Проникание отравляющих веществ в противогазе

Отравляющие вещества могут проникать в противогаз в периоды вдохов, когда внутри противогаза образуется пониженное давление, т. е. приблизительно в течение 40% времени работы дыхательного прибора. Причинами проникания отравляющих веществ могут быть: подсос через неплотности прилегания лицевых частей или соединения разъемных деталей и диффузия через резиновые части противогаза. Подсос воздуха через неплотности прилегания или соединения может колебаться от нескольких см3/мин для удовлетворительно собранного и пригнанного противогаза до нескольких литров для плохо собранного и небрежно надетого прибора.

Скорость диффузии газов через резину в большинстве случаев подчиняется известному уравнению движения газов через полупроницаемые мембраны:

где N - число молей газа, диффундирующих в единицу времени; F — площадь резиновой детали  (например дыхательного мешка), через которую происходит диффузия; D — коэффициент диффузии, характеризующий пористую структуру полупроницаемой мембраны (в данном случае—резиновой пластины); с₁ и с₂ — концентрации или парциальные давления газа (в частности отравляющего вещества) по обе стороны резиновой пластины; L — толщина резины; Т — абсолютная температура, при которой диффундирует газ; М  - молекулярный вес диффундирующего газа.

Опыты показали, что при разрежении внутри изолирующего противогаза 60 мм вод. ст. диффузия воздуха или окиси углерода (их молекулярные веса близки — соответственно 28,8 и 28) через суммарную площадь резины (приблизительно 3000 см3) при 20° может доходить до 1,5 см3/мин, или 36 см3/час (учитывая, что разрежение в респираторе имеется в течение 40% времени его работы). Очевидно такая скорость диффузии могла бы представлять опасность лишь при работе в окружении 100% содержания сероводорода или окиси углерода.

При проникании небольших количеств отравленного воздуха в систему противогаза наибольшую опасность представляют те отравляющие примеси, которые, обладая сильным токсическим (отравляющим) действием, химически относительно мало активны. Так, например, сернистый газ, попадая в небольших количествах в систему противогаза и образуя серную кислоту, постепенно нейтрализуется, не причиняя особого вреда человеку.

В противоположность SО₂, окись углерода, попадая в организм и образуя карбоксигемоглобин, не претерпевает никаких дальнейших химических превращений и способна постепенно накапливаться в крови до состояния насыщения, соответствующего определенному парциальному давлению СО в отравленном воздухе.

Насыщение крови окисью углерода на 10% является предельно допустимым и уже способно вызвать одышку при сильном мускульном напряжении. Учитывая величину сродства СО к гемоглобину крови по сравнению с кислородом, можно определить соответствующую этой степени насыщения концентрацию окиси углерода в крови по формуле:

                   (44)

где С_СО— концентрация СО в воздухе в %, соответствующая определенному насыщению крови окисью углерода; К—насыщение крови окисью углерода в % карбокси-гемоглобина; СО₂ — концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе в %.

Для 10%-гo насыщения и концентрации O₂ = 21% концентрация СО во вдыхаемом воздухе должна быть равна 0,0072%, причем опыты показали, что это равновесие устанавливается лишь через несколько часов. В противогазе с концентрацией О₂ 60% ( что имеет место в изолирующих противогазах со сжатым кислородом) концентрация СО может быть допущена даже до 0,02%.

Таким образом, даже учитывая кумулятивное действие окиси углерода, допустимая ее концентрация в системе респиратора выше, чем допустимая концентрация окислов азота (0,004%) или сернистого газа—0,0005%.

Максимальные концентрации окиси углерода, зарегистрированные во время рудничных аварий, не превышали 2%. В угольных рудниках такие высокие концентрации SО₂ не зарегистрированы. По данным акад. Л. Л. Скочинского, концентрация сернистого газа может доходить до 3% при взрыве пыли богатых медных колчеданов.

Если исходить из средней вентиляции легких во время работы 30 л/мин, то допустимый подсос воздуха, отравленного сернистым газом, окажется равным:

здесь q  — допустимый подсос отравленного воздуха, см3/мин; Q — средняя вентиляция легких, см3/мин; С_в — допустимая концентрация SО₂ в противогазе, %; С_Н — максимальная возможная концентрация SО₂ в окружающем воздухе, %.

Степень герметичности изолирующих противогазов с большой площадью резиновых деталей и большим количеством соединений в настоящее время испытывается путем замера падения давления или разрежения внутри противогаза при избыточном давлении или давлении, пониженном на 100 мм вод. ст. Подсос или истечение воздуха из респиратора через неплотности или полупроницаемую среду связаны с давлением внутри противогаза уравнением:

                    (45)

где υ — объем противогаза по воздуху при нормальном давлении, см3; ΔР—падение при увеличение давлении, мм вод.в ст./мин. в результате подсоса или истечения q, см3,мин; Р — атмосферное давление, мм вод. ст.; р — избыточное давление или разрежение, мм вод. ст., регистрируемые при испытании противогаза при помощи водяного манометра.

Поэтому допустимое падение давления (при испытании давлением) или увеличение давления (при испытании разрежением) при допустимом подсосе 5 см3/мин для изолирующего противогаза объемом 7000 см3 будет:

По действующим нормам испытания противогазов допускается падение давления  или степени разрежения в 3 мм вод. ст. в первую минуту.

Испытание герметичности противогаза по величине перепада давления возможно лишь в отношении прибора, отключенного от органов дыхания человека. Проверка противогаза, приключенного к органам дыхания, при которой одновременно с плотностью сборки противогаза испытывается и степень герметичности прилегания лицевых частей, основывается на органолептическом методе, т. е. на определении скорости  возникновения раздражающего действия отравляющего вещества на органы обоняния, вкуса или зрения.

Если человека в противогазе поместить в камеру газоокуривания или специально приспособленную для испытания противогазов теплогазовую камеру, в которой поддерживается концентрация отравляющего вещества С, и если известна пороговая концентрация этого вещества С₁ (т. е. минимальная концентрация, определенно регистрируемая человеком), то средняя скорость подсоса в противогаз вещества, не вступающего в химическую реакцию в объеме противогаза или легких, может быть определена из соотношения:

где υ и w — соответственно объемы противогаза и легких, см3; t — время до регистрации испытуемым наличия запаха, вкуса или другого раздражающего действия отравляющего вещества.

В камерах газоокуривания часто используют для испытания противогазов на людях хлорпикрин (CCl3NO2); хлорпикрин трудно растворим в воде, разведенными щелочами и кислотами не разлагается. Пороговая концентрация — 0,00003 % (0,002 мг/л). При испарении 10 г хлорпикрина в камере объемом 50 м3 образуется концентрация отравляющего вещества 0,003%; если при этих условиях слезоточивое действие хлорпикрина проявится через 10 минут, это будет означать подсос воздуха в систему изолирующего противогаза объемом 7000 см3:

Рабочие фильтрующие противогазы с длительным временем защитного действия снабжаются таким количеством поглотителей, чтобы полностью устранить проскок отравляющих веществ через фильтрующие слои за все время защитного действия противогаза. Карманные фильтрующие противогазы — самоспасатели для горнорабочих — снабжаются минимально необходимым количеством поглотителя; поэтому через слои небольшой толщины при колебаниях вентиляции легких могут происходить небольшие проскоки отравляющего вещества. Предельно допустимыми концентрациями (в %) отравляющих веществ в системе противогаза при воздействии не больше 1 часа являются:

для окиси углерода...0.1
сероводорода............0.018
сернистого газа.........0,01
окислов азота........... 0,005

Поскольку такие концентрации могут образоваться как за счет неплотности прилегания лицевых частей и негерметичности сборки, так и за счет проскока через слои поглотителя, следует допускать проскок поглотителя в количестве не больше половины всегодо пустимого проскока; таким образом при испытании одних только фильтрующих коробок самоспасателей для них следует допускать проскок (в %) не выше следующих величин:

по окиси углерода.....0 05
сероводороду.............0,09
сернистому газу........0,005
окислам азота........... 0,0025.