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毒氣為什麼有毒——工業環境中有毒氣體的特性

工業環境中各種有毒氣體的特性在工業環境中會使用到或在過程中產生各種各樣的氣體,其中有許多有毒和易燃易爆氣體,對人體造成危害的風險很大。所以在工業環境中需要安裝固定式的氣體檢

工業環境中各種有毒氣體的特性

在工業環境中會使用到或在過程中產生各種各樣的氣體,其中有許多有毒和易燃易爆氣體,對人體造成危害的風險很大。所以在工業環境中需要安裝固定式的氣體檢測儀,在氣體泄露或者濃度超標的時候進行檢測、及時報警。工人在進入到可能會存在有毒有害氣體的空間是也需要配備便攜式氣體檢測儀,確保人身安全。使用氣體檢測儀可以避免許多中毒和爆炸事件,是一個非常有效且必要的防范措施。

那麼在不同的工業環境中都會有什麼有毒氣體呢?這些氣體對人體的危害又是什麼?

氨氣

NH3

相對密度: 0.59

氨氣是普通的堿性氣體。其密度大約為空氣的一半,並具有特征性氣味。氨氣的最高安全水平為25 ppm,但是其堿性使其很容易與酸性氣體和氯氣發生反應,並且如果大氣中有其它氣體存在,這種反應通常會掩蓋氨氣的存在。比如,如果氨氣與氯氣在大氣中的濃度相同,結果是產生大量氯化銨而不是兩種氣體。

氨氣是可燃性氣體,具有15%的爆炸下限。氨氣在世界各地廣泛生產以用於化肥、樹脂用尿素、炸藥和纖維(如尼龍)。氨氣還用作制冷劑氣體:這項應用隨著氟氯化碳的棄用而逐漸增加。另外一項應用是保持用氯氣和二氧化硫處理後的水的無菌狀態。

砷化氫

ASH3

相對密度: 2.7

砷化氫是一種無色可燃的劇毒氣體,具有大蒜或魚腥味,可在0.5 ppm或以上的濃度范圍內被探測到。因為砷化氫無刺激性,不會立即表現出癥狀,暴露在危險環境的人員可能不會意識到砷化氫的存在。砷化氫通常作為液態壓縮氣體裝於瓶中進行運輸。將含有砷雜質的金屬或原油礦石進行酸處理時,可產生砷化氫。砷化氫氣還用於半導體工業,作為微芯片上的沉積砷。

溴氣

Br2

相對密度: 5.5

溴氣用於制作多種用於工業和農業的化合物。溴氣還可用於制作渲蒸消毒劑、阻燃劑、凈化水化合物、燃料、藥物、消毒殺菌劑、攝影用的無機溴化物等等。在首選碘(由於其成本低很多)的有機合成物中,溴氣還被作為媒介使用。

溴還可用於制作溴化植物油,這種溴化植物油在許多柑橘味汽水飲料中用作乳化劑。

溴元素是一種強刺激劑,以濃縮形式出現在裸露的皮膚上會使皮膚產生令人疼痛的水泡,尤其是對粘膜的傷害更甚。即使低濃度的溴蒸汽(10 ppm以上)亦可影響呼吸,吸入大量的溴會嚴重損壞呼吸系統。

二氧化碳

CO2

相對密度: 1.53

盡管我們呼出二氧化碳,並且其在大氣中的濃度大約為400 ppm,但是其最大的安全水平為5000 ppm(0.5%)。二氧化碳產生於燃燒和釀造、蒸餾和其他發酵工藝過程中,同甲烷一樣,是垃圾填埋場內氣體以及污水處理沼氣的主要成分之一。CO2在釀造業中的危害顯著,主要是因為其比空氣重,並可在低處聚集。在擁擠、通風不良的地方有一定的危險,並且該問題常常會因為氧氣不足而更加嚴重。CO2還用於刺激植物生長,用於提高溫室中的正常二氧化碳水平。

二氧化碳無色無味,很難以ppm水平測量。紅外吸收是常用的探測技術。

一氧化碳

CO

相對密度: 0.97

一氧化碳,無色無味,是最常見的有毒氣體。與空氣密度相似的一氧化碳很容易與空氣混合並吸入。在傢庭環境中是著名的“沉默殺手”。

任何碳燃料未全部燃燒的場合,都可能產生一氧化碳。如,汽油和柴油發動機、煤炭、天然氣和石油鍋爐甚至是吸煙。由於煤炭的緩慢燃燒,一氧化碳還存在於煤礦中。

一氧化碳還被大量用作便宜的化學還原劑,比如,在鋼鐵生產和其他金屬冶煉以及熱處理過程中,以及與氫氣反應的甲醇生產過程中。

氯氣

Cl2

相對密度: 2.5

氯氣是一種有辛辣氣味、腐蝕性、綠色/黃色氣體。最常見的用途是傢庭用水的凈化和泳池水的凈化。氯氣用於制作含氯化合物,如聚氯乙烯,並用於漂白紙和織物。氯氣是一種非常重的氣體,很容易被大多數材料吸收。

氯氣的特性使其難以被探測(困難程度之高,即使是校準都需要特殊技術)。

科爾康環境抽樣裝置是一種可在氯氣存儲物中成功探測氯氣的有效方式,這種方式將最大程度減少所需探測儀的數量。

二氧化氯

ClO2

相對密度: 2.3

二氧化氯是一種紅黃色氣體,是氯氣的幾種已知氧化物之一。二氧化氯可自發地通過爆炸的方式分解成氯氣和氧氣。二氧化氯主要用於漂白木漿,還用於漂白面粉和水消毒。

二氧化氯還與臭氧一起用於水消毒以減少致癌物溴酸鹽的形成。

二氧化氯在許多工業水處理應用中作為殺蟲劑使用,包括冷卻塔、工藝水和食品處理。若吸入,二氧化氯氣體會刺激鼻子、喉嚨和肺部。

乙硼烷

B2H6

相對密度: 0.96

乙硼烷的氣味閾值在2ppm和4ppm之間,明顯高於0.1ppm的接觸限值。長期在工作中低水平接觸,可導致嗅覺疲勞和對乙硼烷刺激作用的麻木。

對於所有有毒氣體來說,其氣味不足以引發危險濃度警報。

乙硼烷比空氣更輕,在通風較差、密閉或低窪地區接觸乙硼烷可引起皮膚、呼吸道和眼部刺激。乙硼烷用於火箭推進劑,用作橡膠硫化劑、烴聚合用的催化劑、火焰速度加速劑和半導體生產中用的參雜劑。

環氧乙烷(ETO)

C2H4O

相對密度: 1.52

環氧乙烷在乙二醇的生產中用作媒介;還廣泛用於汽車冷卻劑和防凍劑。還用於食品和醫療用品的消毒。環氧乙烷是一種無色的可燃性氣體或具有些許甜味的冷藏液體。環氧乙烷可殺死細菌、黴菌和真菌,還可用於對可能被其他消毒技術(如依靠加熱的巴氏消毒法)損壞的物質進行消毒。另外,環氧乙烷還被廣泛用於醫療用品的消毒,如繃帶、縫合線和手術器具。

吸入環氧乙烷將對身體造成毒害。過度接觸的癥狀包括頭痛和頭暈,進而出現抽搐、驚厥和昏迷。吸入後幾小時內可導致肺部充水。

F2

相對密度: 1.3

氟原子和氟分子用於半導體生產和平板顯示器生產中的離子蝕刻。氟以百萬分之一的比例加入某些城市用水中可幫助防止蛀牙。

氟的化合物,包括氟化鈉,用於牙膏中以防止齲齒。氟是劇毒物必須小心處理,應嚴格防止接觸皮膚和眼睛。

氟是一種強氧化劑,可導致有機物、易燃物或其他可燃材料燃燒。

GeH4

相對密度: 2.65

鍺在空氣中燃燒生成GeO2和水。

鍺在半導體工業中通過金屬有機化合物氣相外延(MOVPE)進行鍺的外延生長或化學束外延。鍺是一種易燃、有毒、窒息性氣體。

氰化氫

HCN

相對密度: 0.94

氰化氫是一種知名毒藥,無色、甜香氣味,10 ppm的最大安全水平為15分鐘。主要工業用途是黃金精煉。

氯化氫

HCL

相對密度: 1.3

氯化氫是一種高度腐蝕性的有毒無色氣體,與水分接觸形成白色煙氣。這些煙霧由氯化氫溶於水時產生的鹽酸組成。氯化氫氣體和鹽酸在工業中很重要,尤其是在制藥、半導體、橡膠處理和制棉行業中。燃燒聚氯乙烯的垃圾焚燒爐中也會釋放氯化氫。吸入這些煙霧會導致咳嗽和窒息,鼻子、喉嚨和上呼吸道發炎,嚴重時導致死亡。

氟化氫

HF

相對密度: 0.92

氟化氫用於石油煉制、玻璃制造、鋁制作、鈦酸洗、石英提純和金屬表面處理。

氟化氫對眼睛、鼻子和皮膚有刺激作用。吸入大量的氟化氫會傷害肺、心臟和腎並最終導致死亡。同時還會燙傷眼睛和皮膚。

硫化氫

H2S

相對密度: 1.2

硫化氫因其臭雞蛋氣味而出名,小於0.1ppm的濃度即可被聞到。由於會麻痹嗅覺腺體,人員應禁止嗅觸高濃度(大於60 ppm)的硫化氫,接觸可導致瞬間麻痹。H2S比空氣略重,因此常在地面上1至1.5米或靠近潛在泄漏源處安裝固定探測器。

H2S通常在有機物的腐爛過程中產生,與油一起提煉(當油為酸的時候),並常常在隧道開挖過程中以及污水管道中出現。硫化氫是沼氣的成分之一,在污水處理廠、泵站、壓榨間、鍋爐房以及任何進行污水處理的地方都能發現大量的硫化氫。硫化氫有一定的工業用途並在其他行業(如纖維制造業)中作為副產品生產。

甲硫醇

CH3SH

相對密度: 1.66

硫醇加到天然氣(甲烷)中使得後者在泄漏情況下更容易被發現;天然氣在其原始狀態下無色無味。硫醇含有硫,具有類似爛白菜或臭雞蛋的強烈氣味。通過將硫醇加入到天然氣中,鍋爐、窯爐和熱水器中的任何泄漏都能很容易地探測到,並且無需昂貴的設備。

硫醇在工業的其他用途包括飛機燃料、藥品、牲畜飼料添加劑、化工廠、塑料行業和農藥。硫醇是一種可在人和動物的血液、大腦和其他器官中發現的自然物質。硫醇自然地出現在一些食品中,如一些堅果和奶酪中。硫醇比類似的硫化合物(H2S)具有更小的腐蝕性和毒副作用。

在北美,最大的推薦接觸水平是0.5ppm(國立職業安全與健康研究所NIOSH規定15分鐘限值)至10ppm(職業安全和健康署OSHA容許接觸限值)。

英國健康和安全執行局沒有設定工作場所的接觸限值。

一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮

N2O、NO、NO2

相對密度: 1.53、1.04、2.62

有三種氮氧化物。一氧化二氮(或笑氣)的長期接觸限值(根據文件EH40)為100 ppm。其沒有短期接觸限值。如果吸入時沒有呼吸到足夠的氧氣會導致死亡。吸入工業級別的一氧化二氮也很危險,因為其含有許多對人體有害的雜質。一氧化二氮是一種功效較弱的全身麻醉劑,在麻醉中不單獨使用。但是,由於其具有非常低的短期毒性並且是優良的鎮痛劑,通常在分娩過程中按照1:1的比例與氧氣混合使用,並在牙科手術中與急救藥物一起使用。

一氧化氮(現在的名字是一氧化氮)和二氧化氮是NOx的組成成分,並且和二氧化硫一樣是酸雨的罪魁禍首。這些氣體存在於大氣中的主要原因是汽車發動機和發電站中礦物燃料的燃燒。在排放中,一氧化氮占NOx的90%。但是,在大氣中,其與氧氣自然反應產生二氧化氮。一氧化氮是一種無色氣體,而二氧化氮是一種酸性、刺激氣味的棕色氣體。

臭氧

O3

相對密度: 1.6

臭氧是一種不穩定氣體,根據需要生產。在水處理中越來越多地取代氯氣。通過電化學的方法在較低的ppm水平下也可探測到臭氧。

光氣

COCl2

相對密度: 3.48

光氣是塑料、燃料和農藥生產中的一種主要工業化學品。還用於制藥業中。光氣可以是無色或呈白色至淡黃色雲狀。在較低濃度時,光氣具有像剛割下的幹草或青玉米一樣的好聞的氣味,但是所有接觸人員可能不會註意到它的氣味。在較高濃度時,其氣味可能很濃且不好聞。

對於所有有毒氣體來說,其氣味不足以引發危險濃度警報。

光氣比空氣重,因此在低窪地區更容易被發現。

光氣可損壞皮膚、眼睛、鼻子、喉嚨和肺。

磷化氫

PH3

相對密度: 1.2

磷化氫,有劇毒,因此其短期接觸限值僅為0.3 ppm。磷化氫氣體通過蒸薰防治蟲害。磷化氫還用於半導體工業。

矽烷

SiH4

相對密度: 1.3

矽烷在常溫下為氣體,可自燃,其在空氣中無需外部點火就能產生自燃。

矽烷用於一些工業和醫療應用中。比如,矽烷用作偶聯劑將玻璃纖維粘合到聚合物母體中用於穩定復合材料。應用包括防水劑、磚石/水泥密封劑和保護、塗鴉控制以及制造半導體和密封劑時在矽片上塗抹多矽膠層。對健康的影響包括頭痛、惡心,並主要對皮膚、眼睛和呼吸道有刺激作用。

二氧化硫

SO2

相對密度: 2.25

二氧化硫是一種無色且嗆人的氣體。燃燒硫和含有硫的材料(如石油和煤炭)可產生二氧化硫。其具有高度酸性,溶於水時產生硫酸。和氮氧化物一起是產生酸雨的原因。

在工業區域和靠近發電站的地方可發現SO2,其是許多工藝的原料。SO2在水處理中用於取代過量的氯氣,並且由於其殺菌特性,還用於食品工藝中。SO2是空氣的兩倍重,往往會下降到地面層,因此科爾康環境抽樣裝置在靠近地面的位置安裝探測器以確保在泄漏時快速探測到SO2。

註釋:三氧化硫S03出現在發電站排放物中。它不是氣體而是一種固體,很容易升華(也就是說,在加熱時從固態轉化到氣態)。

六氟化硫

SF6

相對密度: 5

SF6在電力行業中用作氣體絕緣介質,對於高壓斷路器、開關櫃和其他電氣設備具有很高的耐電流性。在壓力作用下的SF6氣體被用作氣體絕緣開關設備(GIS)中的絕緣體,因為其具有比空氣或幹燥氮氣高得多的絕緣強度。大多數分解產物可快速形成SF6,但是電弧放電或電暈可產生十氟化二硫(S2F10),這一種劇毒性氣體,毒性類似光氣。

SF6等離子體還在半導體工業中用作腐蝕劑,還用於鎂工業。還曾經在海洋學中成功用作示蹤劑以研究跨越等密度面的混合和空氣海氣交換。其還會在鋁的冶煉過程中釋放出來。

吸入SF6時,人們的聲音音調會急劇下降,因為在SF6中的聲音傳播速度大大低於其在空氣中的速度。其與一氧化氮有著類似作用。由於SF6比空氣重五倍,其能夠替換呼吸所需的氧氣。微量的有毒四氟化硫可對健康造成嚴重影響。

英國健康和安全執行局沒有設定1000ppm的8小時工作場所接觸限值。

揮發性有機化合物

VOC's

揮發性有機化合物(VOCs)從某些固體或液體中釋放出來。VOCs包括各種化學品,有些可能對身體健康具有短期和長期的不利影響。由於傢用清潔產品、殺蟲劑、建築材料、辦公設備如復印機和打印機、含有膠水和粘合機的圖形和工藝材料、永久性標記和攝影解決方案的排放,VOCs可能出現在傢庭或商業室內環境中。

燃料由有機化學物組成,使用燃料時,或在某些程度上說,在儲存燃料時,可釋放有機化合物。

對健康的影響包括刺激眼睛、鼻子和喉嚨、頭痛、協調障礙、惡心、損壞肝、腎和中樞神經系統。接觸VOCs的主要跡象或癥狀包括鼻子和喉嚨不舒服、頭痛和皮膚反應。

與其他污染物一樣,其對健康影響的程度和性質依賴於許多因素,包括暴露等級和時間。

普通VOCs為乙醛、乙炔、丙烯腈、丁二烯、二硫化碳、羰基硫化物、二甲基硫、乙醇、乙烯、甲醛、甲醇、甲基硫醇、甲苯、醋酸乙烯丙酮、苯、乙酸乙酯、甲、甲基乙基酮、四氯乙烯和氯乙烯。可使用PID感應器或在某些情況下用電化學感應器探測VOCs。

氟利昂

一般情況下,氟利昂是含有氯、氟和/或溴的碳化合物。由於具有高密度、低浮點、低粘度和低表面張力,氟利昂被廣泛用於工業中。此外,氟利昂容易液化,因此是制冷劑和溶劑的理想選擇。氟利昂被大量用作溶劑、推進劑、滅火器和泡沫劑。

氟利昂氣體用R數字分類。比如,R125是五氟乙烷(CHF2-CF3)。

氟利昂化合物包括含氯氟烴或CFCs。CFCs在工業中因其惰性而被廣泛使用,這正恰恰證明瞭其對於地球的危害。CFCs不會自然降解,因此,一旦被釋放,它們將存在大氣中消耗臭氧層。可使用半導體或紅外線傳感器探測氟利昂。

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