с помощью реактива Грисса — Ило-свайя дает заниженные результаты; следовательно, этот метод не может быть рекомендован для количественных исследований содержания этих соединений в воздухе, особенно в тех случаях, когда воздух загрязняется парами азотной кислоты.
2. При анализе воздуха на содержание в нем кислородных соединений азота следует использовать такие методы, которые определяют как трех-, так и пятивалентный азот.
3. Сульфофеноловый метод имеет ряд недостатков, затрудняющих его применение, особенно при массовых исследованиях.
4. Простой, точный и достаточно быстрый метод суммарного определения кислородных соединений азота может быть использован в практике гигиенического контроля за состоянием воздушной среды, загрязняемой названными соединениями.
ЛИТЕРАТУРА
Алексеева М. В. Определение атмосферных загрязнений. М., 1959. — Б ы х о в-с к а я М. С., Гинзбург С. Л., X а л и з о в а О. Д. Методы определения вредных веществ в воздухе и других средах. М., 1960, часть 1. — Шершевская И. С., Воротов а Е. И. Гиг. и здоровье, 1941, № 3, с. 49.
Поступила 21 /X 1964 г.
УДК 613.1:812.55
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРИМЕНИМОСТИ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА М. И. БУДЫКО И Г. В. ЦИЦЕНКО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ
И. С. Кандрор, Д. М. Демина, Е. М. Ратнер, М. Н. Евлампиева,
Г. И. Муравьева
Институт, общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Способность к созданию искусственного микроклимата (постройка жилищ и подбор одежды) значительно расширяет возможности проживания человека в различных географических широтах. Это не исключает полностью влияния на него метеорологических условий в разное
4*
51
время года, при различном климате и производственной обстановке. В разных термических условиях поддержание постоянной температуры внутренней среды организма осуществляется ценой различного напря-I жения функций терморегуляторного аппарата. При резком и длительном напряжении терморегуляторных функций может снижаться эффективность функционирования ряда физиологических систем, уменьшается работоспособность и ухудшается самочувствие человека.
Поэтому одной из актуальных задач гигиенической науки является разработка рекомендаций и требований, обеспечивающих наиболее оптимальные метеорологические условия для выполнения той или иной работы, а также и в период отдыха. Гигиеническая оценка микроклимата в быту и на производстве обычно проводится на основе учета ряда физиологических показателей, характеризующих напряжение терморе-гуляторной системы. К этим показателям относятся частота пульса, температура кожи и тела, количество выделившегося пота и т. п. Такого рода исследования требуют постановки большого количества экспериментов с применением точной аппаратуры и сложных методик. Поэтому уже давно делались попытки разработать способы оценки термических условий среды расчетным методом.
До настоящего времени разработан ряд формул и номограмм, позволяющих приближенно оценивать условия среды по их воздействию на организм человека. Однако при всей многочисленности расчетных методов ни один из них не является универсальным, т. е. не может быть использован в условиях тепла и холода, закрытого помещения и открытого пространства (М. С. Горомосов; МасрЬегБоп).
Дальнейшим шагом в создании метода математического расчета теплового состояния человека явилась попытка советских геофизиков (Г. В. Циценко, Н. А. Ефимова под руководством члена-корр. АН СССР проф. М. И. Будыко) разработать уравнение теплового баланса для человека, находящегося под открытым небом. Это уравнение представляет собой развитие исследований \Vinslow, Негпг^оп и но в отличие от их метода предназначено для расчета средневзвешенной температуры кожи и величины влагопотерь испарением у человека, выполняющего под открытым небом физическую работу разной тяжести в одежде с самыми различными теплозащитными свойствами. По мнению авторов, с помощью этого уравнения может быть рассчитано тепловое состояние человека в самом широком диапазоне условий погоды— от крайне низких зимних температур до высоких температур воздуха, регистрируемых летом в южных широтах; уравнение непригодно лишь для расчета теплового баланса поверхности кожи человека при высоте стояния солнца около 90° (М. И. Будыко и Г. В. Циценко).
Возможность математического расчета средневзвешенной температуры кожи и влагопотерь испарением на основе учета физических параметров внешней среды позволяет в ряде случаев решить практические задачи без сложных исследований (например, на этапе проектирования, когда наблюдения принципиально невозможны, или при климатическом зонировании на основе учета теплового воздействия на человека погодных комплексов, создаваемых сочетанием метеорологических факторов, редко встречающихся в той или иной местности).
По нашему мнению, этот метод может применяться в широком диапазоне погодных условий, когда средневзвешенная температура кожи и величина влагопотерь достаточно полно характеризуют тепловое состояние человека. В условиях холода метод расчета средневзвешенной температуры кожи может не дать достаточно полной характеристики теплового состояния человека, если наряду со средневзвешенной температурой кожи не будет учтена топография температуры кожи.
Для проверки точности расчета средневзвешенной температуры кожи и величины влагопотерь испарением по уравнению М. И. Будыко
с сотрудниками мы провели около 800 наблюдений, позволивших выявить степень совпадения результатов, полученных экспериментальным путем, с результатами расчета по формуле. Наблюдения проведены в Воркуте, Диксоне, Москве, Ереване, Батуми и Ашхабаде над 90 взрослыми здоровыми людьми, акклиматизировавшимися в данной местности, в обычной одежде в соответствии с сезоном года и погодой в день наблюдения при температурах от —36 до +41°. Во время исследований эти лица выполняли легкую физическую работу (ходьба без груза со скоростью около 2,5 км/час), характеризовавшуюся уровнем теплопродукции 150—180 ккал/час. Зимой период их пребывания в изучаемых условиях составлял 45 мин., летом — 60 мин.
Для характеристики теплового состояния исследуемых мы изучали: уровень теплопродукции (методом газообмена); средневзвешенную температуру кожи (по данным измерений в 14 точках), величину влаго-потерь испарением (путем повторного взвешивания исследуемых и их одежды), теплоотдачу с открытых и закрытых участков тела (зимой с помощью тепломеров), теплозащитные свойства одежды (зимой с помощью тепломеров и летом путем тщательного учета количества слоев одежды и качества материала). Одновременно проводили опрос исследуемых об их теплоощущении.
Для характеристики внешней среды определяли температуру, влажность и скорость движения воздуха (на высоте 1 м от поверхности почвы), интенсивность прямей, отраженной и рассеянной солнечной радиации, температуру почвы, альбедо одежды исследуемого и радиационный баланс земной поверхности '.
Полученные экспериментальные величины средневзвешенной температуры кожи и влагопотерь испарением сравнивали с теми же показателями, вычисленными по уравнению теплового баланса.
В самом общем виде уравнение теплового баланса поверхности тела человека записывают следующим образом:
Я0 + М = LE+C + R', (1)
где Ro — радиационный баланс поверхности тела человека; М — величина теплопродукции; LE — затрата тепла на испарение; С — затрата тепла на конвективный теплообмен; R'—потери тепла длинноволновым радиационным излучением.
Для тела человека, защищенного одеждой, формулу (1) записывают в виде:
рCpD' р Ср D'
Ro-—--+ М = LpD(es— е)а—-+
р CpD' + р CpD + 4 so в3 р Ср (D'+D)
РСРР~, , (pCpD -f- 4soe3) (в5 — в). (2)
' р CpD' + р CpD + 4sc63
Величину Ro определяли по формуле:
Ro = + + \ Q*o I (1 - а) - у'о + 2sa63 (в, - в).
(3)
В уравнении (3) составляющие радиационного баланса вертикальной поверхности (стоящего человека) выражены через компоненты радиационного баланса горизонтальной поверхности:
5', q, Q н !0 — соответственно прямая, рассеянная, суммарная солнечная радиация и эффективное излучение, определенные для горизонтальной поверхности земли (величина /о может быть вычислена по формуле М. Е. Берлянда); Л — угловая высота солнца; а0 — альбедо подстилающей поверхности; а — альбедо кожи человека (принимается равным 0,3) или его одежды (зависит от цвета одежды).
Значения остальных компонентов уравнения (2): М—величина теплопродукции (в кал ■ мин/ см2); Е—величина влагопотерь испарением (в г/час); — скрытая теплота испарения пота; р — плотность воздуха; О — коэффициент^ характеризующий интенсивность диффузии в атмосферном воздухе (О см/сек —т У V ; т = 1,0; V — скорость
1 В Ереване, Воркуте и Батуми метеорологическую часть исследований выпол-
няли Г. В. Цнценко и Н. А. Ефимова — сотрудники Главной геофизической обсерва-
тории им. А. И. Воейкова.
Рис. 1. Зависимость коэффициента а от средневзвешенной температуры кожи.
По оси ординат — коэффициент а; по оси аосцисс — средневзвешенная температура кожи (в градусах).
Рис. 2. Сопоставление измеренных и рассчитанных величин средневзвешенной температуры кожи (для температуры воздуха выше нуля).
По оси ординат — рассчитанная средневзвешенная температура кожи (в градусах); но оси абсцисс — измеренная средневзвешенная температура кожи (в градусах). / — линия распределения данных измерения и расчета в случае их идеального совпадения; 2 — фактическая линия распределения, соответствующая среднему превышению расчетных данных над измеренными на 0,2"; 3—3 — диапазон отклонений ±0,5° от исправленной линии распределения.
скорости ветра (для конвекции и испарения) и температуры воздуха (для радиации). Величины е и е% берут из психрометрических таблиц. Коэффициент а определяют по графику (рис. 1). Этот график демонстрирует изменение степени увлажнения кожной поверхности, связанной с активностью потовых желез, в зависимости от средневзвешенной температуры кожи: крутой подъем кривой, сменяющий уровень перспирации и наблюдаемый при температуре кожи 33,5—34°, соответствует моменту резкого увеличения активности потовых желез.
В среднем расчет данных одного наблюдения занимает не более 15—20 мин.
град
1 кло = 0,18 ккал/мг.час
ветра на высоте 1,0 м)\ Ср — теплоемкость воздуха при постоянном давлении; е8 — максимальная влажность воздуха ( в мб) при температуре, равной средневзвешенной температуре кожи; е — влажность атмосферного воздуха (в мб) в период эксперимента; а — постоянная Стефана — Больцмана; О' — коэффициент теплопроводности
0,53
одежды: для условии мышечного покоя Рав"а чис 10 е ( Яля условий ходьбы воз-
растает пропорционально скорости ее и скорости ветра (при ветре со скоростью от 0 до 2 м/сек в 1,5 раза, при ветре со скоростью 2—4 м/сек в 1,8 раза и при ветре со скоростью более 4 м/сек в 2 раза); а — коэффициент, характеризующий отношение количества пота, фактически испарившегося за единицу времени, к количеству влаги, которое может испариться с водной поверхности, равновеликой поверхности тела данного человека, при температуре воздуха, равной измеренной температуре кожи; 5 — коэффициент, характеризующий степень отличия свойства излучающей поверхности от свойств черного тела; в — температура атмосферного воздуха; 0О — температура почвы; в5 — средневзвешенная температура кожи.
При всей видимой сложности формулы М. И. Будыко и Г. В. Ци-ценко расчет теплового состояния человека с ее помощью не представляет большого труда, так как для удобства могут быть построены графики зависимости коэффици- ^
ентов, характеризующих величи- /2 /
ны теплопотерь испарением (/Се )• конвекцией (/(с) и радиацией (Кя), от обусловливающих их метеорологических факторов —
Результаты сопоставления экспериментальных и расчетных величин средневзвешенной температуры кожи и влагопотерь, полученных при различных сочетаниях ме-теорологических факторов, представлены на рис. 2, 3 и 4.
При оценке применимости расчетного метода определения теплового состояния человека для решения гигиенических задач мы в тех случаях, когда позволял объем исследований, сравнивали результат наблюдений и расчетов не в отношении отдельных лиц, которые могут отличаться друг от друга разной степенью акклиматизации к местным условиям и некоторыми индивидуальными особенностями (пол, возраст, толщина подкожножирового слоя и т. д.), а в отношении групп исследуемых, подвергавшихся воздействию одного и того же комплекса метеорологических условий. Такие данные для температуры воздуха выше нуля представлены на рис. 2 и 3. Каждая точка на графиках отражает влияние различных погодных комплексов на средневзвешенную тем- зз пературу кожи и величину влагопотерь и служит средним показателем теплового состояния
Рис. 3. Сопоставление измеренных и рассчитанных величин влагопотерь испарением (для температуры воздуха выше нуля).
По оси ординат — рассчитанные влагопотери испарением (в г/час); по оси абсцисс — измеренные влагопотери испарением (в г/час): 1—то же. что и на рис. 2; 2— фактическая линия распределения, соответствующая среднему превышению расчетных данных над измеренными на 37 г/час; 3—3 — диапазон отклонений ±50 г/час от исправленной линии распределения.
для разных групп.
Анализ этих данных показывает, что в 77% случаев отклонение рассчитанной средневзвешенной температуры кожи от измеренной не превышает ±0,7°.
Отклонения рассчитанных величин влагопотерь от измеренных в 70% случаев укладываются в диапазон колебаний ±75 г/час.
Точность расчета по уравнению теплового баланса может быть значительно повышена путем внесения рассчитанной нами эмпирической поправки, соответствующей среднему превышению средневзвешенной температуры кожи над измеренными величинами на + 0,21° (ст= ±0,94°; т=±0,14°) величин влагопотерь над т=± 11 г/час).
Рис. 4. Сопоставление измеренных и рассчитанных величин средневзвешенной температуры кожи (для температуры воздуха ниже нуля).
По оси ординат — рассчитанная средневзвешенная температура кожи (в градусах); по оси абсцисс — измеренная средневзвешенная температура кожи (в градусах). 1 — Воркута; 2— Диксон.
и среднему превышению рассчитанных измеренными на +37 г/час (ст=±73 г/час;
После внесения указанных эмпирических поправок в 75% случаев расчетные величины средневзвешенной температуры кожи и вла'гопо-терь испарением отличаются от измеренных не более чем на ±0,5° и ±50 г/час.
Следует отметить, что индивидуальные отклонения влагопотерь от средней для группы (порядка 50 г/час) мы нередко определяли в эксперименте при высокой температуре воздуха у разных лиц в одних и тех же метеорологических условиях.
Таким образом, можно полагать, что при температуре воздуха выше нуля определение теплового состояния человека с помощью уравнения теплового баланса М. И. Будыко и Г. В. Циценко дает удовлетворительные результаты.
Сопоставление расчетных и экспериментальных данных для каждого исследуемого при температуре воздуха ниже нуля дано на рис. 4. При отсутствии или очень низком уровне инсоляции (менее 0,3 кал • мин /см2) и относительно массивной зимней одежде можно практически пренебречь величиной Тогда в левой части уравнения (2) единственно значимой величиной является уровень теплопродукции. Как видно из данных, приведенных на рис. 4, при температуре воздуха ниже нуля расхождение между рассчитанными и измеренными величинами средневзвешенной температуры кожи чрезвычайно велико и в ряде случаев составляет ±8°.
Одна из причин этих расхождений заключается в недостаточно точной оценке теплоизоляционных свойств зимней одежды при разной погоде. Как мы указывали ранее, при учете изменений теплопроводности одежды авторы формулы предусмотрели зависимость коэффициента £>' лишь от мышечной активности исследуемого и скорости ветра, не принимая во внимание степень воздухопроницаемости тканей одежды. Для практических целей необходимо ввести хотя бы 3 градации коэффициента О', соответствующие низкой, средней и высокой воздухопроницаемости тканей.
Однако основная причина отмеченных выше расхождений состоит в том, что уравнение теплового баланса в его настоящем виде рассчитано на условия установившегося теплового равновесия между организмом и внешней средой. В условиях же низких температур воздуха это равновесие обычно нарушается. Оно может быть достигнуто лишь при очень высоких теплозащитных свойствах одежды: в суровых зимних условиях в одежде с теплоизоляцией не менее 6—7 кло (т. е. в специальной арктической одежде). Таким образом, уравнение теплового баланса, разработанное М. И. Будыко и Г. В. Циценко, можно применить для расчета теплового состояния людей зимой лишь после его дальнейшего усовершенствования. Это позволит определять тепловое состояние исследуемых с учетом времени их пребывания на открытом воздухе, т. е. с поправкой на нестационарный тепловой режим.
Выводы
1. Уравнение теплового баланса тела человека, разработанное М. И. Будыко и Г. В. Циценко, пригодно для расчета показателей теплового состояния «среднего» человека при различных комбинациях метеорологических факторов в условиях температур воздуха от 0 до 41°.
Вместе с тем необходимо внести в результаты расчета по уравнению теплового баланса для повышения их точности эмпирическую поправку со знаком минус, составляющую 0,2° для средневзвешенной температуры кожи и 37 г/час для величины влагопотерь испарением.
2. Уравнение теплового баланса в его настоящем виде непригодно для расчета средневзвешенной температуры кожи человека в условиях температуры воздуха ниже нуля.
3. Необходимы дальнейшие изыскания по усовершенствованию этого уравнения с учетом данных сопоставления результатов расчета и физиологических наблюдений.
ЛИТЕРАТУРА
Буды ко М. И., Циценко Г. В. Изв. АН СССР. Серия географ., 1960, № 3, с. 3. — Циценко Г. В. Метеорологические факторы теплового состояния человека. Дисс. канд. Л., 19fr. — Г о р о м о с о в М. С. Гиг. и сан., 1958, № 7, с. 66. — Мае-р he г son R. К., Brit. J. industr. Med., 1962, v. 19, p. 151. — W i n s 1 о w С. E. A., H e г -rington L. P., Gagge A. P., Am. J. Physiol., 1937, v. 120, p. 1.
Поступила 9/1V 1965 r.
УДК 614.31:М7.1]:541.6-074
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАЛЫХ КОЛИЧЕСТВ ГЕКСАМЕТИЛЕНДИАМИНА В МОЛОКЕ
Е. В. Морозова, Н. Н. Знаменский (Москва)
Некоторые детали оборудования молочной промышленности изготовляют из полимерных материалов, в частности полиамидов, представляющих собой продукты поликонденсации гексаметилендиамина с ади-пиновой, себациновой и другими кислотами. Например, из полиамида 68 делают поплавки для доильных аппаратов, рабочие органы центробежных насосов и т. п.
Г'ексаметилендиамин используют также в качестве отвердителя эпоксидных компаундов, которые идут на покрытие емкостей для хранения и перевозки молока.
При эксплуатации названных емкостей и деталей или оценке новых партий полимера возникает необходимость проверки возможного перехода в молоко или молочные продукты некоторых компонентов полимерных материалов, например гексаметилендиамина, обладающего токсическими свойствами и являющегося исходным мономером ряда полиамидов.
Согласно методическому указанию, разработанному Московским институтом гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана и утвержденному Государственной санитарной инспекцией РСФСР, гексаметилендиамин определяют по реакции с динитрохлорбензолом (М. Г. Шевченко) или по методу Кьельдаля с колориметрическим исследованием азота с реактивом Несслера.
Применить эти методы для определения гексаметилендиамина в молоке невозможно, так как плазма (после отделения белка) из-за наличия в ней азотистых соединений дает зеленое окрашивание с динитрохлорбензолом.
Другие подобные методы в литературе не описаны. Возникла необходимость разработки качественного и количественного методов изучения гексаметилендиамина в средах, содержащих другие азотистые соединения. В этой связи представляет интерес реакция нингидрина (гидрата тригидриндена) с гексаметилендиамином, при которой образуется краситель типа мурексида (П. Каррер; На51аш и иёпэ), окрашивающий раствор в сине-фиолетовый цвет. Химизм нингидриновой реакции, по литературным данным, объяснить подробно не удается.
В небелковых азотистых органических веществах молока насчитывается около 3 мг% аминокислот, которые, как и гексаметилендиамин, дают с нингидрином сине-фиолетовое окрашивание. Поэтому необходи-
