CC BY
4
большую биологическую значимость и меньшую вариабельность в контроле. Множитель tiktl (tikt—1) введен для того, чтобы исключить зависимость средней величины обобщенного отклика для контрольной группы от числа включенных в нее животных.
Легко показать, что среднее значение обобщенного отклика в контроле равно:
N
Ykt = y.aj. (3)
У
Из выражения (3) видно, что Ynt зависит только от биологической значимости показателей, используемых для оценки состояния организма животных, и поэтому является постоянной величиной. Тем самым достигается возможность сопоставления величин отклонения в состоянии организма животных (по данному набору показателей) в различные сроки эксперимента, а также в различных опытах. Таким образом, величина Yit отвечает всем поставленным выше условиям и может быть использована в качестве обобщенного отклика.
Вместе с тем известно, что определение биологической значимости многих показателей с точки зрения критерия вредности в настоящее время весьма затруднительно. Это, в свою очередь, затрудняет и определение значений весовых коэффициентов a.j. Однако во многих практических ситуациях можно пренебречь различием в биологической значимости выбранных показателей
подобно тому, как это принято в коммунальной гигиене, где изменения любых показателей в результате воздействия вредных факторов считаются одинаково нежелательными. Это обстоятельство дает возможность весовые коэффициенты считать одинаковыми и равными единице.
N
В этом случае V aj = N, поэтому в качестве /
обобщенного отклика можно принять следующую величину:
к' __1М_V [ УИ'-~У>о< г' ш
У Я- N(nht-l) Z\ чл Г (4)
Из выражения (4) видно, что Yit представляет собой среднюю величину квадрата относительных отклонений, изучаемого набора показателей, скорректированную на число животных в данной контрольной группе.
Использование данного показателя в тсксико-лого-гигиенических исследованиях показало, что он в значительной степени облегчает интегральную оценку изменений в состоянии организма подопытных животных сопоставляемых групп. При этом особенно наглядно его преимущества проявляются при математическом моделировании процессов интоксикации с целью установления гигиенических нормативов, а также при анализе экспериментальных данных при помощи методов математического планирования эксперимента.
Поступила 24.12.85
УДК 614.841.13: [615.916:678
В. С. Иличкин, Г. Н. Петров
ИСПЫТАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ТОКСИЧНОСТЬ
ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ
Ленинградский филиал ВНИИ противопожарной обороны МВД СССР
Актуальной задачей гигиенической регламентации применения полимерных строительных материалов является снижение вероятности отравлений людей при пожарах. Важно уже на стадии проектирования объектов народного хозяйства иметь обоснованные рекомендации по ограничению использования материалов, при горении которых выделяются в большом количестве высокотоксичные вещества.
Решение поставленной задачи связано с проведением испытаний материалов на токсичность продуктов горения. В ряду предложенных для этого лабораторных методов приоритетное положение занимает стандартный метод, который имеет более прочную связь с единой системой оценки пожарной опасности веществ и материалов, принятой в нашей стране [5].
Однако известно, что при сгорании материалов в малогабаритных лабораторных установках не воспроизводится весь комплекс факторов, вли-
яющих на формирование токсичной среды при пожарах. Это обстоятельство обусловливает необходимость проверки соответствия параметров токсичности продуктов горения, установленных в лабораторных опытах, параметрам, определяемым при экспериментальных пожарах на крупномасштабных моделях реальных помещений [9, 10]. При обнаружении достаточно сильной связи между этими параметрами существенно расширяется область применения результатов лабораторных (маломасштабных) испытаний, выгодно отличающихся от крупномасштабных оперативностью выполнения и значительно меньшей трудоемкостью.
Цель работы заключалась в оценке сопоставимости и установления степени корреляции результатов лабораторных [5] и крупномасштабных испытаний материалов на токсичность продуктов горения.
Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения токсичности продуктов горения.
/ — держатель образца; 2 — излучатель малоинерционный; } — заслонки соединительных каналов; 4 — секция экспозиционной камеры стационарная; 5, 7 — штуцеры пробоотбора; 6 — секция экс-пооиционной камеры подвижная.
В качестве контрольных использовались полимерные материалы судостроительного назначения: фанера березовая (ФСФ), древесно-стру-жечная плита (ДСП), теплоизоляционная плита (ФС—72), пенополиуретан (ППУ—ЗС), декоративный бумажно-слоистый пластик (ДБСП).
В опытах на лабораторной установке (рис. 1) образцы материалов подвергались воздействию лучистого теплового потока, источником которого являлся малоинерционный электронагревательный излучатель. Испытания проводились в 2 режимах: термоокислительного разложения (тления) при заданной температуре поверхности образца на 50 °С ниже температуры самовоспламенения, и пламенного горения — при плотности теплового потока, обеспечивающего нагревание поверхности образца до температуры 750°С. Конструкция экспозиционной (затравочной) камеры позволяла варьировать ее объем от опыта к опыту в пределах 0,1—0,2 м3 для получения различных токсических эффектов продуктов горения при постоянных размерах образца материала. Однако для разных материалов эти размеры были неодинаковы и изменялись от 25X50 мм до 80x80 мм, а толщина — от 2 до 10 мм.
Крупномасштабные испытания материалов проводились на стенде, включающем модель судовой каюты с площадью пола 8 м2 (рис. 2). В модели каюты масштаба 1 :5, разработанной с учетом известных принципов моделирования
[2], имитировались условия реальных пожаров. Комплекс «каюта — коридор» сообщался с помещением объемом 69 м3, предназначенным для накопления летучих продуктов горения и экспозиции животных в токсической среде. Образцы прессованных материалов (ФСФ, ДСП, ДБСП размерами 550X600X3 мм, 400X333X20 мм, 550X600X2 мм соответственно) помещались в модели как зашивка стен. Пенопласты (ППУ—ЗС и ФС—72) сжигались в виде штабелей из брусочков размерами 350X50X30 мм. Начало пожара в модели каюты инициировалось поджогом столика из фанеры от специального запальника. Условия нагревания образцов в лабораторных и стендовых опытах контролировались с помощью термопар типа ХА и ПП-1.
Для оценки токсичности летучих продуктов горения использовались белые мыши-самцы массой 20±2 г. В каждый опыт брали по 10 особей. Затравка начиналась после полного выгорания образцов при заданных условиях испытаний. Температура газов в зоне дыхания животных не превышала 30°С, а концентрация кислорода была не ниже 16 %.
За критерий оценки токсичности принимали показатель нсь50, означающий массу материала, необходимую для получения в объеме 1 м3 средней смертельной концентрации продуктов горения. Для его расчета в опытах находили зависимость смертельного эффекта от относительной массы образца. Расчет производился по методу наименьших квадратов в модификации В. Б. Прозоровского [8]. Дополнительными характеристиками опасности газообразной среды, образующейся в результате сгорания материалов, являлись концентрации оксидов углерода (СО и С02), а в некоторых случаях, кроме того, цианистого водорода. Концентрацию оксидов углерода измеряли с помощью оптико-акустических газоанализаторов ОА2Ю9М и ОА2209М, цианистый
V
Анализ продуктов _ ^
Рис. 2. Схема стенда для крупномасштабных испытаний материалов на токсичность продуктов горения.
1 — модель коридора; 2 — модель каюты; 3 — образец материала; 4 — столик; 5—помещение объемом 69м3; 6 — теплоизоляция негорючая (асбосилит площадью 20 мм).
Материал Режим испытании Параметр токсикометрии, г/м3 Концентрация газов. мг/м**
НС1„ НС1,4 HC1S0 со сог HCN
ФСФ Т. Р. 27,8 36,2 32,0±1,2 3697 14 272
Пл. Г. 76,8 114,7 95,7±4,9 2879 168 467 —
Св. Г. 30,0 42,3 36,1±1,3 3529 45 659 —
ДСП Т. Р. 29,2 34,5 31,9±0,8 5087 30 496 — ~
Пл. Г. 87,3 111,4 99,4+3,8 2619 147 278
Св. Г. 34,5 40,0 37,7±0,6 2784 75 837 —;
ФС—7j Т. Р. 9,3 14,0 11,7±0,7 5104 26 066 г
Пл. Г. 22,5 35,0 28,8±1,6 3685 39 703
Св. Г. 16,2 24,6 20,3±0,4 3582 42 891 —
ППУ—ЗС Т. Р. 31,7 37,2 34,4±0,8 3383 32 091 122,7
Пл. Г. 22,9 31,5 27,2±1,0 2920 55 481 198,0
Св. Г. 29,6 34,9 32,2±0,8 2862 42 040 115,8
ДБСП Т. Р. 16,5 30,9 23,7±2,0 4803 24 784 41,4
Пл. Г. 52,8 70,7 61,8*2,5 3065 99 426 128,2
Св. Г. 24,2 43,7 33,9±3,1 4116 60 391 63,3
Примечание. Г. Р.—режим термоокислительного разложения в лабораторной установке; Пл. Г.—режим пламенного горения в лабораторной установке; СвГ — режим свободного горения в модели каюты; звездочка—при массе образца, равной Нс) ; (—) — ЫСЫ отсутствует.
водород определяли по методу, изложенному в работе А. А. Белякова и Л. М. Мельникова [3]. Для выявления характера и тесноты связи между * результатами определений токсичности летучих продуктов, образующихся при мало- и крупномасштабных испытаниях материалов, вычисляли коэффициент корреляции [1].
В проведенных исследованиях условия лабораторных опытов отличались от стендовых размерами образцов и интенсивностью теплового воздействия, зависящей от режима испытания и физико-химических свойств материалов. Так, если в режиме пламенного горения заданное значение температуры испытания было постоянным (750 °С), то в режиме термоокислительного разложения оно составляло: для ФСФ 400 °С, ДСП 500 °С, ФС 72, ППУ-ЗС и ДБСП 550 °С. Продолжительность процесса разложения образцов, контролируемая по показаниям газоанали-^ заторов, не превышала 15 мин.
В стендовых опытах обеспечивалось свободное горение материалов. Горючая нагрузка «каюты» лимитировалась количествами материалов, достаточными для получения токсических эффектов продуктов горения в пределах от 0 до 100 % летальности в группах подопытных животных. Для полного выгорания материалов требовалось 30—45 мин, хотя интенсивное горение наблюдалось лишь в первые 10 мин после воспламенения столика. При этом среднеобъемная температура в «каюте» повышалась до 600—800 °С, а температура стенки, не закрытой полимерным материалом — в среднем до 500—600 °С. Сравнение полученных данных с результатами измерения температуры поверхности образца в лаборатор-^ ных опытах показывает, что при стендовых ис-пытаниях материалов создавались условия для одновременного развития на разных участках
поверхности образцов процессов термоокислительного разложения и пламенного горения. Эти условия можно считать приближенными к реальным пожарам, учитывая сходство динамики сред-необъемной температуры и усредненной температуры стенки с характером изменений температурных параметров в огневых опытах на модели каюты масштаба 1:2, на полномасштабных макетах и в реальных судовых помещениях [4].
В таблице приведены данные о токсичности продуктов горения и концентрации газов в зоне дыхания животных при лабораторных и крупномасштабных испытаниях материалов. Анализ результатов свидетельствует о достоверных различиях в значениях нсь50. Однако в целом параметры токсичности летучих продуктов, выделяющихся при горении материалов в модели каюты, существенно не отличаются от таковых, установленных в лабораторных опытах.
Значения нсь10, рассчитанные по результатам исследований на крупномасштабном стенде, оказались относительно близкими к меньшему из значений показателей, установленных в лабораторных опытах. С учетом этого наиболее целесообразной представляется оценка материалов по наименьшему значению нсь„ как это предусмотрено ГОСТом 12.1.044—84 [5]. Обоснованность такой оценки подтверждается также при корреляционном анализе результатов установления НСЬ5о в лабораторных и крупномасштабных испытаниях материалов.
При проведении анализа данные лабораторных опытов представлялись последовательно 3 рядами, 2 из которых связаны с определенными режимами нагрева образцов, а в 3-м были сосредоточены выборочные параметры нсь50, принятые в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044—84 за оценочные. При всех вариантах
сопоставления данных получены значения коэффициента корреляции (г), свидетельствующие о наличии сильной положительной связи. Теснота связи возрастает, когда параметры токсичности продуктов пламенного горения заменяются сначала параметрами токсичности продуктов термоокислительного разложения (г=0,76 и /- = 0,87 соответственно), а затем оценочными параметрами. Для последних особенно характерна высокая степень корреляции с показателями токсичности, определенными в стендовых экспериментах (г ==0,96).
Количественные характеристики газовыделений (СО, СОг, НС1М) при лабораторных испытаниях материалов в большей степени зависят от интенсивности теплового воздействия на образцы. В частности, уровень выделения оксида углерода, как правило, был выше при термоокислительном разложении без воспламенения, а диоксида углерода и цианистого водорода — при пламенном горении материалов. По отношению к концентрациям газов, образующимся при указанных режимах испытания образцов, результаты измерений в стендовых опытах занимают в большинстве случаев промежуточное положение.
Результаты выполненной работы свидетельствуют об удовлетворительной сопоставимости параметров токсичности продуктов горения, установленных при лабораторных и крупномасштабных испытаниях материалов, и наличии между ними четко выраженной корреляционной связи.
Этот вывод обосновывает принципиальную возможность прогнозирования опасности воздушной среды при пожарах, а вместе с тем и правомерность использования показателя токсичности, определяемого по стандартному методу, для сравнительной оценки материалов и разработки рекомендаций по их применению [6, 7].
i
Литература
1. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. — М., 1978.
2. Башкирцев М. П., Сидорюк В. М. // Противопожарная защита зданий и сооружений. — М., 1976. — С. 65—71.
3. Беляков А. А., Мельникова Л. М. // Определение вредных веществ в воздухе промышленных помещений. — Горький, 1970. —С. 184.
4. Борьба с пожарами на судах / Под ред. М. Г. Ставнц-кого, —Л., 1976. —Т. 1, —С. 97—106.
5. ГОСТ 12.1.044—84 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — С. 118—122.
6. Иличкин В. С., Гусев В. И., Петров Г. Н„ Янен-ко М. В. // Пути повышения эффективности противопожарной защиты предприятий народного хозяйства. — Л., 1985. —С. 33—36.
7. Применение полимерных материалов в строительстве жилых и общественных зданий: (Метод, указания).— М„ 1984.
8. Прозоровский В. Б. // Фармакол. и токсикол.— 1962.—
№ 1, —С. 115-119. «
9. Christojer A. J. // Fire a. Materials. — 1983. — Vol. 7. -P. 132—149.
10. Hilado С. J. //J. Fire Flammabil. — 1977. — Vol. 8,— P. 202—209.
Поступила 25.02.86
УДК 612.015.31-088.1:543.42
Т. В. Юдина, М. В. Егорова, 3. А. Анисимова
МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОГО СПЕКТРОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА БИОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
В аналитической практике при исследовании минерального состава биологических объектов находят применение современные методы, среди которых значительное место занимает спектральный анализ, в частности спектрография, отличающаяся наряду с высокой избирательностью и достаточной чувствительностью, возможностью одновременного определения в одной пробе ряда элементов. Однако количественный спектрографический анализ материалов биологического происхождения затруднен, с одной стороны, малым содержанием элементов, с другой — неоднородностью структурного и элементарного состава.
Точность результатов анализа определяется в основном качеством применяемых эталонов и их соответствием анализируемым пробам. Одно из основных требований, предъявляемых к эталонам, — соответствие матричных основ эталонов и анализируемых проб. Несоблюдение этого тре-
бования может привести к искажению результатов анализа в 2—3 раза [1].
В настоящее время применяются два способа ^ приготовления эталонов для спектрографического анализа биоматериалов — на искусственной [2] и естественной [3] основе. Изготовление эталонов на искусственной основе не позволяет достичь полного соответствия матричных основ проб и эталонов, кроме того, требует использо-.вания реагентов особой чистоты и сложной технологии приготовления, что значительно усложняет анализ и снижает точность результатов. Достаточно полно учесть влияние матричных эффектов позволяет применение метода добавок. Однако ограниченность массы большинства исследуемых органов лабораторных животных (семенники, поджелудочная железа, легкие, сердце, головной мозг, селезенка, мышцы) не позволяет * широко использовать этот метод.
