CC BY
6
Необходимо отметить хорошую воспроизводимость результатов, получаемых в эксперименте на культуре ткани. Вместе с тем этот метод обладает рядом преимуществ перед классическим методом изучения сравнительной токсичности на животных, ибо позволяет получить результаты в 5—10 раз быстрее; для него характерен малый разброс результатов, что в свою очередь позволяет ограничиться для испытания токсичности каждого вещества 4 пробирками с клеточной культурой, значительно уменьшая материальные затраты.
Таким образом, оба использованных нами в эксперименте метода изучения сравнительной токсичности веществ (метод культуры ткани и пероральная затравка белых мышей) дают хорошо совпадающие результаты, что подтверждается статистической обработкой. Метод тканевых культур может быть использован в качестве экспресс-метода при изучении сравнительной токсичности веществ, обладающих общетоксическим действием.
ЛИТЕРАТУРА
Зак А. Ф. Антибиотики, 1962, № 11, с. 1011. — Перелыгин В. М. Гиг. и сан.,
1964, № 5, с. 34. — Райхер Л. И., Шурки на Л. Д., Хазина Е. X. Лабор. дело,
1965, № 7, с. 438. — С ал т ы к о в Р. А., Земсков Е. Н„ Милютин В. Н. Бюлл. экспер. биол., 1961, № 12, с. 43. — Чернов В. А. Л ы т к и н а В. Б. Вопр. онкол , 1959, № 5, с. 552. — Штан никое Е. В. Гиг. и сан., 1966, № 7, с. 59. — Я к о б-сон Л. М. Антибиотики, 1962, № 11, с. 1007. — Е i с h о г n P. A., Huffman К. V., О 1 е s о п J. J. et al., Ann. N. — Y. Acad. Sci., 1954, v. 58, p. 1172.— Felt on H. M„ Pomerat С. M„ Exp. Cell Res., 1962, v. 27, p. 280. — S h a w W. H„ Nature, 1961, v. 192, p. 94.
Поступила S/X 1966 r.
удк 613.633:669.0461-073.753.373
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОННОЙ ДИФРАКЦИИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРНОГО СОСТАВА ПЛАВИЛЬНЫХ ПЫЛЕЙ
Канд. мед. наук Р. А. Нищий, И. А. Бразгин Златоустовская городская санэпидстанция
При гигиенической оценке различных видов пыли, выделяющейся в воздушную среду производственных помещений, очень важно знать, из каких химических элементов или соединений она состоит. Это можно установить спектральным, химическим и некоторыми другими методами, однако для определения токсических свойств пыли необходимо выявить и истинный состав соединений, которые в нее входят, особенно на тех производствах, где ее выделение связано со сложными физико-химическими процессами.
С целью углубленного изучения структуры пыли мы применили метод электронной дифракции (С. С. Горелик с соавторами; Г. Томасс). Нас интересовал состав пыли, выбрасываемой в воздушную среду производственных помещений из электродуговых сталеплавильных печей при выплавке высококачественных марок сталей и сплавов. Известно, что при их производстве в большом количестве применяются разнообразные химические элементы (хром, марганец, никель, ванадий и пр.), которые при технологической температуре около 2000° должны естественно подвергаться значительным изменениям.
Пробы отбирали непосредственно в дымовом факеле (над дуговой печью) и в зоне дыхания сталеваров с помощью ротационной установки.
Для изучения дифракционной картины отобранных проб мы выбрали универсальный электронный микроскоп отечественного производства УЭМВ-100. Его электромагнитная оптика позволяет получать на экране и фотографировать изображения объекта при увеличении до > 200 000 раз. Кроме того, таким микроскопом можно проводить и непосредственно электронографические исследования путем дифракции электронов. Это свойство его и было использовано нами для выяснения качественного состава плавильной пыли, выбрасываемой в воздушную среду производственных помещений из электродуговых печей.
Процесс формирования дифракционного изображения происходит благодаря волновым свойствам электрона. Электронная волна при встрече с атомами решетки дифрагирует и воспроизводит дифракцию соединений атомов на фотопластинке. Сущность этого процесса состоит в следующем.
Предположим, что имеется ряд атомных плоскостей, находящихся на каком-то расстоянии (й) друг от друга; явления дифракции в кристалле можно свести к отражению от этих плоскостей.
Два луча, падающие под углом скольжения (0) и отражающиеся от 2 плоскостей, будут однофазны, если разность равна Я, 2Х...пХ. Условия однофазности для отражения лучей выразятся в форме соотношения Вульфа Брегга:
2с?-51110 =/а, (1)
где й — межплоскостное расстояние, а А, — длина электронной волны (рис. 1).
Однако учитывая крайне малую длину величин и, следовательно, малую величину углов скольжения (0), уравнение Вульфа Брегга можно представить в виде:
где г —радиус дифракционных колец и точек на экране или фотопластинке, Ь — расстояние от объекта до фотопластинки.
Формулу (2) мы использовали для вычисления величины й, которая необходима для опознавания фазы, дающей дифракционную картину.
Ввиду того что исследования пыли, выбрасываемой в воздушную среду, на дифракцию ранее не проводились, была разработана методика (И. А. Бразгин, К- М. Бурнаков и Р. А. Нищий) получения образцов пылевых частиц, пригодных для элект-ронографических исследований.
Для электронографических исследований пригодна только мелкодисперсная пыль (0,01 мк), поэтому исследуемую пыль мы предварительно истирали в течение 10—15 мин. в ступке. Затем приготовляли раствор нитроклетчатки в бутилацетате (20 мл на 20 г) и 2—3 капли этого раствора вносили в сосуд с дистиллированной водой. В результате образовалась тонкая пленка поверхностью 20 см2. В том же сосуде приготовляли суспензию исследуемого порошка пыли. Суспензию тщательно перемешивали в течение 10 мин.
За счет различия поверхностного натяжения воды и раствора нитроклетчатки пылевые частицы образовывали как бы третью, равно-
Рис. 1. Процесс формирования дифракционного изображения.
мерную пленку на границе раздела воды или раствора. Пленку, состоящую из частиц порошка, фиксировали на тонкой пленке из нитроклетчатки по мере ее высыхания (испарение бутилацетата в течение 10—20 мин.), а затем вылавливали на сеточку типа «200 меш». Эту сетку с образцами пылевых частиц помещали под электронный микроскоп УЭМВ-100 при ускоряющем потенциале 63,5 кв и напряжении с наклоном 275 в, что давало длину электронной волны, равную 0,0486.
Дифракцию определяли с разных участков различных объектов, полученных с одной и той же партии пыли. Для того чтобы установить по возможности все имеющиеся фазы пылевых частиц, исследуемую поверхность условно разделяли на 10 радиальных сегментов и каждый
Рис. 2. Электронограмма монокри- Рис. 3. Поликристаллические образо-
сталлов плавильной пыли. вания соединений магния.
сегмент поочередно анализировали. Изучение каждой пробы пыли прекращали лишь в том случае, если имелось 2—3 повторения дифракционной картины.
Дифракцию, получаемую от каждой пылевой частицы, фотографировали на фотопластинки размером 60x90 мм.
Измерение радиусов колец и точек на электронограммах производили с точностью до 0,1 мм, а длины волны — 0,0001 А; таким образом, погрешность в определении межплоскостных расстояний не превышала 0,1—0,5%.
В результате исследования 342 образцов пыли различных марок сплавов и сталей было установлено, что большинство частиц, входящих в состав пыли, выбрасываемой в воздушную среду сталеплавильными печами, имеет довольно сложную структуру и содержит в себе монокристаллы и поликристаллы, причем монокристаллов гораздо больше, чем поликристаллов. Об этом говорило наличие точечных отражений на электронограмме (рис. 2).
Поликристаллические образования с наличием четких дифракционных линий встречались значительно реже (рис. 3).
В связи с тем что в облучаемую область попадал, как правило, целый конгломерат частиц и расшифровка электронограмм затруднялась из-за большого количества фаз (3—4), создавших дифракционную картину, мы одновременно предприняли попытку определить состав отдельных частиц методом микродифракции, обладающим значительной локальностью.
Благодаря микродифракции удалось при помощи селекторной диафрагмы максимально сузить пучок электронов и избирательно на-
править его на определенные частицы. Это позволило уточнить фазовый состав отдельных частиц пыли и проверить некоторые данные, полученные обычной (рассеянной) электронной дифракцией.
Микроскопические электронограммы приведены на рис. 4. Результаты электронографических исследований в основном подтвердили данные рентгеноструктурного качественного фазового анализа, полученные нами ранее. Большинство химических соединений, обнаруженных методом рентгеноструктурного анализа, было найдено и при помощи электронной дифракции.
Пыль, выбрасываемая в воздушную среду от электродуговых печей, содержит ряд сложных структурных соединений: алюмомарганце-вую шпинель (МпО»А12Оз), оливин (2[Mg, Fe]2 ■ Si04), андалузит
(AI2O5), алюмосиликат кальция (2 СаО • А1203 • Si02) и др.
Наряду со сложными по своей структуре соединениями при помощи электронной дифракции были обнаружены окислы железа, марганца, кремния, магния, хрома и алюминия. На их долю приходилось около 42%, а на долю более сложных соединений — около 58% всей исследуемой пылй. В исследованных пробах пыли установлены сложные силикатные соединения. Их наличие в исследуемых образцах незначительно отличалось друг от друга при различных марках выплавляемого металла, следовательно, можно утверждать, что сложные силикаты являются продуктом взаимодействия металла с огнеупорными материалами футеровки печей.
В марках сплавов со значительным содержанием алюминия обнаружены: алюмомагниевая шпинель (Mg0-Al203), алюмомарганцевая шпинель (Мп0-А1203), корунд (А120з) и алюмосиликат кальция (2СаО • А12Оз • Si02). В марке стали 38 ХМЮА преобладали соединения марганца и кремния. В пробах сплавов ЭИ-636 и ЭИ-437 Б, в которых содержится значительное количество титана, был найден нитрид титана (TiN). Нитрид хрома (Cr2N) выявлен в марках металла со значительным содержанием хрома — в 38 ХМЮА и 437-Б, причем в двух из них определены и окислы хрома (Сг20з).
Свободная двуокись кремния (Si02) наблюдалась только в сплавах. Пыль сплавов ЭИ-636 и ЭИ-961 содержала и соединения ванадия с железом. Сложные силикатные соединения (монтичелит, файялит, меркинит, алюмосиликат кальция и оливин) оказались практически в образцах всех исследованных марок сплавов и сталей.
При анализе пылевых проб, которые отбирали в различные периоды плавки жаропрочных сплавов, установлено, что наибольшее количество раличных химических соединений выделяется в воздушную среду в окислительном периоде плавления металла (см. таблицу). В этом периоде обнаруживаются окислы марганца, двуокиси кремния, нитриды титана и хрома, а в пробах пыли марок ЭИ-636 и ЭИ-961 — соединения вольфрама с железом (Fe2W).
Таким образом, применение методов электронной дифракции и микродифракции позволило определить состав производственной пыли, выбрасываемой из электродуговых печей в воздушную среду. Пыль, выделяющаяся при производстве жаропрочных сплавов и сталей, состоит в основном из сложных по физико-химической структуре соеди-
Химические соединения в пылевых пробах жаропрочных сплавов, обнаруженные методом электронной дифракции при различных стадиях плавления металла
Химические соединения
Технологический процесс марка сплавов
ЭИ-636 ЭИ-961 ЭИ-437Б
Плавление НеБЮ,; МйО. МеОРе.О,; СаОМяОЗЮ.; ЗСаО МкО гвЮ.; гРе.оз-БЮ, Сав!,; Ре,О.; МеОРе.О,; 3Ca0.Mg0.2S10,; А1,5Ю, РеЭ!,; Ре04; Мг0Ре,0,; МЯ0А1,0,; 2СаО- А1,0, 5Ю,
Окисление вЮ,; МеО; Ие^; Т1Ы; А1,5Ю,; РевЮ,; МвО Ре.О,: CaO.MgO.SiO,; 2Ре,0,-5Ю,; 2<МяРе),5Ю4; ЗСаО МйО-25Ю, МпО; СаЭ1,; ЭЮ.; Ре,04; Ре.Ш; А1,3ю,; МвОА1,б,; ЭСаО-^О-гБЮ,; А1,0,-Ре,0, Рев!,; А1,0,; Ре,04; МВ0Ре,0,; МЯ0А1,0,; 2СаО- А1,Оэ • ЭЮ,; 2(МЯРе),-5Ю,
Рафинирование М80Ре,0,; CaO■MgO•SiO,; А1,5Ю,; 2Ре,0,310,; 2(Мг.Ре),5Ю4; 3CaO.MgO.2SiO, Мд0-А1.0,; МбОР^О,; ЗCaO•MgO•2SiO,; А1,0,Ре,0,; Ре,04; А1,8Ю, А1,0,; Ре,04; М80Ре,0,; Ме0А1,0,; 2СаО А1,0, 5Ю,; 2(Мг, Ре),-вЮ«
нений, среди которых сложные силикаты железа, алюминия, хрома, марганца и т. д.
Химический состав плавильной пыли зависит от ряда факторов: марок выплавляемых сталей, технологического процесса, периода плавления металла и пр.
Методика, предложенная для изучения структурного состава пыли, позволяет использовать метод электронной дифракции для гигиенических исследований.
ЛИТЕРАТУРА
Горелик С. С., Расторгуев Л. Н., Скаков Ю. А. Рентгенографический и электронографический анализ металлов. М., 1963. — Томас Г. Электронная микроскопия металлов. М., 1963.
Поступила 16/Х1 1966 г.
