Состав вдыхаемого выдыхаемого и альвеолярного воздуха

Состав вдыхаемого выдыхаемого и альвеолярного воздуха Кислород

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Газообразный
технический и медицинский кислород должен быть изготовлен в соответствии с
требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным
в установленном порядке.

1.2. Запрещается применять
для дыхания и лечебных целей кислород, получаемый электролизом воды, а также
кислород, получаемый способом низкотемпературной ректификации с последующим
сжатием в компрессорах с поршневым уплотнением, изготовленным из фторопласта
или других материалов, не проверенных медицинским надзором.

1.3. По физико-химическим
показателям газообразный технический и медицинский кислород должен
соответствовать нормам, указанным в табл. 1.

Таблица 1

Наименование
показателя

Норма для марок

Технический кислород

Медицинский кислород

Первый сорт

Второй сорт

1. Объемная доля кислорода, %, не менее

99,7

99,5

99,5

2. Объемная доля водяных паров, %, не более

0,007

0,009

0,009

3. Объемная доля водорода, %, не более

0,3

0,5

4. Объемная доля двуокиси углерода, %, не более

Не
нормируется

0,01

5. Содержание окиси углерода

То же

Должен выдерживать испытание по п. 3.6

6. Содержание газообразных кислот и
оснований

»

Должен выдерживать испытание по п. 3.7

7. Содержание озона и других
газов-окислителей

»

Должен выдерживать испытание по п. 3.8

8. Содержание щелочи

Должен
выдерживать испытание по п. 3.9

9. Запах

Не
нормируется

Отсутствие

Примечания:

1. По
согласованию с потребителем допускается в медицинском кислороде объемная доля
кислорода не менее 99,2 %.

2. Медицинский кислород, предназначенный для авиации, должен
выпускаться с объемной долей водяных паров не более 0,0007 %.

3.
Показатели, указанные в подпунктах 3 и 8,
нормируются только для кислорода, получаемого электролизом воды.

4. В техническом кислороде 2-го сорта, вырабатываемом на установках
высокого, среднего и двух давлений, оснащенных щелочными декарбонизаторами для
очистки воздуха от двуокиси углерода, а также на установках типа СКДС-70М
допускается объемная доля кислорода не менее 99,2 %.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3, 4).

1.4. Коды ОКП газообразного
технического и медицинского кислорода приведены в табл. 1а.

Таблица 1а*

Наименование
продукта

Код ОКП

Кислород газообразный технический компримированный

21 1411
0100

первый сорт

21 1411
0130

второй сорт

21 1411
0140

Кислород газообразный технический
компримированный с объемной долей кислорода не менее 99,2 %

21 1411
0150

Кислород газообразный технический несжатый

21 1411
2100

первый сорт

21 1411
2130

второй сорт

21 1411
2140

Кислород газообразный технический,
получаемый из привозного жидкого кислорода

21 1411
1600

первый сорт

21 1411
1630

второй сорт

21 1411
1640

Кислород газообразный медицинский

с объемной долей кислорода не менее 99,5 %

21 1411
0200

с объемной долей кислорода не менее 99,2 %

21 1411
1700

Кислород газообразный медицинский,
предназначенный для авиации

21 1411
2300

* Табл. 2, 3.
(Исключены, Изм, № 4).

(Измененная редакция, Изм. №
3, 4).

МЕТОДЫ АНАЛИЗА

3.1. Отбор проб

3.1.1. Пробу кислорода из
баллона или автореципиента отбирают при давлении (14,7 ± 0,5) или (19,6 ± 1,0)
МПа [(150 ± 5) или (200 ± 10) кгс/см2] в прибор для анализа с
помощью редуктора или вентиля тонкой регулировки и соединительной трубки от
точки отбора пробы до прибора. Соединительную трубку продувают не менее чем
десятикратным объемом анализируемого газа.

(Измененная редакция, Изм. №
3).

3.1.2.
Пробу кислорода из трубопровода отбирают с помощью газоотборной трубки из
коррозионно-стойкой стали в аппаратуру для анализа или в прибор для отбора и
хранения проб газа по ГОСТ 18954, либо в стеклянные пипетки. При определении
примесей щелочи и водяных паров пробы отбирают только в аппаратуру для анализа.

3.1.3. При определении концентрации
водяных паров должна использоваться соединительная трубка из
коррозионно-стойкой стали внутренним диаметром не более 4 мм, предварительно
высушенная или отожженная.

3.2. Определение объемной доли кислорода

3.2.1. Аппаратура,
реактивы и материалы

Измерительный аппарат для
анализа кислорода АК-М1 ( черт. 1) или газоанализатор типов ПАК и А.

Весы лабораторные общего
назначения 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 2 кг.

Секундомер механический.

Аммоний хлористый по ГОСТ
3773.

Аммиак водный по ГОСТ 3760,
раствор с массовой долей 18 %.

Аммиачный раствор хлористого
аммония; готовят следующим образом: 750 г хлористого аммония растворяют в 1 дм3
воды и добавляют 1 дм3 раствора аммиака.

Вода дистиллированная по
ГОСТ 6709.

Проволока медная круглая
электротехническая диаметром 0,8-1,0 мм в виде спиралей длиной около 10 мм,
диаметром витка около 5мм.

Смазка для кранов.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3).

3.2.2. Подготовка к
анализу

Для подготовки прибора (см. черт. 1) к
проведению анализа необходимо цилиндрическую часть пипетки заполнить медными
спиралями и закрыть пробкой. После этого заливают в пипетку и уравнительную
склянку аммиачный раствор хлористого аммония.

Кран бюретки смазывают и
соединяют отдельные части прибора резиновыми трубками. Затем проверяют прибор
на герметичность по постоянству уровня жидкости в бюретке при закрытом кране и
нижнем положении уравнительной склянки.

Перед проведением анализа
заполняют аммиачным раствором цилиндрическую часть пипетки с капиллярной
трубкой, капиллярную трубку 5, бюретку, проходы и капиллярные отростки
крана.

Жидкость в пипетке и бюретке
прибора перемещается подъемом или опусканием уравнительной склянки с аммиачным
раствором. При этом поворотом крана соединяют внутренний объем бюретки с
поглотительной пипеткой или атмосферой.

(Измененная редакция, Изм. №
1).

3.2.3. Проведение
анализа

Отбирают в бюретку прибора
через отросток 3 крана пробу кислорода, несколько превышающую 100 см3.

Для приведения объема газа в
бюретке к атмосферному давлению устанавливают уровень аммиачного раствора
хлористого аммония в уравнительной склянке против нулевого деления бюретки.
Пережимают резиновую трубку 10 и быстрым поворотом крана выпускают из
бюретки избыток газа в атмосферу.

Для лучшего поглощения
кислорода прибор осторожно встряхивают. Через 2-3 мин поглощение кислорода
обычно заканчивается. Поворотом крана соединяют бюретку с пипеткой и, медленно
опуская уравнительную склянку, переводят в бюретку непоглощенный остаток пробы.

Как только аммиачный раствор начинает поступать в бюретку, кран закрывают. Газ
в бюретке приводят к атмосферному давлению, устанавливая на одной высоте уровни
жидкости в бюретке и уравнительной склянке. Объем остаточных газов в бюретке измеряют
через 1-2 мин, выжидая, пока жидкость стечет со стенок бюретки.

Деление, соответствующее
уровню жидкости в бюретке, показывает объемную долю кислорода (X) в
процентах в анализируемом кислороде.

Поглощение кислорода
повторяют. Анализ заканчивают, если после повторного поглощения измерение
объема остаточных газов не превышает 0,05 см3.

Аммиачный раствор в пипетке
прибора заменяют после проведения 20-30 анализов.

За результат анализа
принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений,
абсолютное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение,
равное 0,05 %.

Измерительный аппарат для
анализа кислорода АК-М1

1 — бюретка; 2 — двухходовой кран; 3,4 — отростки крана; 5,6
— капиллярные стеклянные трубки; 7 — поглотительная пипетка с
капиллярной трубкой; 8 — штатив; 9 — уравнительная склянка; 10,
11 — резиновые трубки

Черт. 1

Допускаемая абсолютная
суммарная погрешность результата анализа ± 0,05 % при доверительной вероятности
Р = 0,95.

При наполнении баллонов или
автореципиентов, а также при поставке кислорода по трубопроводу объемную долю
кислорода допускается определять промышленными автоматическими
газоанализаторами непрерывного действия по ГОСТ 13320 с погрешностью не более
0,1 %, например типа МН 5130М со шкалой 98-100 %, установленными на
трубопроводе подачи кислорода к наполнительному коллектору.

При разногласиях в оценке
объемной доли кислорода анализ проводят измерительным аппаратом типа АК-М1.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3, 4).

3.3. Определение объемной доли водяных паров

3.3.1 Аппаратура

Влагомеры газов
кулонометрические, рассчитанные на измерение микроконцентраций водяных паров, с
относительной погрешностью измерения не выше 10 % в области измерений от 0 до
20 млн-1 (ррт) и не выше 5 % при более высоких концентрациях.

3.3.2 Проведение анализа

Кулонометрический метод
основан на непрерывном количественном извлечении водяных паров из испытуемого
газа гигроскопичным веществом и одновременном электростатическом разложении
извлекаемой воды на водород и кислород, при этом ток электролиза является мерой
концентрации водяных паров.

Прибор соединяют с местом
отбора пробы трубкой из нержавеющей стали. Расход газа устанавливают (50 ± 1)
см3/мин. Переключатель диапазонов измерения устанавливают так, чтобы
показания прибора были в пределах второй трети измерительной шкалы,
градуированной в миллионных долях (ррт). Ток электролиза измеряют
микроамперметром.

Температура баллона с
анализируемым газом должна быть не ниже 15 °С. Анализ проводят по инструкции,
прилагаемой к прибору.

3.3.3. Обработка результатов

Объемную долю водяных паров (Х1) в млн-1
определяют в соответствии с установившимися показаниями прибора.

Допускается определять
объемную долю водяных паров конденсационным методом, приведенным в приложении 3.

При разногласиях в оценке
объемной доли водяных паров анализ проводят кулонометрическим методом.

(Измененная редакция, Изм. №
4).

3.4. Определение объемной доли водорода в
кислороде, получаемом электролизом воды

3.4.1. Аппаратура,
реактивы и материалы

Газоанализатор лабораторный
со сжигательной пипеткой ( черт. 2).

Лабораторный газоанализатор
со сжигательной пипеткойдля определения объемной доли водорода

1 — уравнительная склянка; 2 — трансформатор на 60 Вт (первичная
обмотка на 220 В, вторичная на 2-3 В); 3 — реостат на 3-5 Ом, 5-6 А; 4,
7 — резиновые трубки; 5 — спираль из платиновой проволоки диаметром
0,3 мм, длиной 60 мм;

6 — сжигательная пипетка с водяным охлаждением; 8,
9,10 — краны распределительной гребенки; 11 — водяная
рубашка; 12 — поглотительный сосуд; 13 — измерительная бюретка; 14
— переходник

Черт. 2

Весы лабораторные общего
назначения 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 2 кг.

Аммоний хлористый по ГОСТ
3773.

Аммиак водный по ГОСТ 3760,
раствор с массовой долей 18 %.

Вода дистиллированная по
ГОСТ 6709.

Метиловый оранжевый
(пара-диметиламиноазобензолсульфокислый натрий), индикатор, раствор с массовой
долей 0,1 %.

Кислота соляная по ГОСТ
3118, раствор с массовой долей 10 %.

Аммиачный раствор хлористого
аммония; готовят следующим образом: 750 г хлористого аммония растворяют в 1 дм3
воды и добавляют 1 дм3 раствора аммиака.

Проволока медная круглая
электротехническая диаметром 0,8-1,0мм в виде спиралей длиной около 10мм, диаметром витка около 5мм.

Смазка для кранов.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3, 4).

3.4.2. Подготовка к
анализу

Для подготовки прибора
заполняют спиралями из медной проволоки верхнюю часть поглотительного сосуда и
вставляют ее через пробку в нижнюю склянку сосуда, заполненную аммиачным
раствором хлористого аммония. В уравнительную склянку и в нижний сосуд
сжигательной пипетки заливают раствор соляной кислоты, подкрашенный несколькими
каплями раствора метилового оранжевого.

Перед проведением анализа
необходимо с помощью уравнительной склянки поднять уровни растворов в
измерительной бюретке, поглотительном сосуде и сжигательной пипетке до кранов.
После этого краны устанавливают так, чтобы образовался сквозной проход для
газа.

Затем присоединяют трубку 7 к точке отбора пробы и продуваютим
распределительную гребенку и краны. Закончив продувку, поворачивают кран 10
в такое положение, чтобы гребенка прибора не была соединена с атмосферой.

3.4.3. Проведение анализа

Отбирают в бюретку прибора
через кран 8 пробу, несколько превышающую 100 см3. Приводят
давление газа в бюретке к атмосферному, удаляя избыток кислорода через кран 10
и резиновую трубку 4, погруженную в сосуд с водой на глубину 15-20мм.

Поглощают около половины
объема кислорода; остаток газа возвращают в бюретку и измеряют его объем.
Затем, повернув краны 8 и 9, вводят газ из бюретки в сжигательную
пипетку так, чтобы уровень запорной жидкости опустился на 10-12мм ниже
платиновой спирали.

Включают трансформатор и регулируют реостатом ток накала
платиновой спирали, доводя накал нити до слабого красного каления. По мере
сжигания водорода анализируемый кислород по частям переводят из бюретки в
сжигательную пипетку. По окончании сжигания водорода весь оставшийся кислород
возвращают из пипетки в бюретку и измеряют его объем. Повторяют сжигание до
постоянного остаточного объема.

3.4.4. Обработка
результатов

Объемную долю водорода (Х2)
в процентах вычисляют по формуле

где V1 — объем пробы, оставшийся
после поглощения кислорода, см3;

V 2 — объем пробы, оставшийся после сжигания водорода, см3;

V 3 — объем пробы кислорода, взятый для анализа, см3;

2/3 — доля водорода в объеме
сгоревшей смеси.

За результат анализа
принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений,
относительное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение,
равное 10 %.

Допускаемая относительная
суммарная погрешность результата анализа ± 25 % при доверительной вероятности Р
= 0,95.

Объемную долю водорода
допускается определять газоадсорбционным хроматографическим методом,
приведенным в приложении 1, а также при наполнении баллонов
или автореципиентов и при поставке по трубопроводу автоматическими
газоанализаторами непрерывного действия по ГОСТ 13320 с погрешностью измерения
не более 0,1 %.

При разногласиях в оценке
объемной доли водорода анализ проводят лабораторным газоанализатором со
сжигательной пипеткой.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3, 4).

3.5. Определение объемной доли двуокиси углерода

3.5.1. Аппаратура
и реактивы

Бюретка 1-2-25-01 по ГОСТ
29251, других типов вместимостью 25 см3.

Пипетка 4-1(2)-1 или
5-1(2)-1 по ГОСТ 29227.

Склянка для промывания газов
СН-1 — 100 или СН-2 — 100 по ГОСТ 25336.

Прибор для отбора и хранения
проб газа по ГОСТ 18954 вместимостью 3,0 дм3 или склянка с тубусом
4-10 по ГОСТ 25336.

Цилиндр 1-100 по ГОСТ 1770.

Весы лабораторные общего
назначения 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г.

Секундомер механический.

Бария гидрат окиси по ГОСТ
4107, раствор с массовой долей 5 % (поглотительный); готовят растворением 5 г
гидрата окиси бария в 100 см3 воды. Раствор быстро фильтруют через
плотный бумажный фильтр и хранят в колбе, закрытой пробкой. В пробку вставлена
стеклянная трубка, соединенная с промывной склянкой с раствором гидроокиси
натрия или гидроокиси калия.

Вода дистиллированная по
ГОСТ 6709, дополнительно очищенная от углекислоты по ГОСТ 4517 следующим
образом: воду нагревают и кипятят в течение 30 мин до выделения крупных
пузырей. При охлаждении и хранении воду предохраняют от двуокиси углерода,
присутствующей в атмосферном воздухе.

Натрия гидроокись по ГОСТ
4328 или калия гидроокись, раствор с массовой долей 20 %.

Натрий двууглекислый по ГОСТ
4201, раствор с массовой долей 0,04 %; готовят растворением 0,04 г
двууглекислого натрия в 100 см3 воды.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3, 4).

3.5.2. Подготовка
к анализу

Анализ проводят в склянке
для промывания газов. В склянку вливают поглотительный раствор. Объем
кислорода, пропущенный через поглотительный раствор, измеряют с помощью склянки
с тубусом или прибора для отбора проб газа, присоединенного к короткой трубке
склянки на выходе газа.

3.5.3. Проведение анализа

В склянку для промывания
газов вливают 100 см3 прозрачного раствора гидрата окиси бария.
Через раствор пропускают 1000 см3 кислорода в течение 15-20 мин.

Сравнивают в проходящем
свете испытуемый и контрольный раствор, приготовленный в отдельной склянке
одновременно с проведением анализа и содержащий в 100 см3 раствора
гидрата окиси бария 1 см3 раствора двууглекислого натрия, что
соответствует объемной доле двуокиси углерода 0,01 %.

Кислород считают
соответствующим требованиям настоящего стандарта, если опалесценция
поглотительного раствора, образующаяся при пропускании кислорода, не будет
интенсивнее опаленсценции контрольного раствора.

3.5.2; 3.5.3. (Измененная
редакция, Изм. № 3).

3.6. Определение содержания
окиси углерода

3.6.1. Аппаратура
и реактивы

Аппаратура — по п. 3.5.1.

Аммиак водный по ГОСТ 3760,
раствор с массовой долей 10 %.

Вода дистиллированная по
ГОСТ 6709.

Серебро азотнокислое по ГОСТ
1277, аммиачный раствор с массовой долей 5 %; готовят следующим образом: 5 г
азотнокислого серебра растворяют в 100 см3 воды. К раствору
добавляют по каплям при постоянном помешивании раствор аммиака, пока осадок не
будет почти (но не полностью) растворен. Раствор фильтруют и хранят в плотно
закрытой склянке из темного стекла в защищенном от света месте.

(Измененная редакция, Изм. №
3).

3.6.2. Подготовка к анализу
— по п.
3.5.2.

3.6.3. Проведение анализа

2000 см3
кислорода пропускают в течение 30-35 мин через склянку со 100 см3 слабо
нагретого аммиачного раствора азотнокислого серебра.

Кислород считают
соответствующим требованиям настоящего стандарта, если раствор остается
бесцветным и прозрачным, что свидетельствует об отсутствии окиси углерода в
анализируемой пробе.

(Измененная редакция, Изм. №
3).

3.6.4. Содержание окиси
углерода допускается определять линейно-колористическим методом.

Анализ проводят с помощью
химического газоопределителя типа ГХ-4 (ГХ-4АМ-3) или универсального
переносного газоанализатора типа УГ-2 и индикаторной трубки на окись углерода.

Просасывают через
индикаторную трубку с помощью газоанализатора ГХ-4 1000 см3
кислорода, с помощью газоанализатора УГ-2-220 см3 кислорода.

Кислород считают
соответствующим требованиям настоящего стандарта, если индикаторный порошок не
окрашивается. Пороговая чувствительность метода 0,0005 %.

При разногласиях в оценке
содержания окиси углерода анализ проводят с применением аммиачного раствора
азотнокислого серебра.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3).

3.7. Определение содержания
газообразных кислот и оснований

3.7.1. Аппаратура
и реактивы

Аппаратура — по п. 3.5.1.

Вода дистиллированная,
дополнительно очищенная от углекислоты по п. 3.5.1.

Кислота соляная по ГОСТ
3118, раствор концентрации с (НС l ) = 0,01 моль/дм3
(0,01 н.).

Метиловый красный
(индикатор), спиртовой раствор с массовой долей 0,2 %; готовят растворением 0,2
г метилового красного в 100 см3 раствора этилового спирта с массовой
долей 60 %.

Натрий хлористый по ГОСТ
4233, насыщенный раствор.

Спирт этиловый
ректификованный технический по ГОСТ 18300, раствор с массовой долей 60 %.

(Измененная редакция, Изм.№ 3).

3.7.2. Подготовка к
анализу — по п. 3.5.2.

3.7.3. Проведение анализа

В три пронумерованные
склянки для промывания газов наливают по 100 см3 воды и добавляют в каждую
из них по 3-4 капли раствора метилового красного. Затем в склянку № 2 с помощью
пипетки вводят 0,2 см3, в склянку № 3-0,4 см3 раствора
соляной кислоты.

Через раствор в склянке № 2
пропускают 2000 см3 кислорода в течение 30-35 мин. Сравнивают
окраску раствора в склянке № 2 с окраской растворов в склянках № 1 и 3.

Кислород считают
соответствующим требованиям настоящего стандарта по содержанию газообразных
оснований, если окраска раствора в склянке № 2 сохраняет розовый цвет в отличие
от раствора в склянке № 1, окрашенного в желтый цвет; и соответствующим по
содержанию газообразных кислот, если розовая окраска раствора в склянке № 2
будет слабее, чем в склянке № 3.

Пороговая чувствительность
метода 0,001 г/моль газообразных кислоты или основания в 1 м3 кислорода.

(Измененная редакция, Изм. №
1, 3).

3.8. Определение содержания
озона и других газов-окислителей

3.8.1. Аппаратура
и реактивы

Аппаратура — по п. 3.5.1.

Вода дистиллированная по
ГОСТ 6709.

Калий йодистый по ГОСТ 4232.

Крахмал растворимый по ГОСТ
10163.

Смешанный раствор крахмала и
йодистого калия; готовят следующим образом: 0,5 г йодистого калия растворяют
при нагревании в 95 см3 воды; 0,5 г крахмала размешивают в 5 см3
холодной воды. Смесь медленно вливают при помешивании в кипящий раствор
йодистого калия и кипятят 2-3 мин.

Кислота уксусная по ГОСТ 61.

3.8.2. Подготовка к
анализу — по п. 3.5.2.

3.8.3. Проведение анализа

2000 см3
кислорода пропускают в течение 30-35 мин через склянку для промывания газов, в
которую налито 100 см3 свежеприготовленного смешанного раствора
крахмала и йодистого калия и прибавлена одна капля уксусной кислоты.

Кислород считают
соответствующим требованиям настоящего стандарта, если раствор остается
бесцветным, что свидетельствует об отсутствии озона и других газов-окислителей
в анализируемой пробе.

3.9. Определение содержания
щелочи в кислороде, получаемом электролизом воды

3.9.1. Аппаратура
и реактивы

Бумага фильтровальная лабораторная
по ГОСТ 12026.

Фенолфталеин (индикатор),
спиртовой раствор с массовой долей 1 %.

Вода дистиллированная по
ГОСТ 6709.

Секундомер механический.

(Измененная редакция, Изм. №
3).

3.9.2. Проведение анализа

Кислород пропускают со
скоростью 100-200 см3/мин в течение 8-10 мин через стеклянную трубку
длиной 10-11 см, диаметром 1,6 см. Узкий конец трубки длиной 2-3 см, диаметром
0,5-0,6 см соединяют с реометром резиновой трубкой. Другой конец трубки
закрывают резиновой пробкой, в которую вставлена стеклянная трубочка (вход
газа).

Кислород считают
соответствующим требованиям настоящего стандарта, если не произойдет
окрашивания фильтровальной бумаги в розовый или красный цвет.

3.10. Определение запаха

3.10.1. Запах определяют
органолептически. Продукт считают соответствующим требованиям настоящего стандарта,
если выпускаемый через слегка открытый вентиль кислород не обладает запахом.

Взгляд снаружи

Диапазон концентрации кислорода в воздухе, пригодный для жизни. Диапазон содержания кислорода в воздухе ( p_{text{O}_2}), при котором возможна жизнедеятельность человека в течение длительного времени, ограничен значениями

90–100 мм рт. ст. < ( p_{text{O}_2}) < 400–450 мм рт. ст.

Нижняя граница соответствует началу кислородного голодания, верхняя — началу кислородного отравления. В процентном отношении наступление кислородного голодания у здорового человека наступает уже при содержании O2 в воздухе ( p_{text{O}_2}) / pатм менее 14% (при pатм = 760 мм рт. ст.).

Эти данные соответствуют диапазону жизнедеятельности человека на уровне моря. По мере подъема в горы давление снижается, что наглядно отражают кривые атмосферного давления и парциального давления кислорода (рис. 1).

Видно, что начиная с высот 4,5–5 км давление кислорода становится ниже допустимой нижней границы давления в 90 мм рт. ст. При этом давление воздуха в альвеолах составляет 105–110 мм рт. ст., что также близко к нижней границе. По мере уменьшения давления кислорода до уровня 100 мм рт. ст. замедляются обменные процессы в организме, дыхание и сердцебиение учащаются, ухудшаются зрение и работа мозга…

Оценка времени развития кислородной недостаточности при нахождении в замкнутом объеме. В качестве примера рассмотрим несколько ситуаций с людьми, находящимися в замкнутом объеме: один человек, застрявший в лифте объемом V = 2 м3; два человека в комнате с V = 30 м3; сто человек, застрявшие в остановившемся вагоне метро с V = 250 м3.

В каждом случае найдем, за какое время Δt в замкнутом объеме V в процессе спокойного дыхания людей концентрация кислорода снижается от первоначального уровня 21% до начала кислородной недостаточности, т.е. до 14%. Подчеркнем — спокойного, поскольку при панике это время сильно снижается.

Спокойному дыханию соответствует потребление кислорода на уровне 0,25 литра в минуту. Поскольку 1 литр O2 соответствует 5 ккал энергии, то 0,25 л/мин сообщает организму за сутки 0,25 × 5 × 60 × 24 ккал = 1800 ккал энергии. Так как плотность человеческого организма около 1000 кг/м3, тело массой 70 кг занимает объем 0,07 м3, или 70 литров. Добавив одежду, получим оценку объема, вытесняемого из замкнутого помещения, в 100 литров, или 0,1 кубометра на человека.

Лифт. Свободный объем, занятый воздухом, составляет 1,9 м3. В этом объеме содержится 1,9 × 0,21 м3 = 0,4 м3 = 400 л кислорода. Признаки кислородной недостаточности развиваются, когда полезный объем кислорода уменьшится до 1,9 × 0,14 м3 = 0,27 м3 = 270 л.

Комната. Свободный объем около 30 м3. Начальный объем кислорода 6,3 м3. Минимально допустимый объем кислорода 4,2 м3. Потребление кислорода 0,5 л/мин. Время ( Δt_{text{O}_2}) = 2100 / 0,5 мин = 4200 мин, т.е. почти трое суток (!).

Вагон метро. Свободный объем около 240 м3. Начальный объем кислорода 50 м3. Минимально допустимый объем кислорода 34 м3. Потребление кислорода около 25 л/мин . Время ( Δt_{text{O}_2}) = 16000/25 мин = 640 мин, т.е. около 10 часов.

Во всех указанных случаях (если нет паники) время развития кислородной недостаточности очень велико. Однако, такой вывод находится в противоречии с житейским опытом: в метро и застрявшем лифте бывает душно и даже после сна в комнате с закрытой форточкой наутро ощущается духота.

По всей видимости, имеет место другой, более мощный механизм развития неблагоприятных ощущений в процессе дыхания при нахождении в замкнутом объеме, не связанный с потерей кислорода из воздуха. Оказывается, таким механизмом является накопление углекислого газа.

Концентрация углекислого газа в воздухе, пригодная для жизни. Диапазон допустимого содержания CO2 в воздухе составляет

( 0 < C_{text{CO}_2} = frac{p_{text{CO}_2}}{p_{атм}} < text{0,1%}. )

Отметим, что обычное содержание углекислого газа в воздухе ( C_{text{CO}_2} ) = 0,04%.

Величину принятого ограничения сверху на содержание углекислого газа (( C_{text{CO}_{2:text{max}}} ) = 0,1%) обсудим чуть позже, а сначала проведем оценки для замкнутых объемов лифта, комнаты, вагона метро и школьного класса применительно ко времени накопления концентрации углекислого газа до верхней границы. Примем, что взрослый человек обычно выдыхает углекислого газа в атмосферу ( q_{text{CO}_2}) = 0,25 л/мин.

Лифт. Свободный объем, занятый воздухом, равен 1,9 м3. Изменение уровня содержания CO2 в воздухе от 0,04% до 0,1% займет

( Δt_{text{CO}_2} = frac{(C_{text{CO}_{2:text{max}}}:-:C_{text{CO}_2}):·:V}{q_{text{CO}_2}} = frac{(1:·:10^{-3}:-:4:·:10^{-4}):·:text{1,9}:·:10^3 }{text{0,25}}:text{мин} = 5:text{мин}. )

Комната. Свободный объем около 30 м3. Изменение уровня содержания CO2 в воздухе от 0,04% до 0,1% займет ( Δt_{text{CO}_2} ) = 6 · 10−4 · 30 · 103 / (2 · 0,25) мин = 36 мин.

Вагон метро. Свободный объем около 240 м3. Изменение уровня содержания CO2 в воздухе от 0,04% до 0,1% займет ( Δt_{text{CO}_2} ) = 6 · 10−4 · 240 · 103 / (100 · 0,3) мин ≈ 6 мин.

Школьный класс. Приведем также оценки для школьного класса объемом около 200 м3, в котором находится 25 учеников. При уровне выдоха CO2 одним школьником 0,12 л/м (половина от взрослого) получим ( Δt_{text{CO}_2} ) = 6 · 10−4 · 200 · 103 / (25 · 0,12) мин ≈ 40 мин.

Это уже ближе к житейским ощущениям и оправдывает присутствие вентиляции на потолке лифтов, необходимость проветривания комнат в домах, в школьных классах после каждого урока, а также наличие системы вентиляции в метро.

Таким образом, именно накопление углекислого газа в замкнутых помещениях в первую очередь действует угнетающе на человека. В чем это проявляется?

В литературе отмечается два типа воздействия: кратковременное (часы) и длительное (регулярно, более нескольких часов в день). Симптомы при кратковременном воздействии при уровне вдыхаемого углекислого газа выше 0,1% — это усталость, головная боль, ухудшение концентрации внимания, плохой сон…

При длительном воздействии при уровне CO2 выше 0,1% появляются проблемы с дыхательной системой (сухой кашель, риниты…), снижение иммунитета, ухудшение работы сердечно-сосудистой системы… При уровне выше 0,2% еще больше ухудшается концентрация внимания, растет количество совершаемых ошибок и т.д. по нарастающей.

Еще одна проблема помещений без вентиляции — возможность расслоения воздуха на фракции. Поскольку углекислый газ в полтора раза тяжелее воздуха, он может опуститься ближе к полу и его концентрация там увеличится. Но процесс этот медленный, и любое движение воздуха перемешивает фракции.

Наконец, использование растений, казалось бы, должно помочь — ведь они выделяют кислород и поглощают углекислый газ. Однако, это происходит только днем, а вечером и ночью (когда свежий воздух особенно нужен) растения выделяют углекислый газ, усугубляя проблему с его накоплением.

Накопление угарного газа в замкнутом помещении. Казалось бы, откуда взяться угарному газу (СО) в замкнутом помещении, если нет рядом дровяной печки или камина с неидеальной вытяжкой? Но в литературе приводятся следующие данные: наряду с углекислым газом человек выдыхает также и угарный газ — в количестве примерно 1,6 мл/ч (при нормальных условиях); предельно допустимая для человека концентрация угарного газа составляет 1 мг/м3.

Этих данных достаточно, чтобы снова провести оценки времени накопления предельной концентрации угарного газа для людей в лифте, комнате, вагоне метро и школьном классе. Для этого перейдем от объема к массе образовывающегося угарного газа, воспользовавшись известным соотношением: один моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л.

В таблице 2 приведены значения времени накопления CO2 и СО до опасной концентрации, а также времени развития кислородной недостаточности в лифте, комнате, вагоне метро и школьном классе. Для детей принята половинная величина выдыхаемого СО и CO2.

Таблица 2. Сопоставление времени снижения концентрации O2, накопления СО и CO2

Видно, что накопление углекислого газа примерно на порядок опаснее накопления угарного газа и еще на порядок опаснее снижения концентрации кислорода.

Мощность систем вентиляции. Как оценить мощность систем вентиляции qвент, необходимую для поддержания нормального состава воздуха? Если отвлечься от переходных процессов установления и выравнивания потоков воздуха, то конечный результат выглядит очень просто:

( q_{text{вент}} = frac{q_{text{CO}_2}}{(C_{text{CO}_{2:text{max}}}:-:C_{text{CO}_2})}. )

Так, если ( q_{text{CO}_2} ) = 0,25 литра в минуту (в этом случае человек выдыхает 15 литров CO2 в час), то при ( C_{text{CO}_{2:text{max}}} ) = 1 · 10−3 и ( C_{text{CO}_{2}} ) = 4 · 10−4 получим требуемую мощность вентиляции в 420 литров воздуха в минуту или 25 м3 в час.

Если же выдыхается 20 литров CO2 в час, то мощность вентиляции увеличивается до 33 м3 воздуха в час. А если принять для максимально допустимого значения концентрации CO2 в воздухе несколько меньшее значение 0,8 · 10−3, то мощность вырастет уже до 38 м3 воздуха в час (при 15 л CO2 в час) и 50 м3 воздуха в час (при 20 л CO2 в час).

Много это или мало? Как обеспечить такой приток свежего воздуха? Например, если приоткрыть дверь, то через каждый квадратный сантиметр щели при перепаде давлений по обе стороны двери Δp = 10 Па проходит в час один кубометр воздуха. Это означает, что при указанном Δp через сантиметровую щель в двери высотой два метра проходит 200 м3 воздуха за час.

Отметим, что принятый уровень перепада давлений 10 Па довольно мал (это 10−4 от атмосферного) и вполне может быть достигнут. Еще более мощный эффект вентиляции оказывает проветривание при открытии окон и дверей в течение хотя бы нескольких минут.

В качестве примера рассмотрим ситуацию с кислородом и углекислым газом при спасении детей в пещере Таиланда, частично затопленной водой. В 2022 году весь мир следил за спасением футбольной команды из 12 школьников и их тренера, ушедших на экскурсию в пещеру Кхао Луанг и застрявших в ней на 18 дней (23 июня — 10 июля) из-за дождей, затопивших вход в пещеру.

Они укрылись в воздушном кармане, полностью перекрытом водой и удаленном от выхода из пещеры на 5 километров. Задача заключалась в высвобождении ослабевших детей и тренера из пещеры. Ситуация осложнялась наличием узкой щели — на рисунке 2 она обозначена как «опасная точка», через которую предстояло выбираться.

В этой ситуации оказались важны все отмеченные выше особенности поведения кислорода и углекислого газа в замкнутом объеме. Для борьбы с постепенным уменьшением количества кислорода в пещере была организована доставка кислорода с помощью специального трубопровода.

Было решено, что накопление углекислого газа в пещере представляет существенно большую опасность, чем нехватка кислорода. Закачкой кислорода по трубопроводу в верхнюю часть пещеры вытесняли углекислый газ. Учитывалось также расслоение воздуха на фракции — CO2 скапливался в нижней части пещеры. Вот почему дети и тренер скрылись в верхней ее части.

Поиски ребят и подготовительные работы заняли почти две недели. За это время известный изобретатель и организатор исследований Илон Маск (космические корабли, электрокары) успел из запчастей к ракете изготовить миниатюрную подводную лодку на одного человека и доставить ее в Таиланд. Но из-за узкой щели от ее использования отказались.

Ситуация с каждым днем становилась все более сложной. Необходимо было постоянное присутствие людей, занятых на откачке воды из пещеры (иначе пещера полностью заполнилась бы водой) и установке труб для подачи кислорода. Более десятка аквалангистов доставляли в пещеру воду, еду и кислородные баллоны.

Там постоянно присутствовали врачи и те, кто готовили спасательную операцию. При дыхании этих взрослых спасателей состав воздуха ухудшался еще стремительнее. Наступил момент, когда из-за накопления углекислого газа дальше ждать было нельзя. Множество кислородных баллонов было расставлено по всему маршруту из пещеры к выходу (каждый баллон рассчитан на работу только в течение часа).

Тысяча спасателей снаружи, включая сто дайверов, начали операцию. В первый день 13 дайверов спасли четырех подростков. Во второй день 18 дайверов (и 70 аквалангистов сопровождения) спасли еще четверых. Наконец, в третий день были спасены оставшиеся четверо детей и их тренер, а также 4 человека, остававшиеся в пещере. Молодцы!

Определение объемной доли водяных паров
конденсационным методом

Объемную долю водяных паров
определяют приборами конденсационного типа с пороговой чувствительностью не
выше 1,5 млн-1 (ррт).

Относительная погрешность
прибора не должна превышать 10 %.

Метод основан на измерении
температуры насыщения газа водяными парами при появлении росы на охлажденной
зеркальной поверхности.

Анализ проводят по
инструкции, приложенной к прибору.

Объемную долю
водяных паров в соответствии с найденной температурой насыщения определяют по
таблице.

Объемная доля водяных
паров, млн (рр m )

Температура насыщения,
°С

Объемная доля водяных
паров, млн ( ppm )

Температура насыщения,
°С

2,55

-70

23,4

-54

3,44

-68

31,1

-52

4,60

-66

39,4

-50

6,10

-64

49,7

-48

8,07

-62

63,2

-46

10,6

-60

80

-44

14,0

-58

101

-42

18,3

-56

127

-40

Примечание. Объемная
доля, равная 1 млн-1, соответствует 1 10-4 %.

За результат анализа принимают
среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, относительное
расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение, равное 10 %.

Допускаемая относительная
суммарная погрешность результата анализа ± 25 % при доверительной вероятности Р
= 0,95.

ПРИЛОЖЕНИЕ
3.
(Введено дополнительно, Изм. № 4).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В
ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров
СССР от 26.05.78 № 1419

Изменение № 4 принято
Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации
(протокол № 8 от 12.10.95)

За принятие изменения
проголосовали:

Наименование
государства

Наименование
национального органа по стандартизации

Республика Беларусь

Госстандарт Беларуси

Республика Казахстан

Госстандарт Республики Казахстан

Республика Молдова

Молдовастандарт

Республика Таджикистан

Таджикгосстандарт

Республика Узбекистан

Узгосстандарт

Российская Федерация

Госстандарт России

Туркменистан

Главная государственная инспекция Туркменистана

Украина

Госстандарт Украины

2. ВЗАМЕН ГОСТ 5583-68

3. ССЫЛОЧНЫЕ
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на
который дана ссылка

Номер пункта,
приложения

ГОСТ 61-75

3.8.1

ГОСТ 1277-75

3.6.1

ГОСТ 1770-74

3.5.1

ГОСТ 3118-77

3.4.1 , 3.7.1

ГОСТ 3760-79

3.2.1 ; 3.4.1; 3.6.1

ГОСТ 3773-72

3.2.1 ; 3.4.1

ГОСТ 4107-78

3.5.1

ГОСТ 4201-79

3.5.1

ГОСТ 4232-74

3.8.1

ГОСТ 4233-77

3.7.1

ГОСТ 4328-77

3.5.1

ГОСТ 4517-87

3.5.1

ГОСТ 6709-72

3.2.1 ; 3.4.1; 3.5.1;
3.6.1;
3.8.1;
3.9.1

ГОСТ 9293-74

Приложение 1

ГОСТ 10157-79

Приложение 1

ГОСТ 10163-76

3.8.1

ГОСТ 12026-76

3.9.1

ГОСТ 13320-81

3.2.3 ; 3.4.4

ГОСТ 18300-87

3.7.1

ГОСТ 18954-73

3.1.2 ; 3.5.1

ГОСТ 19433-88

4.1

ГОСТ 25336-82

3.5.1

ГОСТ 26460-85

4.1

ГОСТ 29227-91

3.5.1

ГОСТ 29251-91

3.5.1

4. Ограничение срока действия
снято по протоколу № 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации,
метрологии и сертификации (ИУС 4-94)

5.
ПЕРЕИЗДАНИЕ (июнь 1998 г.) с Изменениями № 1, 2, 3, 4, утвержденными в мае 1984
г., марте 1985 г., марте 1989 г., апреле 1996 г. (ИУС 8-84, 6-85, 6-89, 7-96)

СОДЕРЖАНИЕ

1. Технические требования . 1

2. правила
приемки . 2

3. Методы анализа . 3

4. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение . 9

5. Гарантии изготовителя . 9

6. Требования безопасности . 10

Приложение 1 Определение
объемной доли водорода в кислороде, получаемом электролизом воды,
хроматографическим методом .. 10

Приложение 2 Расчет
объема газообразного кислорода в баллоне . 11

Приложение 3 Определение объемной доли водяных паров конденсационным
методом .. 12

Расчет объема газообразного кислорода в баллоне

1. Объем газообразного
кислорода в баллоне (V) в кубических метрах при нормальных условиях
вычисляют по формуле

V = K1·V б ,

где V б —   вместимость баллона, дм3. В расчетах принимают среднюю статистическую
величину вместимости баллонов не менее чем из 100 шт.;

K 1 —    коэффициент
для определения объема кислорода в баллоне при нормальных условиях, вычисляемый
по формуле

где Р — давление газа в баллоне, измеренное
манометром, кгс/см2;

0,968 — коэффициент для пересчета технических
атмосфер (кгс/см2) в физические;

t —
температура газа в баллоне, °С;

Z —
коэффициент сжигаемости кислорода при температуре t .

Значения коэффициента К1
приведены в таблице
4.

Таблица 4

Температура
газа в баллоне, °С

Значение коэффициента Ki при избыточном давлении, МПа (кгс/см2)

13,7 (140)

14,2 (145)

14,7 (150)

15,2 (155)

15,7 (160)

16,2 (165)

16,7 (170)

17,2 (175)

17,7 (180)

18,1 (185)

18,6 (190)

19,1 (195)

19,6 (200)

20,1 (205)

20,6 (210)

-50

0,232

0,242

0,251

0,260

0,269

0,278

0,286

0,296

0,303

0,311

0,319

0,327

0,335

0,342

0,349

-40

0,212

0,221

0,229

0,236

0,245

0,253

0,260

0,269

0,275

0,284

0,290

0,298

0,305

0,312

0,319

-35

0,203

0,211

0,219

0,226

0,234

0,242

0,249

0,257

0,264

0,272

0,278

0,286

0,293

0,299

0,306

-30

0,195

0,202

0,211

0,217

0,225

0,232

0,239

0,248

0,253

0,261

0,267

0,274

0,281

0,288

0,294

-25

0,188

0,195

0,202

0,209

0,217

0,223

0,230

0,238

0,243

0,251

0,257

0,264

0,270

0,277

0,283

-20

0,182

0,188

0,195

0,202

0,209

0,215

0,222

0,229

0,235

0,242

0,248

0,255

0,261

0,267

0,273

-15

0,176

0,182

0,189

0,196

0,202

0,208

0,215

0,221

0,227

0,234

0,240

0,246

0,252

0,258

0,263

-10

0,171

0,177

0,183

0,189

0,195

0,202

0,208

0,214

0,220

0,226

0,232

0,238

0,244

0,250

0,255

-5

0,165

0,172

0,178

0,184

0,190

0,195

0,202

0,207

0,213

0,219

0,225

0,231

0,236

0,242

0,247

0

0,161

0,167

0,172

0,179

0,184

0,190

0,196

0,201

0,207

0,213

0,219

0,224

0,229

0,235

0,240

5

0,157

0,162

0,168

0,174

0,179

0,185

0,190

0,196

0,201

0,207

0,212

0,217

0,223

0,228

0,233

10

0,153

0,158

0,163

0,169

0,174

0,180

0,185

0,191

0,196

0,201

0,206

0,211

0,217

0,222

0,227

15

0,149

0,154

0,159

0,165

0,170

0,175

0,180

0,186

0,191

0,196

0,201

0,206

0,211

0,216

0,221

20

0,145

0,150

0,156

0,160

0,166

0,171

0,176

0,181

0,186

0,191

0,196

0,201

0,206

0,211

0,215

25

0.142

0,147

0,152

0,157

0,162

0,167

0,172

0,177

0,182

0,186

0,191

0,196

0,201

0,206

0,210

30

0,139

0,143

0,148

0,153

0,158

0,163

0,168

0,173

0,177

0,182

0,187

0,192

0,196

0,201

0,206

35

0,136

0,140

0,145

0,150

0,154

0,159

0,164

0,169

0,173

0,178

0,182

0,187

0,192

0,196

0,201

40

0,133

0,137

0,142

0,147

0,151

0,156

0,160

0,165

0,170

0,174

0,178

0,183

0,188

0,192

0,196

50

0,127

0,132

0,136

0,141

0,145

0,149

0,154

0,158

0,163

0,167

0,171

0,175

0,180

0,184

0,188

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. (Измененная редакция, Изм.№ 3).

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий