Учебное пособие (для слушателей факультета охраны труда и студентов, изучающих эргономику и бжд) Автор составитель профессор Юрасова Т. И
| Вид материала | Учебное пособие |
- Учебное пособие (для слушателей факультета охраны труда) И. А. Арнаутова, 379.64kb.
- Рагимовым Робертом Рагимовичем Рецензент доцент, кандидат технических наук Стрелец, 461.77kb.
- Учебное пособие по курсу «управление банковским продуктом» Составитель: к э. н., доцент, 955.86kb.
- Учебное пособие по английскому языку для студентов экономистов. Автор-составитель Большакова, 15.76kb.
- Учебное пособие для студентов педагогических вузов Автор-составитель, 2925.54kb.
- Учебное пособие составитель Лауреат Государственной премии Российской Федерации в области, 11182.31kb.
- Учебное пособие совместно подготовлено к изданию преподавателями кафедры иностранных, 408.32kb.
- В. М. Агеев экономическая теория учебное пособие, 1438.84kb.
- Учебное пособие Научный редактор: доктор экономических наук, профессор В. В. Семененко, 2428.09kb.
- Учебное пособие предназначено для студентов университетов и педагогических вузов, изучающих, 42.93kb.
6.1. Фотоколориметрический метод
Этим методом можно по интенсивности окраски раствора установить концентрацию определяемого вещества в растворе. В основу метода положено свойство окрашенных растворов поглощать проходящий через него свет определенной длины волны.
Снижение интенсивности света при прохождении его через раствор тем больше, чем интенсивнее окрашен раствор и чем больше слой жидкости, через который он проходит.
Согласно закону Ламберта-Беера, между интенсивностью падающего и прошедшего через раствор света, концентрацией вещества и толщиной слоя раствора существует количественная зависимость, выражающаяся уравнением:
D = E c d, (2)
где D - оптическая плотность раствора;
E - коэффициент поглощения (экстинкции), который зависит от длины волны падающего света, природа растворенного вещества и температуры раствора и не зависит от концентрации раствора;
c - концентрация вещества в растворе;
d - толщина слоя раствора.
Из уравнения следует, что оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации вещества в растворе при постоянной толщине слоя раствора. Это является основным законом фотометрического анализа,
Для повышения чувствительности и точности колориметрических измерений необходимо через исследуемый раствор пропустить свет с возможно узкой областью спектра, длинами волн, которые соответствуют максимуму поглощения света исследуемым окрашенным раствором.
Фотоколориметрический метод анализа основан на измерении светопоглощения раствора с помощью фотоэлемента, превращающего световую энергию в электрическую. Приборы, на которых производят измерение светопоглощения окрашенными растворами с помощью фотоэлемента, называют фотоколориметрами. Например, фотоэлектрический колориметр ФЭК-56 позволяет проводить измерения светопоглощения в сравнительно широкой спектральной области от 313 до 630 мμ.
6.2. Спектрофотометрический метод
Спектрофотометрический метод анализа основан на измерении светопоглощения в предельно узкой области спектра, отвечающей максимуму поглощения анализируемого раствора. Метод позволяет определять концентрации смеси окрашенных веществ, имеющих максимум поглощения при различной длине волн, и обладает большей чувствительностью и точностью, чем фотоколориметрический метод. Спектрофотометрический метод анализа применим для измерения светопоглощения в различных областях видимого спектра, а также в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра, что значительно расширяет аналитические возможности. Известно, что фотоколориметрический метод применим только для анализа окрашенных растворов. Бесцветные растворы в видимой области спектра имеют незначительный коэффициент поглощения, вследствие чего колориметрирование их невозможно. Однако многие бесцветные и слабоокрашенные соединения (особенно органические) обладают характерными полосами поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, определяющих их. В ультрафиолетовой области можно проводить количественное определение даже четырех компонентов.
Количественный метод спектрофотометрического анализа основан на законе Дамберта-Бера. Для проведения спектрофотометрических измерений применяют спектрофотометр СФ-4, выпускаемый отечественной промышленностью и более поздние модели. Спектрофотометр СФ-4 предназначен для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности жидких и твердых веществ со спектрами поглощения в области от 220 до 1100 мμ.
6.3. Турбидиметрический и нефелометрический методы
В основе турбидиметрического и нефелометрического методов анализа лежит измерение количества света, поглощенного или рассеянного взвешенными в растворе частицами. Эти методы применимы лишь в тех случаях, когда образующаяся взвесь обладает малой растворимостью и достаточной стабильностью.
Необходимым условием применения турбидиметрического и нефелометрического методов анализа является воспроизводимость оптических свойств суспензий, которая зависит от условий их образования: изменение способа добавления осадителя, температуры раствора, рН раствора, времени образования мути, наличия защитного коллоида я др.
Турбидиметрическое определение степени мутности раствора основано на измерении количества света, поглощенного суспендированными в растворе частицами. По технике выполнения турбидиметрическое определение не отличается от колориметрического. Степень мутности можно измерить визуально, путем сравнения со стандартной шкалой. При освещении раствора с суспензированными частицами лампой дневного света чувствительность значительно повышается.
Нефелометрическое определение степени мутности раствора основано на явлении Тиндаля - рассеянии света твердыми частицами раствора. В нефелометрии оценка мутности раствора проводится путем измерения количества света, рассеянного взвешенными в растворе частицами.
Измерение светопоглощения мутными растворами можно производить фотоэлектрическим методом таким же образом, как и фотоколориметрические измерения. Конструктивно фотонефелометры отличаются от фотоколориметров тем, что фотоэлемент помещают не по пути светового потока, а перпендикулярно к нему, при этом величина фототока будет зависеть от интенсивности рассеянного света частицами вещества, находящегося в растворе.
Для измерения оптической плотности мутных растворов применяют универсальный фотоэлектрический микроколориметр – нефелометр ФЭК-Н-54 и приборы других моделей.
6.4. Люминесцентный метод
Люминесцентный метод анализа основан на способности некоторых веществ отдавать в виде светового излучения поглощенную ими энергию.
Для того, чтобы вещество люминесцировало, его необходимо возбудить. При этом, с точки зрения современного строения вещества, молекулы или ионы при поглощении избыточного количества энергии переходят с нормального нижнего энергетического уровня на один из возможных верхних уровней. Такое состояние является неустойчивым, и если возбужденная частица достаточно изолирована от внешних влияний, то по истечении некоторого отрезка времени (10-9 + 10-3 сек.) частица самопроизвольно переходит на нормальный или один аз нижних энергетических уровней. Освободившаяся при этом энергия излучается в виде света.
Люминесценция может быть вызвана различными источниками: катодным излучением, радиоактивным излучением (α, β, γ, рентгеновским) и др. Свечение, возникающее под действием лучистой энергии - видимого и ультрафиолетового диапазона спектра, называют фотолюминесценцией.
По продолжительности послесвечения различают две группы фотолюминисенции:
• флуоресценцию, когда послесвечение при визуальном наблюдении практически прекращается по окончании возбуждения;
• фосфоресценцию, когда излучение продолжается в течение определенного времени после возбуждения.
Наибольшее применение в аналитической практике нашел флуоресцентный метод анализа.
Основные закономерности и факторы, влияющие на флуоресценцию веществ в растворе:
1. Спектр излучения и его максимум смещены по сравнению со спектром поглощения в сторону длинноволнового конца спектра (закон Стокса). Так, при возбуждении свечения ультрафиолетовыми лучами флуоресценцию наблюдают в видимой области спектра или в ультрафиолетовой, но с большей длиной волны.
2. «Выход флуоресцентного излучения», то есть отношение излучаемой энергии к энергии поглощенной, зависит от концентрации флуоресцирующего вещества. В определенном интервале концентраций порядка от 10-4 до 10-5 г/мл или меньше интенсивность флуоресценции вещества в растворе пропорциональна концентрации флуоресцирующего вещества в растворе. При больших концентрациях эта зависимость нарушается и интенсивность свечения может снижаться, наступает «концентрационное тушение», или «гашение» флуоресценции.
3. Интенсивность флуоресценции может снижаться от присутствия в растворе посторонних веществ, как органических, так и неорганических. Повышение температуры выше определенного предела в некоторых случаях приводит к тушению флуоресценции.
4. Интенсивность флуоресценции существенно зависит от рН раствора, применяемого растворителя, вязкости среды, степени дисперсности вещества и ряда других факторов. Все эти факторы учитывают при проведении флуоресцентного анализа.
Количественный флуоресцентный метод анализа основан на определении концентрации искомого вещества по интенсивности флуоресценции раствора. В некоторых случаях проводят измерение интенсивности флуоресценции твердых сплавов искомого вещества с соответствующими солями.
Для оценки интенсивности флуоресценции пользуются визуальным и объективным методами. Возбуждение флуоресценции производят главным образом ближним ультрафиолетовым излучением (315-400 мμ).
В практике промышленно-санитарного анализа нашел применение количественный метод, основанный на визуальном измерении интенсивности флуоресценции анализируемого раствора путем сравнения со стандартной шкалой.
Для объективного определения интенсивности флуоресценции используют специальные приборы – флуориметры.
6.5. Хроматографический метод
Хроматографический метод является в настоящее время одним из распространенных физико-химических способов разделения сложных смесей. Основоположником хроматографического адсорбционного анализа является русский ученый - биохимик и ботаник М.С. Цвет.
Различают адсорбционную, ионообменную и распределительную хроматографию для жидких и газовых смесей анализируемых веществ.
а. Адсорбционная хроматография
Адсорбционная хроматография основана на избирательной адсорбии (поглощении) одного али нескольких компонентов из жидкой или газовой смеси соответствующими сорбентами, помещенными в колонку. При этом наиболее хорошо сорбируемые вещества задерживаются в верхних слоях сорбента, менее сорбируемые располагаются ниже и совсем не сорбирующиеся при данных условиях вещества проходят сквозь сорбант. При промывании колонки соответствующим растворителем, ниже расположенные зоны десорбируются быстрее, чем расположенные выше. Таким образом, в приемник можно поочередно собирать чистые компоненты анализируемой смеси.
При графическом изображении процесса вымывания выходные кривые имеют максимумы. Количество их соответствует количеству компонентов в анализируемой смеси, а площадь, ограниченная кривой, отражает количественное содержание каждого компонента (концентрацию компонента). Если зоны каждого компонента хорошо обособлены, то для каждой зоны на выходной кривой получаем максимум, а между соседними максимумами - минимум, почти доходящий до нуля. Если зоны хроматограммы взаимно накладываются, то максимумы на выходной кривой не резко отличаются друг от друга.
В качестве сорбентов применяют активированный уголь, силикагель, окись алюминия, окись кальция и др. Величина сорбции, например, для гомологического ряда углеводородов повышается с увеличением молекулярного веса, а также с увеличением количества двойных связей в соединениях. При повышении температуры величина сорбции уменьшается поэтому, меняя температуру, можно изменять режим сорбции в широких пределах.
Большое значение имеет выбор проявителя. В случае жидкостной хроматографии растворитель должен сорбироваться хуже, чем любое из разделяемых веществ. При газовой хроматографии в качестве проявителя применяют хроматографически индифферентный газ - воздух, азот, гелий, углекислый газ и др.
Для фиксации выходящих компонентов применяют главным образом термохимические детекторы, основанные на измерении их теплопроводности и теплоты горения. Детекторы этого типа не чувствительны для определения малых количеств исследуемых веществ. Высокой чувствительностью отличаются ионизационные счетчики, принцип действия которых основан на различных потенциалах ионизации разных молекул. Идентификация разделенных веществ может быть основана на инфракрасной спектрометрии, методе масс-спектрометрии и т.д.
б. Ионообменная хроматография
Ионообменная хроматография отличается от адсорбционной тем, что на ионитах одновременно с сорбцией одного иона из раствора происходит десорбция другого иона, ранее связанного с сорбентом. Обмениваться между раствором и сорбентом могут одноименные ионы, то есть одинаково заряженные. Вследствие этого различают процесса анионного и катионного обмена. Иониты, на которых протекает процесс катионного обмена, называют катионитами, при процессе анионного обмена - анионитами.
В качестве ионитов применяют главным образом фенольно-формальдегидные синтетические смолы, представляющие по своей химической природе кислоты - катиониты и основания - аниониты.
Активными группами катионитов являются кислотные группы. Наиболее важные катиониты содержат сульфогруппы SO3H, которые диссоциируют даже в кислой среде. В некоторых случаях используют также иониты слабокислотного типа, например смолы, содержащие карбоксильные СООНгруппы. В реакциях обмена во всех случаях участвует водород функциональной группы. Реакция ионного обмена обратима, на чем основана способность катионита регенерироваться при обработке кислотами.
Аниониты можно рассматривать как высокомолекулярные нерастворимые основания или как соли таких оснований. Активными группами таких анионитов являются аминогруппы NH2, NHR, NHR2 или четвертичные аммониевые группы NR3. В реакциях обмена анионитов обычно участвуют гидроксильные группы амаониевых оснований.
Регенерируются аниониты обычно слабым раствором щелочи.
в. Распределительная хроматография
Распределительная хроматография основана на различии в величине коэффициента распределения компонентов разделяемой смеси между двумя несмешивающимися растворителями - неподвижным и подвижным.
В жидкостной распределительной хроматографии неподвижным растворителем пропитывают сорбент и после внесения анализируемой смеси в колонку наливают растворитель - подвижную фазу. В силу различной растворимости компоненты смеси переходят из одного растворителя в другой с различной скоростью. Подвижный растворитель, двигаясь вдоль сорбента, вымывает отдельные компоненты смеси. В данном случае сорбент служит только в качестве носителя растворителя. Основное требование при распределительной хроматографии состоит в том, чтобы разделяемые компоненты достаточно хорошо растворялись в двух несмешивающихся растворителям. Скорость движения компонентов смеси в распределительной хроматографии характеризуется отношением их скорости к скорости движения подвижного растворителя.
По технике выполнения колоночная распределитетельная хроматография не отличается от адсорбционной.
Для разделения сложных смесей газов и паров широкое применение нашла газожидкостная распределительная хроматография. В данном случае в качестве подвитого растворителя применяют инертный газ, в качестве неподвижной фазы - нелетучие и устойчивые при температуре колонки высокомолекулярные органические соединения - вазелиновое масло, трикрезилфосфат, дибутилфталат, динонилфталат, силиконовые масла и др. Неподвижный растворитель наносят на твердый инертный носитель - диатомит, стекло, кизельгур путем непосредственного смешения с носителем или его эфирным раствором. Толщина жидкой пленки не должна превышать 10-3 мм. Сорбент помещают в. соответствующие хроматографические колонки, которые изготовляют в виде U -образных трубок или змеевиков разной длины - от 40 см до нескольких метров.
Эффективность разделения до известного предела пропорциональна длине колонки.
Разделение газовой смеси можно производить при постоянной и переменной температуре хроматографической колонки. Для наиболее эффективного разделения необходимо, чтобы температура колонки была близка к температуре кипения наиболее летучего компонента смеси.
Одной из разновидностей распределительной хроматографии является хроматография на бумаге. Распределительная бумажная хроматография основана также на различии в коэффициентах распределения компонентов смеси между двумя несмешивающимися жидкими фазами. При этом одна из фаз - органический растворитель - подвижная фаза просачивается по порам бумаги, другая фаза - неподвижный растворитель - вода адсорбируется бумагой.
Хроматографические методы, за исключением бумажной хроматографии, осуществляются в настоящее время на приборах, которые носят название хроматографов. Из отечественных хроматографов широкое распространение получили различные хроматографы марки «цвет». Чувствительность хроматографических методов с наиболее чувствительными детекторами достигает 10-10 %.
6.6. Полярографический метод
Полярографический метод анализа основан на измерении предельного тока диффузии, возникающего при электролизе раствора с помощью ртутных или других электродов.
Исследуемый раствор подвергается электролизу при непрерывно изменяющемся напряжении. При наличии в растворе ионов, способных восстанавливаться или окисляться при определенном потенциале, в момент их разряжения на электроде возникает определенная сила тока. Для измерения силы тока в электрическую систему включает чувствительный гальванометр.
При графическом изображении процесса электролиза, откладывая на оси абсцисс ЭДС, подаваемую для электролиза, а по оси ординат силу тока, возникающую при достижении потенциала восстановления или окисления вещества, получаем кривую зависимости силы тока от напряжения, или полярограмму. В момент выделения вещества сила тока возрастает, кривая круто поднимается вверх и при достижении предельного тока диффузии вновь, как и в случае отсутствия ионов в растворе, идет почти параллельно оси абсцисс. Подъем кривой между потенциалами выделения и достижения предельного тока называется полярографической волной. При одновременном присутствии в растворе нескольких ионов или молекул с различными потенциалами восстановления или окисления на подпрограмме получается несколько волн. При этом кривая имеет многоступенчатый вид. Местоположение каждой ступени волны, отвечающее потенциалу выделения того или иного иона или молекулы, характеризует качественный состав раствора, а высота полярографической волны определяет концентрацию вещества в растворе.
Таким образом, по полученной полярограмме можно установить качественный и количественный состав исследуемого раствора.
Осуществляется полярографический метод с помощью полярографов визуальных, регистрирующих полярограмму на фотопленку или самопишущих.
6.7. Спектроскопический метод
Эмиссионный спектральный метод основан на изучения химического состава вещества по спектру, излучаемому атомами элемента.
Излучение световой энергии происходит за счет изменения внутриатомной анергии, обусловленной взаимным расположением ядра атома и окружающих его электронов. Атомы обладают только определённым запасом внутренней энергии. При нормальном состоянии атома электроны его внешней оболочки находятся на орбите, расположенной ближе к ядру. Атом при этом обладает минимальной энергией и не излучает света. Если атому сообщить извне некоторую энергию, то электроны переходят на более удаленный от ядра энергетический уровень или совсем удаляются из поля действия ядра атома; в последнем случае атом переходит в положительно заряженный ион. Электрон на более удаленном от ядра энергетическом уровне находится в неустойчивом, возбужденном состоянии и по истечении некоторого времени порядка 10-8 секунды он самопроизвольно возвращается на нормальный или какой-либо промежуточный уровень. Освобождающийся при этом избыток энергии выделяется в виде лучистой энергии.
Энергия, необходимая для возбуждения атома, называется потенциалом возбуждения и измеряется в вольтах. Каждый элемент имеет свой потенциал возбуждения и потенциал ионизации. Переходу электрона из одного энергетического уровня на более низкий уровень соответствует одна спектральная линия определенной длины волны и частоты колебаний.
Так как одновременно излучают свет множество атомов одного и того же элемента, соответствующих переходу электронов на различные энергетические уровни, то получается спектр данного элемента. Спектральные линии, возникающие при переходе электрона на один и тот же энергетический уровень, составляют серию спектральных линий. Каждому атому в зависимости от его строения соответствуют характерные для него спектральные серии и спектральные линии. На этом свойстве атомов элемента основан качественный спектральный анализ.
В практике спектрального анализа применяют главным образом термическое возбуждение атома. Чтобы произвести возбуждение атома, необходима определенная температура - для некоторых элементов порядка от 2000° до 3000°, для других от 7000° до 10000°. В качестве источника возбуждения нашли применение пламя, электрическая дуга и различные виды высокочастотной искры: температура пламени около 2000°, температура дуги – от 4000° до 6000°, а температура искры -8000°.
В зависимости от применяемого источника возбуждения различают дуговой и искровой спектры. Дуговой спектр обусловлен излучением нейтральными атомами элемента, искровой - излучением ионизированными атомами.
Однако в большинстве случаев независимо от источника возбуждения в спектре имеются те и другие линии. Различие заключается лишь в большем количестве тех или иных линий и в большей их интенсивности.
По способу наблюдения спектра спектральные аппараты разделяются на спектроскопы, в которых спектр наблюдают визуально через окуляр, и спектрографы, в которых спектр регистрируют фотографически и фотоэлектрически.
а. Качественный спектральный анализ
Качественный спектральный анализ основан на установлении наличия характерных спектральных линий для данного исследуемого элемента путем точного определения длины волны этих линий. Спектры каждого элемента состоят из целого ряда линий, интенсивность которых эквивалентна содержанию данного элемента в пробе.
Для расшифровки спектральных линий анализируемого элемента в необходимо найти длину их волны. В практике для этой цели широко используют спектр железа, который фиксирует рядом с анализируемой пробой. Пользуясь известным спектром железа, устанавливают длину волны анализируемой спектральной линии, которая с уменьшением концентрации, исчезает последней (чувствительные линии). Далее при помощи таблицы спектральных линий устанавливают, каким элементам может принадлежать данная спектральная линия. Для окончательной расшифровки необходимо на спектрограмме отыскать несколько характерных линий для предполагаемого элемента, пользуясь таблицей чувствительных линий элементов.
б. Количественный спектральный анализ
В основе количественного спектрального анализа лежит зависимость между интенсивностью спектральных линий каждого элемента.
Абсолютная интенсивность спектральных линий зависит не только от концентрации, но и от ряда других факторов, зависящих, например, от условий возбуждения спектра. В связи с этим принято производить измерение не абсолютной интенсивности спектральных линий, относительной интенсивности двух линий, из которых одна является линией определенного элемента, а другая – линей элемента сравнения. Элемент сравнения, или внутренний стандарт, вводят в анализируемую пробу и стандартные эталоны в строго определенных количествах.
Измерение интенсивности линии можно производить, например, методом фотометрирования, то есть измерения интенсивности почернения спектральных линий.
6.8. Экспрессные методы
Методы определения вредных веществ в воздухе складываются из отбора пробы воздуха на производстве и ее анализа в лабораторных условиях одним или несколькими из вышеописанных методов. Это требует значительной затраты времени. В ряде случаев необходимо быстрое решение вопроса о степени загрязнения воздушной среды производственного помещения. С этой целью для определения содержания вредных веществ в воздухе разработаны экспрессные метода, позволяющие с достаточной точностью непосредственно в обследуемом производственном помещении определить их концентрацию.
В основе экспрессных методов в большинстве случаев лежат быстро протекающие цветные реакции. Для увеличения чувствительности метода применяют небольшие объемы поглотительной жидкости или твердые носители, пропитанные индикатором. При пользовании жидкими поглотительными растворами исследуемое вещество поглощают непосредственно в реактивный раствор до получения отчетливой реакции, реже реактивы вводят в поглотительный раствор после отбора пробы воздуха. В качестве твердых носителей применяют мелко-зернистый силикагель, фарфоровый порошок, а также фильтровальную бумагу. Определение проводят по заранее приготовленной серии окрашенных эталонов - колориметрический метод или по длине окрашенного столбика индикаторной трубки - линейно-колористический метод. Последний осуществляется с помощью универсального газового анализатора УГ-2.
7. Метеорологические условия на производстве (микроклимат Производственных помещений)
Метеорологические условия на производстве характеризуются температурой воздушной среды, влажностью, подвижностью воздуха и атмосферным давлением. Особое место занимает тепловое излучение (инфракрасное), исходящее от нагретых материалов, поверхностей оборудования. Все эти параметры оказывают большое влияние на здоровье человека и производительность труда.
Температура воздушной среды обусловливается:
1). Технологическим оборудованием (плавильные, обжигательные, нагревательные, сушильные печи, паровые котлы, паропроводы и т.д.).
2). Нагретыми до высокой температуры обрабатываемыми материалами (расплавленный металл, стекло, поковки, слитки и т.п).
3). Выделением тепла при экзотермических химических реакциях.
4). Переходом в теплоту электрической и механической энергии движущихся станков и механизмов.
5). Нагревом помещений прямыми солнечными лучами, особенно летом и в южных районах и т.д.
Тепловыделения от этих источников часто настолько велики, что превышает тепло потери через наружные ограждения зданий и обусловливают высокую температуру воздуха производственных помещений. В соответствии с СН 245-71 (Нормы проектирования промышленных зданий) тепловыделения, не превышающие 20 ккал/(м2 час) PH3. считаются незначительными, и такие производственные помещения считаются холодными цехами, а те цеха, в которых тепловыделения превышают 20 ккал/(м2 час) - горячими.
На ряде производств высокая температура воздушной среды сочетается с повышенной влажностью (красильные цеха текстильной промышленности, бумажная промышленность и т.д.).
На других производствах технология требует пониженных температур (морозильники, бродильные отделения пивоваренных заводов и т.д.). Часто работы проводятся на открытом воздухе в зимнее время (строительные работы, открытая добыча угля и полезных ископаемых и т.д.).
Температура на производстве измеряется классическими термометрами (спиртовыми и ртутными) и электронными термометрами.
Важной особенностью производственного микроклимата является инфракрасное излучение. Это электромагнитное излучение с λ от 0,76 мк до 1 мм и является функцией теплового состояния источника излучения. Инфракрасное излучение подчиняется следующим законам:
а. Лучеиспускание зависит только от излучающего тела и не зависит от окружающей среды.
б. С повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4 ой степени абсолютной температуры.
Закон Стефана Больцмана
Е = К Т 4 , (3)
где Е - мощность излучения;
К - константа = 1,38 • 10 -12
Произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения с максимальной энергией λmax есть величина постоянная ( I Закон Вина)
λ maxТ = К ( К = 2960, если λmax в мк) (4)
Спектр инфракрасного излучения тела человека лежит в пределах от 2,5 до 25 мк с λmax 9,4 мк.
Наряду со спектральной характеристикой ИК излучения важна и его интенсивность, которая измеряется кал/(см2 мин) или ккал/(м2 час). На рабочих местах эта величина колеблется от 0,1 до 18 кал/(см2 мин). По мере удаления рабочего места от источника излучения эта величина уменьшается. Так тепловой эффект от прямого солнечного излучения по поверхности земли не превышает 1,5 кал/(см2 мин).
Тепловой эффект измеряется актинометрами.
Влажность воздуха производственных помещений тоже зависит от производственных процессов (красильные цеха, гальванические цеха и т.д.). Есть цеха, где влажность поддерживается искусственно. Влажность воздуха характеризуется относительной влажностью - процент насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения и определяется отношением абсолютной влажности к максимальной, выраженной в процентах (%).
Абсолютная влажность определяется количеством водяных паров в граммах в 1 м3 воздуха при данной температуре.
Максимальная влажность - количество водяных паров в граммах, необходимое для полного насыщения 1 м3 воздуха при данной температуре.
Высокая температура воздуха переносится организмом легче при низкой, относительной влажности. Это способствует потоотделению. Однако, чрезмерно сухой воздух (низкая относительная влажность) оказывает иссушающее действие на слизистые оболочки носа, глотки и рта (образуются трещины в слизистых оболочках, которые потом инфицируются).
Относительная влажность измеряется аспирационными психрометрами, гигрометрами и электронными психрометрами.
Подвижность воздуха определяется скоростью его движения. Этот параметр характеризующий микроклимат влияет на теплообъем организма. При высоких температурах перемещение воздуха облегчает процесс терморегуляции. Так, например, в жаркое время года ветер способствует освобождению организма от излишков тепла. Наоборот, при низких температурах большая подвижность воздуха является неблагоприятным фактором, приводящим к переохлаждению. Известно, что мороз в тихую погоду переносится легче, чем при сильном ветре.
Движение воздуха может быть использовано в качестве оздоровительного мероприятия при высокой температуре воздуха и при ИК излучении – «воздушные души».
Для некоторых цехов характерна недостаточная подвижность воздуха, создающая тягостное ощущение духоты (текстильная, швейная промышленность и др.).
Последнее время, начиная с 1994 г. при определении характеристик микроклимата производственных помещений используется индекс тепловой нагрузки среды (ТНС-индекс).
Индекс тепловой нагрузки среды является эмпирическим показателем, характеризующим сочетанное действие на организм человека параметров микроклимата (температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и теплового облучения).
ТНС-индекс определяется на основе величин температуры влажного термометра аспирационного психрометра (tвл) и температуры внутри зачерненного шара (tш).
ТНС-индекс рассчитывается по уравнению:
ТНС-индекс рекомендуется использовать для интегральной оценки тепловой нагрузки на рабочих местах, на которых скорость движения воздуха не превышает о,6 м/с, а интенсивность теплового облучения – 1200 Вт/м2.
Значения ТНС-индекса не должны выходить за пределы величин, рекомендуемых в табл. 6.
Рекомендуемые величины интегрального показателя тепловой нагрузки среды (ТНС-индекса) для профилактики перегревания организма.
Атмосферное давление также может влиять на самочувствие и здоровье человека.
На поверхности (равнине) земли колебания атмосферного давления незначительны, они связаны с условиями погоды и не превышают ± (от 10 до 30) мм рт. ст. относительно 760 мм рт. ст. Эти изменения давления в сторону повышения и понижения могут привести к нарушениям в организме человека. Например, при понижении атмосферного давления может развиться высотная болезнь. Она ярко выражена при быстром подъеме на высоту (у летчиков, альпинистов (выражается в кислородном голодании тканей).
С повышением атмосферного давления человек сталкивается при строительстве глубоких туннелей, водолазных и др. работах. При быстром переходе из зоны повышенного давления в зону пониженного давления развивается кессонная болезнь (переобогащение крови азотом).
Атмосферное давление измеряется барометрами.
Таблица 6.
| Категория работ по уровню энергозатрат, Вт | Величины интегрального показателя, ˚С |
| Iа (до 139) | 22,2-26,4 |
| Iб (140-174) | 21,5-25,8 |
| IIа (175-232) | 20,5-25,1 |
| IIб (233-290) | 19,5-23,9 |
| III (более 290) | 18,0-21,8 |
7.1. Теплообмен между организмом