Окружающий нас воздух, которым мы дышим, состоит не только из чистых газов, но и из пыли. Пыль представляет собой мельчайшие твердые частицы, способные находиться в течение некоторого времени в воздухе во взвешенном состоянии [1]. Главный источник загрязнений атмосферного воздуха — промышленные предприятия, многие из которых находятся в черте города [2]. При этом, атмосферная пыль оказывает вредное воздействие на организм человека и поэтому существуют некоторые, заложенные природой, защитные механизмы. Так, например, волосяной покров защищает кожу от вредного воздействия пыли, однако эта защита не абсолютна. Большее воздействие пыль оказывает на внутренние органы, поэтому на внезапно увеличенное присутствие пыли в воздухе (например, при порывах ветра с сухую погоду) человек задерживает дыхание, дышит через платок, чихает или кашляет. При вдыхании через рот большая часть пыли попадает в желудочно-кишечный тракт. В носовой полости человека осаждается в среднем около 50 % вдыхаемой пыли. При этом 10–30 % пыли, миновавшей носовую полость, отлагается в легких. Относительно крупные частицы пыли не приносят большой вред, т. к. организм человека способен постепенно выводить их. Однако мелкая пыль может привести к повреждениям легочной ткани. Поэтому крайне важно стараться избегать излишне запыленных мест, в том числе производственных помещений или тех, где редко проводится влажная уборка. Одним из средств защиты органов дыхания являются маски, в том числе медицинского назначения. Так, служба МЧС рекомендует во время сильной задымленности в городе использовать такие маски при выходе на улицу. Мы решили выяснить, какие размеры у частиц окружающей нас пыли и могут ли они преодолеть искусственный барьер в виде медицинской маски.
Для этого нам понадобились оптический (с цифровой насадкой) и атомно-силовой микроскопы (Nanoeducator-II). Классификация частиц пыли по размерам называется дисперсионным анализом [3,4]. Для того, чтобы правильно собрать взвешенную пыль для исследования, необходимо избежать влияния посторонних факторов (например, порывов ветра). Также для анализа состава пыли, собранной в различных местах, условия сбора должны быть одинаковыми [5]. Поэтому была собрана экспериментальная установка пылеулавливателя (аспиратора), схема которого приведена на рис. 1. Вентилятор подключался на 15 минут. На предметное стекло заранее наносился тонкий слой вяжущего вещества для фиксации частиц пыли. При исследовании в атомно-силовом микроскопе использовалось покровное стекло, также перед вентилятором ставилась ткань медицинской маски. После каждого эксперимента контейнер аспиратора тщательно чистился.
Рис. 1. Схема аспиратора для сбора пыли
Изучение структуры волокон маски показало (рис. 1-а), что среднее расстояние между ними равно 61 мкм. При этом данный параметр варьируется от 20 до 120 мкм. Т. е. чтобы преодолеть барьер многослойной маски частица пыли быть в диаметре не более 20–30 мкм.
Рис. 2. а- волокна маски, б — частицы пыли в оптическом микроскопе и в — атомно-силовом микроскопе
На рисунке 2-б показаны характерные частицы пыли, собранные в помещении (учебный класс). Измерения показали, что частицы имеют размеры 73 и 51 мкм в диаметре, поэтому при использовании маски эти частицы смогут преодолеть максимум один слой. Таким образом использование маски в помещении позволяет избежать проникновение крупной пыли в организм. Более крупные взвешенные частицы были собраны в спортзале, их линейные размеры превышают 80 мкм.
Исследования с помощью атомно-силового микроскопа показали, что частицы размером более 2–3 мкм успешно задерживаются слоями маски. На изображении (рис. 2-в) отчетливо различимы частицы пыли размером менее 500 нанометров, а также скопления частиц по 1–2 микрометра. Т. е. в воздухе, кроме достаточно крупных частиц, присутствуют мелкие, которые могут проходить сквозь волокон медицинской маски.
Таким образом исследования показали, что медицинская маска в качестве защиты от взвешенной пыли не всегда эффективна: крупные частицы легко задерживаются в её многослойной структуре, однако мелкодисперсная пыль (которая оказывает наибольшее воздействие на организм человека) может проникнуть в дыхательные пути. В связи с этим, при нахождении человека в помещениях с повышенным содержанием пыли необходимо использовать специальные, более сложные по своей конструкции, средства защиты.
Литература:
- Фетт В. Атмосферная пыль. — М.: Издательство иностранной литературы, 1961. — 336с.
- Шабанова С. В. Атмосфера промышленного предприятия, методы анализа и очистки: Методические указания к лабораторным и практическим занятиям. — Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. — 23 с.
- Ужов В. Н. Борьба с пылью в промышленности. — М.: Госхимиздат, 1962. — 184 с.
- Коузов П. А. Основы анализа дисперсионного состава промышленных пылей и измельченных материалов. — Л.: Химия, 1987. — 264 с.
- Алемасова А. С., Луговой К. С. Экологическая аналитическая химия. Учебное пособие. — Донецк: ДонНУ, 2010. — 271 с.
