炸藥爆炸后的有害顆粒物質(zhì)研究

馬 壯，任才清，周明安

(1.沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110840； 2.國(guó)防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410072)

0 引 言

對(duì)人體呼吸系統(tǒng)造成危害的顆粒物，一般稱為總懸浮顆粒物(TSP，total suspended particulate)，是指懸浮在空氣中的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于100 μm的顆粒物。總懸浮顆粒物的粒度大小及化學(xué)成份決定了對(duì)人體的危害程度。TSP中粒徑大于10 μm的物質(zhì)，由于進(jìn)入人體后，幾乎都可被鼻腔和咽喉所捕集，難以通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入肺泡，對(duì)人體的危害不大；當(dāng)TSP中顆粒物質(zhì)粒徑小于10 μm時(shí)，可經(jīng)過(guò)呼吸道沉積于肺泡，容易誘發(fā)慢性呼吸道炎癥、肺氣腫、肺癌的發(fā)病。實(shí)踐也表明，呼吸系統(tǒng)綜合征與空氣顆粒物的大小和成份有明顯的相關(guān)性。

各種環(huán)境下的爆炸，如戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下各種武器裝備的使用，除會(huì)由沖擊波等激發(fā)出懸浮顆粒物外，炸藥本身由于爆轟的不完整性，也會(huì)產(chǎn)生顆粒狀有害物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室條件下小當(dāng)量的炸藥爆炸，理論上產(chǎn)生的有害顆粒物質(zhì)僅為單質(zhì)碳，其生成量基本可以忽略不計(jì)。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，由于戰(zhàn)斗部裝填炸藥爆炸后，會(huì)將一定量的外殼材料汽化、粉碎，同時(shí)激起地面揚(yáng)塵等，造成細(xì)顆粒物懸浮，會(huì)對(duì)人體造成危害。本文主要通過(guò)較大當(dāng)量的梯恩梯和乳化炸藥地表爆炸后，測(cè)定其生成懸浮顆粒物的濃度，為戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下反應(yīng)性氣道功能障礙綜合征的發(fā)病機(jī)制及其防治研究提供參考。

1 試驗(yàn)條件

在湖南省長(zhǎng)沙市月亮島地區(qū)的一般地表草地上，如圖1所示，將一定質(zhì)量的梯恩梯、乳化炸藥、銨油炸藥引爆，使用粒子計(jì)數(shù)器，測(cè)定不同直徑的細(xì)顆粒物的含量。測(cè)量過(guò)程中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣象條件、空氣質(zhì)量等進(jìn)行記錄。

圖1 爆炸場(chǎng)地

測(cè)試過(guò)程中，顆粒物濃度測(cè)量的精度具有重要作用。試驗(yàn)中選用某廠生產(chǎn)的高精度離子濃度測(cè)試儀，進(jìn)行不同粒徑粒子濃度的快速測(cè)定。

2 爆炸后大氣顆粒物源的定性分析

在炸藥爆炸后大氣環(huán)境中，不同粒徑的懸浮顆粒物來(lái)源差異較大，通常情況下，PM2.5級(jí)別的顆粒物的來(lái)源主要有燃燒和爆轟不完全產(chǎn)物(單質(zhì)碳)、高溫過(guò)程產(chǎn)物、空氣反應(yīng)物，PM2.5～10級(jí)別的顆粒物主要是土壤揚(yáng)塵、機(jī)械破碎物、霧滴蒸發(fā)物，等等。不同顆粒物上將粘附各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)化合物。

2.1 爆炸后大氣顆粒物中的無(wú)機(jī)成分定性分析

爆炸后激發(fā)的表層土壤揚(yáng)塵，是顆粒物級(jí)別在PM5級(jí)別上顆粒物的重要來(lái)源。由于不同地域的土壤成分有著顯著差異，化學(xué)成分將隨著采樣地點(diǎn)或者測(cè)試地點(diǎn)的不同而存在顯著差異，通常用氧化物表示土壤和顆粒物的礦物組成，但是氧化物并不一定代表其真實(shí)存在形態(tài)。全球范圍內(nèi)表層土壤氧化物組成及比例見(jiàn)表1。

表1 全球范圍內(nèi)表層土壤氧化物組成及比例

除表1所列各種元素以外，爆炸后大氣細(xì)顆粒物中還包括多種ng/m3至pg/m3水平的痕量級(jí)別金屬元素，如Li、Be、Ba、V、Cr、Co、Ni、Cu、As、Se、Mo、Cd、Sb、Pb、Zn、Ti、Sc、Rb、Cs、La、Ce、Nd、Sm、Th等等，由于其含量較小，而且其濃度與區(qū)域內(nèi)土壤的背景值、工業(yè)排放、環(huán)境污染等因素有著密切相關(guān)，各采樣點(diǎn)測(cè)得的痕量金屬元素的含量差別非常大，而且常規(guī)檢測(cè)手段難以檢測(cè)，本文未作深入探討。

除此之外，爆炸后激發(fā)的細(xì)顆粒物中還存在可溶性無(wú)機(jī)離子，此類成分主要有K+、Na+、NH4+；、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO2-、NO3-、CO3-、SO42-、PO43-等，其含量除了和直接排放有關(guān)以外，可能還與非均相反應(yīng)有關(guān)。

2.2 爆炸后大氣顆粒物中的有機(jī)成分定性分析

爆炸后大氣顆粒物中的有機(jī)成分主要為粘附在大氣顆粒物上的各種有機(jī)化合物，其種類繁多，關(guān)于大氣顆粒物中有機(jī)化合物的形態(tài)和定量分析十分困難，其主要成分有多環(huán)芳烴(PAHs) 、有機(jī)酸和有機(jī)氯，也有研究已定量檢測(cè)出6，10，14-三甲基-2-十五烷酮、三萜烯酮、膽固醇、豆甾醇、谷甾醇、蒎酮、蒎醛、蒎酸、松香酸 、松香醛、十六烷醇、十八烷醇、左旋葡聚糖、木糖醇等化合物。

3 試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)氣象環(huán)境和空氣質(zhì)量的變化，主要對(duì)0.5、1.0、2.5、5.0、10 μm五個(gè)粒徑級(jí)別的懸浮顆粒物同時(shí)測(cè)定。測(cè)試時(shí)，對(duì)儀器做好保護(hù)后，于起爆前1 min啟動(dòng)儀器，進(jìn)入待測(cè)狀態(tài)。考慮到野外測(cè)試的自然風(fēng)等影響，爆炸后5 min之后，存在于空氣中的細(xì)顆粒物將被吹散開(kāi)，恢復(fù)到初始值，因此將采樣間隔時(shí)間設(shè)定為1 min，平行采樣5次，以實(shí)測(cè)值作為測(cè)定結(jié)果。部分結(jié)果見(jiàn)表2～表5。

表2 1 kg梯恩梯爆炸后各級(jí)別離子濃度

表3 2 kg梯恩梯爆炸后各級(jí)別離子濃度

表4 1 kg銨油炸藥爆炸后各級(jí)別離子濃度

從對(duì)特定條件下不同類型炸藥爆炸后的有害顆粒物質(zhì)的實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，可以得出以下定性結(jié)論：隨著炸藥量的增大，有害顆粒物質(zhì)的濃度有所增加；不同類型的炸藥爆炸后，對(duì)有害顆粒物質(zhì)的濃度有所影響，其影響因素主要體現(xiàn)在炸藥的氧平衡和成分上；有害顆粒物質(zhì)濃度與氣象條件也有著密切的關(guān)系，特別是風(fēng)力大小對(duì)其有顯著影響。

4 結(jié) 論

表5 1 kg乳化炸藥爆炸后各級(jí)別離子濃度

炸藥爆炸后的有害顆粒物質(zhì)是顯著存在的，在不同的外部條件下，爆炸不同類型不同質(zhì)量的裝藥爆炸后有害顆粒物質(zhì)濃度有顯著差異，這對(duì)工程爆破安全和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下人員的安全具有重要的參考意義，必須通過(guò)一定的措施進(jìn)行防范，以避免炸藥爆炸后有害顆粒物質(zhì)對(duì)人員、環(huán)境的危害。

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