سوالات فشار جزئی اکسیژن با پاسخ تشریحی

سوالات فشار جزئی اکسیژن با پاسخ تشریحی

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 8

در این بخش 20 سوال فشار جزئی اکسیژن با پاسخ تشریحی پیوست شده است. در ابتدا با کلیاتی از فشار جزئی اکسیژن آشنا خواهیم شد.

تعریف فشار جزئی اکسیژن

فشار جزئی اکسیژن (Partial Pressure of Oxygen – pO₂) به بخشی از فشار کل اتمسفری گفته می‌شود که توسط مولکول‌های اکسیژن (O₂) ایجاد می‌گردد. در هوای خشک در سطح دریا، فشار کل اتمسفر ۷۶۰ میلی‌متر جیوه (mmHg) است که از آن حدود ۲۱% (یعنی ۱۶۰ mmHg) مربوط به اکسیژن می‌باشد. این مقدار با تغییر ارتفاع، دما، رطوبت و شرایط آب و هوایی دستخوش تغییر می‌شود.

در بهداشت حرفه‌ای و نمونه‌برداری از آلاینده‌های هوا، فشار جزئی اکسیژن نقشی حیاتی ایفا می‌کند، زیرا محیط‌های کاری ممکن است دچار کاهش اکسیژن (Oxygen Deficiency) یا افزایش آلاینده‌های جایگزین اکسیژن شوند که خطرات جدی برای سلامت و ایمنی کارگران ایجاد می‌نماید.

اهمیت فشار جزئی اکسیژن در نمونه‌برداری

۱. تشخیص محیط‌های با کمبود اکسیژن

بر اساس استانداردهای بهداشت حرفه‌ای (مانند OSHA، NIOSH و ACGIH)، حداقل فشار جزئی اکسیژن مجاز برای حضور انسان ۱۶۰ – ۱۹۸ میلی‌متر جیوه (معادل ۱۹.۵ تا ۲۱ درصد حجمی) است. در صورت کاهش فشار جزئی اکسیژن به کمتر از ۱۱۶ میلی‌متر جیوه (۱۵% حجمی)، علائمی مانند کاهش هوشیاری، افزایش ضربان قلب و اختلال در هماهنگی حرکات بروز می‌کند و در مقادیر کمتر از ۶۰ میلی‌متر جیوه (۸% حجمی)، مرگ در عرض چند دقیقه اتفاق می‌افتد.

علل کاهش فشار جزئی اکسیژن در محیط کار:

۲. اصلاح نتایج نمونه‌برداری با فشار جوی

در نمونه‌برداری از آلاینده‌ها با استفاده از دستگاه‌های نمونه‌بردار فعال (active samplers) مانند پمپ‌های شخصی، حجم هوای عبوری بر حسب شرایط محیطی واقعی (دما و فشار) محاسبه می‌شود. سپس برای مقایسه با حدود مجاز مواجهه (OELs) که معمولاً در شرایط استاندارد (۲۵°C و ۷۶۰ mmHg) بیان می‌شوند، حجم هوا باید به شرایط استاندارد تبدیل گردد.

رابطه تبدیل حجم هوا به شرایط استاندارد:

V_std = V_sampled × (P_amb / 760) × (298 / T_amb)

که در آن:

• Vstd​: حجم در شرایط استاندارد (لیتر)
• Vsampled​: حجم نمونه‌برداری شده در محل (لیتر)
• Pamb​: فشار اتمسفری محیط بر حسب mmHg
• Tamb​: دمای محیط بر حسب کلوین (درجه سانتیگراد + ۲۷۳)

نقش فشار جزئی اکسیژن در این رابطه: فشار جزئی اکسیژن مستقیماً با فشار کل اتمسفری (P_amb) رابطه دارد. در ارتفاعات بالا که فشار کل کاهش می‌یابد، فشار جزئی اکسیژن نیز کاهش می‌یابد و این موضوع باید در محاسبات نمونه‌برداری در نظر گرفته شود.

۳. تأثیر بر عملکرد تجهیزات نمونه‌برداری

• پمپ‌های نمونه‌بردار: در فشارهای پایین (ارتفاعات بالا)، راندمان پمپ‌ها کاهش می‌یابد و نرخ جریان (flow rate) دچار افت می‌شود. کالیبراسیون پمپ باید در همان فشار محیط نمونه‌برداری انجام شود.
• حسگرهای اکسیژن (O₂ sensors): سنسورهای الکتروشیمیایی و پارامغناطیسی برای اندازه‌گیری فشار جزئی اکسیژن طراحی شده‌اند و خروجی آنها به فشار کل اتمسفر وابسته است. در ارتفاعات باید از سنسورهایی با قابلیت جبران فشار خودکار استفاده کرد.

۴. ایمنی در فضاهای محصور (Confined Spaces)

در نمونه‌برداری از فضاهای محصور مانند مخازن، تانک‌ها، چاه‌ها و تونل‌ها، اندازه‌گیری فشار جزئی اکسیژن قبل از هر گونه نمونه‌برداری از آلاینده‌ها الزامی است. توالی استاندارد نمونه‌برداری در فضاهای محصور به شرح زیر است:

1. اندازه‌گیری اکسیژن: ابتدا باید اطمینان حاصل شود که pO₂ بین ۱۹.۵% تا ۲۳.۵% حجمی است.
2. اندازه‌گیری گازهای قابل اشتعال: مانند متان، هیدروژن، بخارات حلال‌ها.
3. اندازه‌گیری گازهای سمی: مانند CO، H₂S، SO₂، VOCها.

در صورت مشاهده کاهش اکسیژن (زیر ۱۹.۵%)، ورود به فضا بدون تجهیزات تنفسی هوای تازه (SCBA یا Supplied Air) ممنوع است و نمونه‌برداری باید از خارج فضا و با استفاده از پروب‌های از راه دور (remote sampling probes) انجام شود.

عوامل مؤثر بر فشار جزئی اکسیژن در محیط کار

روش‌های اندازه‌گیری فشار جزئی اکسیژن در نمونه‌برداری

1. سنسورهای الکتروشیمیایی (Electrochemical sensors):
   رایج‌ترین روش، دقت خوب، نیاز به کالیبراسیون با هوای تمیز (۲۰.۹% O₂).
2. سنسورهای پارامغناطیسی (Paramagnetic sensors):
   دقت بالا، عدم نیاز به تعویض الکترولیت، مناسب برای نمونه‌برداری طولانی مدت.
3. سنسورهای نوری (Optical sensors – fluorescence quenching):
   عدم مصرف اکسیژن در حین اندازه‌گیری، ایده‌آل برای فضاهای با حجم محدود.
4. تیوپ‌های رنگ سنج (Colorimetric detector tubes):
   روش سریع و ارزان برای تخمین تقریبی، دقت کمتر از روش‌های الکترونیکی.

نمونه سوال:

۱- غلظت اکسیژن هوا در ارتفاع ۱۲۰۰۰ فوتی از سطح دریا چند درصد تغییر می کند؟

فشار جزئی اکسیژن با افزایش ارتفاع کاهش می یابد ولی درصد اکسیژن هوا تغییر نکرده و هوا در هر ارتفاعی همچنان ۲۰.۹۴٪ اکسیژن خواهد داشت. سازمان OSHA محیط های با تراز اکسیژن کمتر از ۱۹.۵٪ حجمی را در گروه اتمسفرهای با کمبود اکسیژن طبقه بندی می کند. با توجه به این مثال چون واژه “درصد حجمی اکسیژن” نامفهوم است، از فشار جزئی اکسیژن در هوای تنفسی برای ارزیابی ریسک های تنفسی در محل های با کمبود اکسیژن استفاده می شود.

۲- فشار جزئی و درصد اکسیژن باقیمانده را در سطح دریا و در ارتفاعی با فشار بارومتریک ۶۸۲ mmHg محاسبه کنید؟

درصد اکسیژن هوا با افزایش یا کاهش ارتفاع تغییر نمی کند و هوا در هر ارتفاعی حاوی ۲۰.۹۴٪ اکسیژن است.

فشار جزئی اکسیژن در سطح دریا:

PO2 = 760 mmHg × 0.209476 = 159.202 mmHg

فشار جزئی اکسیژن در ارتفاع با فشار ۶۸۲ mmHg:

PO2 = 682 mmHg × 0.209476 = 142.863 mmHg

غلظت اکسیژن در ارتفاع با فشار بارومتریک ۶۸۲ mmHg:

C O2 = (142.863 / 159.202) × 100 = 89.737%

20.9476 × 0.89737 = 18.80%

فشار جزئی اکسیژن در این ارتفاع ۱۴۲.۸۶۳ mmHg است که سبب کاستن از فشار جزئی اکسیژن در خون و ایجاد خطر برای افراد مبتلا به آسم، آمفیزم و بیماری های مزمن انسدادی ریه با سابقه آنژین و بیماری عروق کرونر قلب خواهد بود. سکنه قلبی در افراد مستعد با مسافرت به مناطق مرتفع تشدید می شود. در کارگران سالم، ضربان قلب و نرخ تنفس به علت کاهش فشار اکسیژن در خون افزایش یافته و افراد تطابق نیافته خیلی زود از کار خسته می شوند.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ سوالات انتشار و نرخ انتشار آلاینده با پاسخ تشریحی

⇐ سوالات دانسیته و گازهای حامل با پاسخ تشریحی

⇐ سوالات آلودگی هوا با پاسخ تشریحی