有毒有害气体检测原理与应用(一)

2013年07月19日

有毒有害气体检测原理与应用

 

第一章  有毒有害气体的种类和分类

在生产过程中对财产与人的健康、生命造成危害的因素大体上可以分为物理、化学与生物三方面。其中化学因素的影响危害性最大。而有毒有害气体又是化学因素中最普遍、最常见的部分。

有毒有害气体的危害程度用气体浓度衡量,表述了空气中的有毒有害物质的含量。

气体浓度分为体积浓度和质量体积浓度两种。

体积浓度:表示一定体积大气中含有物质的体积,有体积百分比和体积比两种表达方式,立体百分比浓度表示某种物质体积占有大气体积的百分比,单位为%VOL;体积比浓度表示1立方米大气中含有某种物质体积的立方厘米数,单位为ppm1ppm表示1立方米大气中含1立方厘米的物质,此外还有更小浓度的单位ppbppt1ppm=1000ppb1ppb=1000ppt

质量体积浓度:表示一定体积大气中还有物质的质量,单位为毫克/立方米(或克/立方米(

上述两种浓度的转换公式为:

  

 

根据危害将有毒有害气体分为可燃气体与有毒气体两大类。

 

一、 可燃气体

可燃性气体的危害主要是气体燃烧引起爆炸,从而对财产与人的生命造成危害。

可燃性气体的浓度过低或过高没有危险,只有与空气混合形成混合气或更确切地说遇到氧气形成一定比例的混合气才会发生燃烧或爆炸。燃烧是伴有发光发热的激烈氧化反应,可以分为两类,一类是扩散燃烧,即挥发的或从设备中喷出、泄漏的可燃气,遇到点火源混合燃烧。另一类燃烧,是可燃气与空气混合着火燃烧,这种燃烧反应激烈而速度快,一般会产生巨大的压力和声响,又称之为爆炸。燃烧与爆炸没有严格的区分。

可燃气体发生燃烧和爆炸必须具备三个条件。足够的可燃物(可燃气体)、足够的助燃物(氧气)与足够的温度(火源)。以上三个条件缺一不可。

 

二、 有毒气体

有毒气体根据他们对人体不同的作用机理分为刺激性气体、窒息性气体和急性中毒的有机气体三大类。

刺激性气体包括氯气、光气、双光气、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨气、臭氧等气体。刺激性气体对机体作用的特点是对皮肤、黏膜有强烈的刺激作用,其中一些同时具有强烈的腐蚀作用。刺激性气体对机体的损伤程度与其在水中的溶解度与作用部位有关。一般来说,水溶性大的化学物,如氯气、氨气、二氧化硫等对眼和上呼吸道迅速产生刺激作用,很快出现眼和上呼吸道的刺激症状;水溶性较小的化学物,如光气、二氧化氮等,对下呼吸道及肺泡的作用较明显。刺激性气体造成的病变的严重程度除化学物本身的性质外,最重要的是与接触化学物的浓度和时间密切相关。短期接触高浓度刺激性气体,可引起严重急性中毒,而长期接触低浓度则可造成慢性损伤。急性刺激性气体中毒通常先出现眼及上呼吸道刺激症状,如眼结膜充血、流泪、流涕、咽干、咳嗽、胸闷等症状,随后这些症状可减轻或消失,经过几小时至3天不等的潜伏期后症状突然重现,很快加重,严重者可发生化学性支气管肺炎、肺水肿,表现为剧烈咳嗽、咯白色或粉红色泡沫痰、呼吸困难、发绀等,可因肺水肿或并发急性呼吸窘迫症等导致残废。

窒息性气体包括一氧化碳、硫化氢、氰氢酸、二氧化碳等气体。这些化合物进入机体后导致的组织细胞缺氧各不相同。一氧化碳进入体内后主要与红细胞的血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,以致使红细胞失去携氧能力,从而组织细胞得不到足够的氧气。氰化氢进入机体后,氰离子直接作用于细胞色素氧化酶,使其失去传递电子能力,结果导致细胞不能摄取和利用氧,引起细胞内窒息。甲烷本身对机体无明显的毒害,其造成的组织细胞缺氧,实际是由于吸入气中氧浓度降低所致的缺氧性窒息。硫化氢进入机体后的作用是多方面的。硫化氢与氧化型细胞色素氧化酶中的三价铁结合,抑制细胞呼吸酶的活性,导致组织细胞缺氧硫化氢可与谷胱甘肽的巯基结合,使谷胱甘肽失活,加重了组织细胞的缺氧另外,高浓度硫化氢通过对嗅神经、呼吸道黏膜神经及颈动脉窦和主动脉体的化学感受器的强烈刺激,导致呼吸麻痹,甚至猝死。

急性中毒的有机气体,也就是常说的挥发性有机化合物(VOC,有正己烷、二氯甲烷等。挥发性有机化合物同以上无机有毒气体一样,也会对人体的呼吸系统与神经系统造成危害,有的致癌,比如苯。由于有机化合物大多为可燃的物质,所以对于有机化合物的检测以前大多检测爆炸性,但有机化合物的最低爆炸极限远远大于它的最大允许浓度值也就是说,对有机化合物的毒性进行检测比爆炸性检测更重要

 

第二章  有毒有害气体的检测指标

一、 可燃气体

衡量可燃气体发生爆炸的指标是爆炸极限,分为爆炸下限(LEL,Lower Explosive Limit)和爆炸上限UEL (Lower Explosive Limit)低于爆炸下限,混合气中的可燃气的含量不足,不能引起燃烧或爆炸高于上限混合气中的氧气的含量不足,也不能引起燃烧或爆炸。LEL和UEL之间的浓度表示可燃性气体爆炸危险程度。

由于各种可燃性气体的爆炸极限浓度有很大差异,例如甲烷的爆炸下限浓度为5%VOL,一氧化碳的爆炸下限浓度为12.5%VOL,很难统一用绝对浓度表示,所以爆炸极限值根据体积百分比浓度换算为相对的百分比来表示,取值范围从0%~100%,表示为0%LEL~100%LEL,低于0%LEL肯定不会发生爆炸,达到或高于100%LEL时如遇火源则肯定发生爆炸,在0%LEL到100%LEL之间的数值与发生爆炸的危险程度成正比,例如当甲烷浓度为5%VOL及一氧化碳浓度为12.5%VOL时都表示为100%LEL,浓度分别为2.5%VOL和6.25%VOL时都表示为50%LEL,虽然二者的绝对浓度值不同,但爆炸危险性是相同的。

 

二、 有毒气体

表示有毒有害气体危险程度的参数主要有以下指标:

TWA统计权重平均值,计算一段时间(一般按8小时计算)内气体浓度的平均值,反映了正常的工作环境允许的有毒气体的浓度,单位为ppm

STEL短期暴露水平,计算很短的时间(15分钟)内气体浓度的平均值,反映了短期工作所允许的有毒气体浓度,单位为ppm

IDLH立即致死量,短时间(一般为30分钟)接触就可引起人员死亡的有毒气体的浓度,单位为ppm

MAC空间最大允许浓度单位为mg/m3

                   

有毒气体

TWA

STEL

IDLH

MAC

氨气NH3

25

35

500

30

一氧化碳CO

25

/

1500

30

氯气Cl2

0.5

1

30

1

氰化氢HCH

10

4.7

50

0.3

硫化氢H2S

10

15

300

10

一氧化氮NO

25

/

100

/

二氧化硫SO2

2

5

100

15

VOC

50

100

/

/

   VOC不同的气体参数有所不同

来源:北京锦邦格瑞科技发展有限公司

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