Контроль санитарного состояния воздуха рабочей зоны

Вредные вещества, методы и средства контроля за их концентрацией в воздухе рабочих зон.

Вредное вещество — это химическое соединение, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может привести или вызвать производственную травму, профессиональное заболевание или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования как в процессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Вредные вещества проникают в организм человека через дыхательные пути, кожные покровы и слизистые оболочки. Вступая в контакт с биологическими средами организма, они приводят к различным видам заболеваний.

Для исключения или уменьшения воздействия вредных веществ на людей утверждены гигиенические нормативы содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ГН 2.2.5.1313−03 «Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны»).

ПДК — это такая концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов и не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа не должны вызывать заболеваний или отклонений здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

ПДК устанавливается для рабочей зоны. Рабочая зона — это пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного (непостоянного) пребывания работающих. Постоянное рабочее место — место, на котором работающий находится большую часть своего времени (более 50% или более 2 часов непрерывно). Если при этом работа осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, то постоянным рабочим местом считается вся рабочая зона.

В таблице 1 приведены ПДК для некоторых вредных веществ.

В настоящее время для обнаружения вредных паров и газов в воздухе и контроля за их концентрацией применяются стационарные и переносные газоанализаторы.

Принципы определения концентрации вредных газов и паров основаны на различных видах применяемых датчиков (сенсоров). Они бывают:

• * электрохимические;
• * термокаталитические;
• * фотоионизационные;
• * химические;
• * оптические химические сенсоры.

Рассмотрим принцип действия вышеуказанных датчиков.

Электрохимический метод основан на разложении вещества на ионы под действием электрического тока. На измерительном электроде газ, благодаря электрохимическому превращению, разлагается на ионы.

H2S + 4H2o > H2SO4 + 8H+ + 8?;

Между измерительным и опорным электродами существует постоянное электрическое напряжение. Напряжение электролита и электродный материал выбраны таким образом, чтобы определяемый газ на измерительном электроде подвергался электрохимическому преобразованию. При этом образующиеся ионы (ток) протекают через сенсоры. Этот поток пропорционален парциальному давлению газа.

Одновременно на противоположном электроде происходит электрохимическая реакция с кислородом воздуха, т. е. происходит реакция восстановления. При этом образуется также газ, который входит в сенсор и выходит из сенсора через мембрану. Замеренный в сенсоре ток усиливается электроникой и показывается на дисплее.

При использовании фотоионизационного датчика (типа КОЛИОН) в газоанализаторе используется фотоионизационный метод детектирования, основанный на ионизации молекул вещества вакуумным ультрафиолетовым (ВУФ) излучением и электрохимический метод, основанный на реакции измеряемого вещества с электролитом, (описан ниже).

Область применения газоанализатора — измерение концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны. Газоанализатор имеет два измерительных канала. Первый канал предназначен для селективного измерения концентрации оксида углерода (СО) с использованием электрохимического детектора. Второй канал измеряет суммарную концентрацию органических и неорганических веществ, в том числе углеводородов нефти (кроме метана и этана), спиртов, альдегидов, кетонов, аммиака, сероуглерода, сероводорода.

Газоанализатор имеет звуковую и световую сигнализацию о превышении измеряемой концентрации заданного порога.

Каталитический метод определения концентрации вредных веществ основан на сжигании горючего газа в воздухе и измерении количества выделяющегося тепла. Для ускорения процесса используются катализаторы. Поэтому для определения содержания вредных газов в воздушной среде необходим нагреватель для поддержания температуры, достаточной для сжигания газа, катализатор окислительного процесса (Pt, Pd) и устройство для измерения теплоты сгорания.

Химические сенсоры представляют собой датчики, в которых два типа преобразователей — химический и физический.

Химические сенсоры работают на принципах химических реакций — взаимодействие определяемого вещества с чувствительным слоем, который выполняет функцию преобразователя.

Для повышения избирательности на входном устройстве перед химически чувствительным слоем размещаются мембраны, которые селективно пропускают частицы определяемого компонента. При этом определяемое вещество диффундирует через полунепроницаемую мембрану селективного слоя, в котором формируется аналитический сигнал компонента.

В последние годы все более широкое применение находят оптические химические сенсоры, которые основаны на следующих принципах: поглощение света (абсорбция), поглощение падающего светового потока (отражение) и люминесценции.

При этом используется зависимости оптических свойств среды (коэффициентов преломления, отражения и др.) от концентраций определяемых веществ.

Абсорбция — это способность вещества поглощать оптическое излучение и зависит от строения вещества, его концентрации, толщины слоя, длины волны и других факторов.

Отражение светового потока происходит следующим образом. При падении потока света на границу раздела двух сред часть его излучения отражается обратно. При этом характер отражения зависит от свойств среды и размеров неровностей на границе раздела этих сред. Интенсивность отражения света определяется электронным строением атомов, молекул и ионов в поверхностном слое вещества, процессами поглощения и многократного рассеяния в нем, а также зависит от длины волны падающего света. Это позволяет использовать эффект отражения для исследования состава и строения поверхностных слоев твердого тела и мутных сред, а также идентифицировать адсорбированные соединения.

Явление люминесценции представляет собой свечение вещества, возникающее после поглощения им энергии возбуждения и является избыточным излучением по сравнению с тепловым излучением тела при данной температуре. Фотолюминесценцию характеризуют спектрами поглощения и люминесценции, поляризацией, энергетическим выходом (отношение энергии, излучаемой веществом в виде люминесценции, к поглощенной энергии), квантовым выходом (отношение числа излученных квантов к числу поглощенных) и кинетикой. Наиболее широко применяют анализ, основанный на фотолюминесценции, возбуждаемой УФ-излучением, источником которого служат ртутно-кварцевые и ксеноновые лампы, а также лазеры. Регистрация люминесценции производится визуально или фотоэлектрическим способом (с помощью спектрофотометра). Характеристики фотолюминесценции позволяют сделать выводы о присутствии в исследуемых образцах определенных веществ и их концентрации. Количественный анализ основан на зависимости интенсивности люминесценции от количества люминесцирующего вещества.