CC BY
10
THE PROBLEM OF AGE ERGONOMICS Yu. D. Zhilov
The author discusses the problem of an integral study of all the aspects (hygienic, physiological, psychological and pedagogical) of the existing interrelationship between adolescent-machine-environment. The science, dealing with these aspects, is suggested to be called ergonomics.
Методы исследования
УДК 814.72.001.57
Канд. биол. наук В. А. Попов, Е. В. Печенникова, Л. Н. Черных
МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ФОТОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Государственный комитет гидрометеорологии и контроля природной среды СССР и Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР,
Москва
Первичным процессом в комплексе фотохимических реакций является фотолиз двуокиси азота. Хотя ее молекулы поглощают энергию в широком диапазоне длин волн, их диссоциация в приземной атмосфере происходит лишь при 300—400 нм (Pitts и соавт.). В диапазоне 300—370 нм квантовый выход близок к единице, после чего резко падает до нуля при 420 нм (рис. 1), что обусловливает определенные требования к источнику света при имитации УФР солнца в отношении границ излучения.
Наша облучательная установка представляет собой отделанный дюралем деревянный короб размером 1x1x2,5 м, внутри которого на боковых стенках установлено 80 ламп ЛЭ-30, а на потолке — 6 ламп ПРК-4. На рис. 1 показаны спектры этих ламп, снятые на спектрофотометре. Преимуществом основных ламп ЛЭ-30 являются высокая светоотдача в УФ-об-ласти (около 30% от потребляемой мощности), наличие фонового излучения и невысокая температура на их поверхности. Лампы ПРК-4 % были применены лишь для повышения интенсивности излучения в середине диапазона 300— 400 нм. В качестве оптических фильтров для срезания излучения короче 300 нм, отсутствующего в солнечном спектре у поверхности Земли (см. рис. 1), испытали несколько пленок (лавсановую, полиэтиленовую, полипропиленовую, полиамидную, полистирольную и поли-этиленцеллофановую), спектры пропускания которых мы снимали на спектрофотометре СФ-4. Наиболее пригодной оказалась лавсановая пленка, ее спектр близок к таковому пропускания атмосферы Земли.
Длина волны, нм
Рис. 1. Оптические характеристики установки для моделирования атмосферных фотохимических реакций.
/ — квантовый выход реакции фотолиза двуокиси азота; 2 — спектр ламп ЛЭ-30; 3 — спектр ламп ПРК-4; 4 — спектр солнечного излучения у поверхности Земли; 5 — спектр пропускания лавсановоП
Широкий диапазон длин волн, вызывающих фотолиз двуокиси азота, делает непринципиальными некоторые отличия в спектрах наших лам и Солнца. Однако было важно обеспечить их соответствие по интенсивности излучения, для определения которой мы использовали наиболее адекватный химический метод измерения константы скорости фотолиза двуокиси азота (Stedman и Niki), при облучении которой протекают следующие основные реакции:
NO, -f- hv ——"NO + О (1)
0+02 + М—-Os + M (2)
МО+Оз-^— N02 + 02 (3)
N0t+03-^-N0s+02 (4)
O-f-N02—-NO+Ог (5)
О + N02 + М—-»NO, + М (6)
При проведении реакции в отсутствие кислорода происходят только реакции (1), (5) и (6).
Следы кислорода из азота особой чистоты удаляли пропусканием его через колонку с активной медью при 200°С. Чистым азотом наполняли лавсановый мешок объемом около 100 л, предварительно многократно промытый этим азотом, куда охлажденным микрошприцем через мембрану вводили жидкую двуокись азота, полученную по известной методике разложения нитрата свинца. Легким похлопыванием по стенкам мешка, закрытого непрозрачным чехлом из металлизированной пленки, смесь перемешивали, после чего путем отбора проб из него устанавливали начальную концентрацию N02, обычно составлявшую 0,7 мг/м3. Мешок выносили на солнце или помещали в облучательную установку и снимали с него чехол. После этого в одном случае через каждые 30 с в течение 5 мин брали пробы воздуха в эвакуированные газовые пипетки с реактивом грисса, в другом через 5 мин мешок закрывали чехлом и из него отбирали 3 пробы на двуокись азота в поглотители с пористой пластиной. Константу скорости фотолиза двуокиси азота kj, характеризующую интенсивность УФ-излу-чения, определяли из уравнения:
d In [NO.l/dt = 2 k,k5/(k6 + k, [Ml).
Измерения, выполненные нами в полдень на ярком солнечном свете в середине июля в Москве с применением пипеток, дали величину kj, равную 0,135 мин-1 (коэффициент вариации в 4 опытах 25%). При отборе проб в поглотители кх была равна 0,104 (коэффициент вариации в 4 опытах 17%). Таким образом, в среднем кх составила 0,120 мин-1. В нашей облучатель-ной установке klt определенная методом отбора в поглотители, равнялась 0,115 мин-1, т. е. вполне соответствовала интенсивности УФР солнца в летнее время на широте Москвы. Следует отметить, однако, что при втором способе отбора проб, по-видимому, получаются несколько заниженные результаты (около 15%) вследствие влияния темновых реакций окисления окиси азота в ее двуокись (Kopczynski и соавт.).
Ряд зарубежных авторов установили преимущество пленочных материалов для создания реакционной камеры. Мы провели оценку лавсановой (полиэтилен-терефтатной), полиэтиленовой и полипропиленовой пленок на пригодность для данной цели. В пленочных мешках объемом 100—300 л создавали следующие концентрации: окиси азота — от 0,08 до 2,04 мг/м3, двуокиси азота — от 0,3 до 7,7 мг/м3, гептена — от 2,2 до 6,0 мг/м3, озона — от 0,05 до 0,66 мг/м3. С помощью автоматических газоанализаторов регистрировали падение указанных концентраций во времени. Наибольшая потеря веществ за счет адсорбции, разрушения и диффузии через стенки мешков наблюдалась в первые 2—3 ч, после чего их
концентрации стабилизировались. Средняя скорость потери в лавсановых мешках за 1 ч окиси азота 2%, двуокиси азота — 1,3%, озона — 8% (определено лишь для первых 2 ч); снижения концентрации гептена за 20 ч не наблюдалось. Потеря веществ в мешках из полиэтилена и полипропилена была значительно большей, что делает их непригодными для изготовления реакционной камеры. Лавсановая пленка, являясь термостойкой, плохо поддается термической сварке. Применение для изготовления пленочных емкостей клейкой ленты «Скотч» ведет к загрязнению воздуха в них органическими веществами. Достаточно герметичные швы тонкой лавсановой пленки (25 мкм) мы получаем с помощью видоизмененного сварочного станка М6-АП-2С. Изготовленная таким образом реакционная камера в виде трубы объемом 200—300 л помещается в облучательную установку.
В откидывающихся торцевых стенках установки имеются смотровые окна, закрытые пленочными фильтрами, и отверстия для входной и выходной стеклянных трубок. Входная трубка со смесителем соединяет дозаторы паров и газов с реакционной камерой, выходная служит для сброса реакционной смеси за окно лаборатории. Короб облучательной установки соединен с вентиляционным каналом вытяжного шкафа, что позволяет поддерживать температуру внутри него на уровне 25—30°С. Воздух, поступающий в камеру, тщательно осушается. На выходе камеры установлен комплект автоматических газоанализаторов фирмы «Бендикс» (США) для определения озона, окиси и двуокиси азота, окиси углерода, сернистого газа, суммы реакционно-способных углеводородов и метана. Пары органических веществ дозируются в камеру методом диффузии из капиллярной ячейки (Н. А. Дайлидович и соавт.). Точно калиброванная стеклянная капиллярная трубка имеет форму, обеспечивающую неизменность диффузного пути при испарении из нее дозируемой жидкости. Концентрацию рассчитывают по количеству испарившейся за определенное время жидкости, измеряемому визуально по калиброванной шкале. Ячейка находится в ультратермостате (погрешность менее ±0,1°С), что обеспечивает стабильность диффузии во времени. Пары жидкости уносятся в смеситель и разбавляются очищенным, осушенным и ма-ностатированным потоком воздуха, точно измеренным с помощью капиллярных расходомеров (В. А. Попов и соавт.). Блок очистки и осушки представляет собой набор регенерируемых колонок с силикагелем (аскаритом), окисью алюминия, цеолитами и платиновым катализатором (200°С) и имеет аэрозольный фильтр ФПП-15. Высокая эффективность
очистки подтверждается полным удалением из потока воздуха даже инертного метана. Одноступенчатое разбавление позволяет получать смеси с наименьшей концентрацией паров около 0,3 мг/м3, которая может быть понижена при двухступенчатом разбавлении. Данный дозатор является абсолютным. Расчетная погрешность дозиро-
Рис. 2. Установка для моделирования атмосферных фотохимических реакций. / — компрессор; 2 — блок очистки и осушки воздуха; 3 — маностат; 4 и 7 —капиллярные реометры; 5 — ультратермостат с капиллярной ячейкой; 6 — смеситель; 3 — окись азота в баллоне; 9 — реакционная камера; 10 — лампы ЛЭ-30; 11 — лампы ПРК-4; 12 — комплект газоанализаторов.
вания паров при однократном заполнении ячейки примерно ±3%. Оценка стабильности диффузии паров ацетона и пен-тена из ячейки, проведенная газохроматографическим методом, дала средний коэффициент вариации, равный 3,2%. Окислы азота дозируются в камеру в основном в виде ее окиси. Ее концентрация — около 8-103 мг/м3 — приготовляется в азоте особой чистоты в баллоне со специальным внутренним покрытием под давлением 30 атм и перед вводом в камеру разбавляется воздухом. Общий вид установки для моделирования атмосферных фотохимических реакций показан на рис. 2. по моделированию атмосферных реакций на рис. 3 представлена динамика концентраций химических веществ в реакционной камере при облучении гептена-1 и окиси азота. Опыты проводили в динамических условиях (кратность воздухообмена 0,5), при которых небольшие потери веществ на стенках камеры не имели значения. При облучении окислов азота в отсутствие углеводородов быстро устанавливается равновесие, препятствующее образованию озона в заметных концентрациях. Так, его равновесная концентрация при содержании двуокиси азота 20 и 200 мкг/м3 составляет лишь 5,4 и 19 мкг/м3 соответственно (Stephens). В присутствии реакционно-способных углеводородов (в нашем случае гептена) озон образуется не только в реакции (2), но и, вероятно, в следующих реакциях свободных радикалов, образовавшихся при взаимодействии атомарного кислорода и озона с углеводородами (Alt-shuller и Bufalini):
R—С—О—О + Oj-^альдегид + Оэ (7)
н
RCO^ + Os-»-RCO' +Os (8)
Накопление образующегося озона может наблюдаться лишь при полном окислении окиси азота по реакции (3). В присутствии углеводородов ему могут способствовать также следующие свободно-радикальные реакции:
RCOj + NO-^RCO, + NO г (9)
ROi-f NO-^RO' +NO* (10)
RCO^ + NOj-»-RCO' + N02 (11)
Важную роль в этих реакциях играют, по-видимому, также гидрок-сильный и гидропероксильный радикалы. Из рис. 3 видно, что накопление озона в камере начинается в момент окончания перехода окиси азота в ее двуокись, т. е. через 2 ч после начала облучения. Наблюдения в Ереване показывают, что образование озона в атмосфере начинается также приблизительно через 2 ч после восхода солнца после окисления окиси азота в двуокись. Таким образом, указанная динамика окислов азота в атмосфере позволяет выявлять случаи фотохимического образования озона в атмосфере городов и отличать их от тех случаев, когда он имеет другие источники в приземной атмосфере.
Рис. 3. Изменение концентрации окиси азота (/), двуокиси азота (2), озона (3) и гептена-1 (4) при
облучеиии в реакционной камере. По оси абсцисс — время облучения (в ч); по оси ординат слева — концентрация окиси азота, двуокиси азота и озона (в мг/м1), справа — концентрация гептена-1 (в мг/м*).
Для иллюстрации работы установки
ЛИТЕРАТУРА. Попов В. А. — Гиг. и сан., 1971, № 2, с. 7—10. — Попов В. А., Любецкий В. Б., П е ч е н н и к о в а Е. В. — Там же, 1974, № 2, с. 100—102. — А 1 t s h u 1 1 e г A. P., В u f a 1 i n i J. J. — Photochem., Photobiol., 1965, v. 4, p. 97—146. — Jeffries H., Fox D., KamensR. — Environ. Sei. Technol., 1976, v. 10, p. 1006—1011. — К о p cz y n sk i S. L., KuntzR. L., Bufali-n i J. J. — Ibid., 1975, v. 9, p. 648—653. — P i 11 s J. N.. SharpJ.H., ChanS. I. — J.chem. Phys., 1964, v. 40, p. 3655—3662. — S t e d m a n D.H., N i k i H. — Environ. Sei. Technol., 1973, v. 7, p. 735—739. — S t e p h e n s R. E. — J. Air Pollut Control Ass., 1969, v 19, p. 181—185.
Поступила 8/VIII 1977 r.
УДК 615.9.015.1
Канд. мед. наук 3. 3? Брускин
ОПАСНОСТЬ ЯДОВ КАК КРИТЕРИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ИХ
КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ МЕТОДОМ ДВУМЕРНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ
Омский медицинский институт
Комбинированное действие ядов — одна из центральных проблем современной токсикологии, в частности промышленной. Широко используемый в настоящее время для оценки комбинированного действия ядов математический метод множественной регрессии, предложенный А. Я. Бройт-маном, усовершенствованный П. А. Нагорным и официально утвержденный, не только весьма трудоемок, на что указывают В. В. Кустов и соавт., но и недостаточно обоснован, так как не учитываются важнейшие показатели — токсичность и зона токсического действия каждого из компонентов.
Ширина зоны токсического действия может быть оценена коэффициентом регрессии эффекта к концентрации (дозе)1 Ьу/Х, определяемым по известным правилам двумерной корреляции:
ьи/х = ~ёгг' (0
На основе данных о ЬСь0 и Ьа/Х рассчитывается коэффициент опасности:
Так как значение Ьу/Х соотнесено с ЬСьо, критерий опасности К является константой для каждого яда и может служить показателем опасности при сравнении самых различных веществ: чем больше Ьу/Х и чем меньше ¿С50. тем больше константа 2. Применение К при оценке комбинированного действия ядов позволило выявить следующую закономерность: эффект, достигаемый в организме каждым из компонентов смеси, прямо пропорционален его опасности и абсолютной концентрации, входящей в состав данной смеси. Математическое выражение установленной закономерности следующее:
= + 2 (3)
л- •
где ук — эффект комбинации ядов; Ь0 и Ь1 — коэффициенты", двумерной
корреляции с эффектом, установленным в эксперименте (при
л
числе ингредиентов Л/); х1 — абсолютная концентрация яда в данной смеси. Математический расчет прост, но требует наряду с экспериментом по изучению комбинированного действия постановки эксперимента с целью определения изолированного действия каждого из компонентов.
1 В дальнейшем будем пользоваться лишь термином «концентрация», хотя все сказанное в равной мере относится и к дозам.
2 Для сравнения опасности ядов необходимо выражать их концентрации в одинаковых единицах (в миллиграммах на 1 л).
