پایش و تعیین سطح اکسیژن در شرایط اضطراری

پایش و تعیین سطح اکسیژن در شرایط اضطراری

مقدمه:

پس از pH، اکسیژن مهمترین چیزی است که باید در صحنه شرایط اضطراری اندازه گیری شود. هرگونه تغییر در دامنه عادی اکسیژن می تواند اثرات مرگ باری بر اعضای تیم پاسخ داشته باشد هوای عادی ۲۰٫۹ درصد اکسیژن دارد زیر ۱۹٫۵ درصد اکسیژن را کمبود اکسیژن و بالای ۲۳٫۵ درصد اکسیژن را محیط پر اکسیژن می نامند. هر گونه کمبود اکسیژن در اتمسفر نشان دهنده جایگزین شدن ماده دیگری به جای آن است. وجود سایر مواد در هوا می تواند سبب کاهش اکسیژن شده و خود خطرات ثانویه ای را به همراه داشته باشند در محیط های با کمبود اکسیژن دستگاه های اندازه گیری گازهای قابل اشتعال هم به درستی کار نمی کنند. اگر هم محیط پر اکسیژن باشد، غلظت گازهای قابل سوختن بیش از حد و غیر دقیق نمایش داده می شود.

پایش اکسیژن

در محیط های کم اکسیژن یا پر اکسیژن مشکل حضور سایر گازها (حتی اکسیژن اضافی) وجود دارد. اگر افت اکسیژن وجود داشته باشد می توان مقدار حضور سایر گازها را محاسبه کرد. محاسبات ارایه شده تخمینی است. در اتمسفر عادی ۷۹ درصد نیتروژن وجود دارد که معادل ۷۹۰۰۰۰ پی پی ام است و حدوداً هم ۲۱ درصد اکسیژن وجود دارد که آن هم حدوداً معادل ۲۱۰۰۰۰ پی پی ام اکسیژن است (شکل ۱)

شکل ۱: هوای عادی حاوی ۲۰٫۹ درصد اکسیژن، ۷۸٫۱ درصد نیتروژن و ۱ درصد از انواع دیگر گازهاست.

در محاسبات معمولا فقط اکسیژن و نیتروژن در نظر گرفته شده و از ۱ درصد باقیمانده صرفنظر می شود. شکل A اتمسفر نرمال را نشان میدهد. زمانی که هوا آلوده می شود هم اکسیژن و هم نیتروژن کاهش پیدا می کنند (شکل B و C) در شکل B آلاینده سطح اکسیژن را تا ۲۰٫۸ درصد کاهش داده است و در شکل C، اکسیژن به ۱۹٫۹ درصد رسیده است. در هر دو حالت، سنسور اکسیژن آلارم تولید نمی کند اما ۵۰۰۰ پی پی ام یا ۵۰۰۰۰ پی پی ام آلاینده در محیط است که می تواند کشنده باشد.

حدوداً ۴٫۵ هوا نیتروژن و ۱٫۵ آن اکسیژن است. اگر فرض شود آلاینده ای در هوا وجود داشته باشد که مقدار اکسیژن را تا ۵۰۰۰ پی پی ام کم کند مقدار نیتروژن حدوداً ۲۰۰۰۰ پی پی ام کم می شود بنابراین مقدار واقعی آلاینده در هوا ۲۵۰۰۰ پی پیام یا ۲٫۵ درصد حجمی است. در نتیجه مقدار اکسیژن به ۲۰٫۵ درصد می رسد که نشان میدهد هر ۰٫۱ درصد کاهش اکسیژن معادل حضور ۵۰۰۰ پی پی ام از ماده خطرناک دیگری است. حال فرض کنید که این ماده سمی باشد. این مقدار ماده سمی بسیار خطرناک است. بنابر این درست است که دامنه عادی اکسیژن از ۲۳٫۵ تا ۱۹٫۵ درصد است اما اگر اکسیژن از ۲۰٫۹ به ۲۰٫۷ برسد حتما باید تیم پاسخ از SCBA استفاده کند. یکی از هشدارهای معمول در سنسورهای اکسیژن این است که زمانی که این سنسورها روشن می شوند آمادگی دستگاه برای قرائت دارای نوسان است و تا زمانی که سیستم الکترونیکی دستگاه گرم نشده باشد این مشکل وجود خواهد داشت. معمولا برای رسیدن به قرائت دقیق و کامل در سنسورهای اکسیژن به ۷ تا ۱۰ دقیقه زمان نیاز است این موضوع در آب و هوای سرد اهمیت بیشتری دارد.

سنسورهای اکسیژن

سه نوع سنسور اکسیژن وجود دارد دو نسخه آن از تکنولوژی رشته های پشمی سرب استفاده کرده و یک نمونه آن از سنسور اکسیژن الکترولیت جامد پلیمری (SPE) استفاده می کند شکل (۲)

شکل ۲- سنسورهای معمول اکسیژن

سنسورهای SPE دارای جذابیت بیشتری هستند چرا که نسبت به نوع سربی دارای عمر طولانی تر بوده و حداقل ۵ سال کار می کنند. سنسور SPE که به سنسور پمپ اکسیژن هم معروف است اکسیژن را از طریق یک کانال مویینه مکش می کند (شکل ۳)

شکل ۳- سنسورهای ممبران اکسیژن

اکسیژن در خلال محفظه سنسور حرکت کرده و در الکترولیت حسگر به آب احیا می شود. در نیمه انتهایی سنسور آب به اکسیژن اکسید شده و پروتون آزاد می کند پروتون ها در خلال ممبران SPE حرکت کرده و اکسیژن از یک حفره ثانویه به انتهای سنسور فرستاده می شود. مزیت سنسور SPE این است که عملکرد آن نیازمند تامین مواد نیست. یک ایراد آن مصرف بالای انرژی آن است اما سیستم های RAE (یک سازنده SPE) این موضوع را تا حد زیادی حل کرده است. از سنسورهای پشم سرب نوع معمولتر سنسور حفره مویینه (Capillary Pore Sensor) بوده و نوع دیگر هم سنسور غشایی (Membrane Sensor) است. هر دوی این سنسورهای پشم سرب شبیه باتری عمل می کنند در درون آنها حداقل دو الکترولیت در داخل یک محیط بازی مثل هیدروکسید پتاسیم وجود دارد. محلول بازی که بنام الکترولیت معروف است حالتی لجنی یا ژله ای دارد در درون سلول مقدار کمی پشم سرب وجود دارد که در مرکز واکنش های شیمیایی قرار داده شده است. هنگامی که اکسیژن وارد محفظه سنسور می شود یک واکنش اکسیداسیون سبب تولید فعالیت های الکتریکی می شود فعالیت الکتریکی اندازه گیری شده و مقدار برق تولید شده به میزان اکسیژن موجود ترجمه می شود. طی واکنش اکسیژنی، پشم سرب به اکسید سرب تبدیل شده و زمانی که همه سرب موجود مصرف شد، عمر سنسور به پایان میرسد. سنسورهای ممبرانی حاوی ممبران های قابل نفوذ بین الکترولیت و محیط اطراف هستند. اکسیژن از خلال ممبران منتشر شده و واکنش میدهد سنسورهای ممبرانی در شرایط اضطراری معمول نبوده و بیشتر در فعالیت هایی مثل غواصی استفاده دارند سنسورهای مویینه شبیه پراب های مویینه هستند اما دارای لوله های بسیار کوچکی هستند که از طریق آنها اکسیژن در سلول ها حرکت می کند.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ تشخیص ریسک مواد خورنده

⇐ نقش پایش هوا در پاسخ به حوادث شیمیایی

⇐ ارزیابی گازهای قابل اشتعال و اکسیژن هوابرد

⇐ تجهیزات و سنسورهای سنجش گاز