В жизни современного человека используется множество различных средств. Один из них - аэрозоль. Это что такое? Это специальная форма средств, применяемых в разных сферах жизни. Существует несколько их видов. Об этом будет сказано в статье.
Понятие
Аэрозоль - это дезодорант, баллончик с краской, лак для волос. В медицинской сфере они применяются для распыления антибиотика или антисептика. Аэрозоль - это ингаляторы для людей, больных астмой и прочими недугами дыхательных путей. Эти средства бывают и в бытовой химии, а также в виде дезинфектора. В такой форме выпускаются препараты от насекомых.
Женщины часто применяют разные средства по уходу за волосами. Одно из них - аэрозоль. Это лаки для волос, дезодоранты. Они очень удобны в использовании. Из этого можно сделать вывод, что аэрозолем называют мелкие частицы, висящие в газовой среде. К ним могут относиться как жидкости, так и твердые вещества. Эти компоненты настолько мелкие, что не падают на землю, поскольку в подвешенном состоянии они удерживаются воздушными потоками.
Виды систем
К популярным видам аэрозоля относят двухфазные системы. Они стали так называться из-за агрегатного состояния содержимого банки. Определить, какой в руках аэрозоль, инструкция поможет. Обычно перед применением его следует встряхивать. Это действие требуется для смешивания сжатого в баллоне газа и летучих веществ концентрата, находящегося в сжиженном состоянии.
Из баллона может выходить пена или туман. Такой вид часто применяется в косметике или средствах от ожогов. Существует растворимый аэрозоль. В нем активный компонент растворяется в пропелленте или подобном веществе. С высвобождением химическая добавка испаряется, и аэрозоль получается в виде тумана.
К последнему виду относят трехфазные системы. Они считаются самыми сложными аэрозолями, поскольку в них присутствуют три компонента разного состояния. С нажатием на кнопку выходит пена. Такие средства применяется в медицинской сфере.
Виды распыления
Применение аэрозолей может отличаться распылением. Оно делится на 3 вида:
- с помощью форсунок - выделение жидкости под давлением;
- вращающийся диск;
- использование ультразвука.
Могут применяться и другие методы. Они используются в фирме пульверизатора, брумизатора и аэрозольного генератора.
Краски
Кроме медицины аэрозоль используется и в бытовой сфере. Он может входить в такое средство, как краска. Аэрозоль тогда представлен в виде красящего состава, находящегося в специальной упаковке. Его наносят распылением. У такого средства есть преимущества по сравнению с обычными акриловыми и прочими красками:
- легкость нанесения;
- не нужно приобретать дополнительный инструмент;
- краситель не требуется размешивать, его можно сразу использовать;
- краска быстро наносится и сохнет, она позволяет легко создать однотонную поверхность.
Имеет свои преимущества каждый аэрозоль. Инструкция по применению есть к каждому средству, поэтому ее нужно читать перед использованием. Там указаны правила нанесения средства, а также время воздействия. В инструкции обозначены правила безопасного использования.
Безопасность
Аэрозолем называют летучую смесь, которая распространяется в воздухе. Поэтому важно применять средство в проветриваемых помещениях. А еще лучше пользоваться ими на улице.
Так как вещества являются летучими, работать с ними надо в защитных очках и респираторе. Они считаются взрывоопасными, поэтому не нужно распылять его над огнем или пробивать баллон. Последствия от этого для человека могут быть неблагоприятны.
Сферы использования
Аэрозольная краска считается востребованной вещью. Она применяется для окрашивания ручных поделок. Тогда не будут видны следы от кисточки, да и оттенки у средства станут более насыщенные.
В виде аэрозоля выпускают освежитель воздуха в квартире и ванной комнате. Они включают сдерживающий компонент, масло и отдушку.
Есть такие системы, для которых не требуется человеческое вмешательство. Это касается автоматических освежителей. Их работа основана на том, что периодически аппарат подает сигнал на специальную трубку, которая соединяется с баллоном, выплескивая аромат. Эти освежители считаются удобными, необходимо лишь менять баллоны и контролировать заряд.
«Каметон»: правила использования
В лечении заболеваний носа и горла используются различные лекарства. Одним из них является «Каметон». Аэрозоль, инструкция по использованию которого несложная, имеет насадку, выполняющую распыление. К действующим компонентам относят хлоробутанол, камфору, ментол и эвкалиптовое масло. Также медикамент включает и дополнительные вещества.
«Каметон» следует применять при различных заболеваниях, вызванных вирусами и бактериями. Главным его назначением считается устранение боли. После распыления человек ощущает облегчение. Резь и жжение в гортани, появляющееся при глотании, больше не будут беспокоить. В составе присутствует хлопобутанол, который имеет антисептическое свойство. Его дополнением служит камфора, усиливающая кровоток в воспаленном участке, восстанавливающая поврежденные ткани.
Лекарство помогает устранить патогенные микроорганизмы и пораженном участке. Левоментон, который тоже есть в препарате, имеет охлаждающий эффект. Он освежает дыхание, облегчает симптомы заболевания. Эвкалиптовое масло тоже позволяет устранить воспалительные процессы. Оно нужно для регенерации тканей и слизистых оболочек. Бактерицидный эффект позволяет устранить микробы и вирусы.
У «Каметона» двойное применение. Его наносят на воспаленные миндалины и гортань. Средство распыляется в носовые ходы для лечения патологий. В первом случае насадку следует надеть на баллон, а затем нажать несколько раз. Если из наконечника выходит облако, то можно использовать лекарство. Его распыляют в нос 2 раза.
Вместе с этим надо сделать глубокий вдох. Повторяется процедура до 3 раз в сутки. Предварительно нос надо очистить с помощью промывания. В гортань средство распыляют по 2-4 дозы до 4 раз за день. Перерывы должны быть одинаковыми. Лекарство распыляют на вдохе. Потом надо выдохнуть через нос. После процедуры не следует кушать около 1 часа.
Аэрозоль используется во многих сферах жизни. Обычно люди называют им все, что распыляется из баллончика. Это верно, но не совсем. Аэрозоли применяются в косметической области, а также для дезинфекции рук, помещений, для распространения приятного аромата, для придания поверхности желаемого цвета и т. п. Любое из средств в баллоне надо использовать с соблюдением правил безопасности. Следует помнить, что их ни в коем случе нельзя давать детям, иначе это может привести к плачевным последствиям. Если же правильно применять аэрозоль, то он не принесет вреда.
Аэрозоли широко распространены в природе. Облака и тучи, цветочная пыльца, семена и споры растений, а также обитающие в воздухе микроорганизмы и вирусы - все это аэрозоли, наполняющие воздушную среду, окружающую человека. Строго говоря, атмосфера Земли представляет собой огромную разнообразную аэродисперсную систему.
Аэрозолями называются дисперсные системы, в которых дисперсионной средой является газ (воздух), а дисперсная фаза представлена твердыми или жидкими частицами с размерами 10 -7 -10 -4 м.
Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называются туманами, а с твердой дисперсной фазой - дымами (размер частиц 10 -7 -10 -6 м) или пылями (10 -6 -10 -4 м).
Основные источники образования аэрозолей:
Природные аэрозоли - туманы, различные дымы и пыли;
Выбросы мелкодисперсных частиц промышленными предприятиями, авто- и авиатранспортом, а также новые аэрозольные частицы, образующиеся за счет взаимодействия выбрасываемых в воздух веществ между собой, с компонентами атмосферы и под действием солнечной радиации. К последним относятся различные смоги: токсический, фотохимический (разд. 14.1.1, 14.1.2);
Биологические аэрозоли - сложные системы, в состав которых входят вирусы и бактерии, адсорбированные на поверхности твердых или жидких частиц дисперсной фазы;
Аэрозоли, получаемые искусственным путем для практического использования в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.
Аэрозоли, как и другие виды дисперсных систем, могут быть получены методами диспергации и конденсации. Соответственно различают диспергационные и конденсационные аэрозоли.
Конденсационный способ образования аэрозольных частиц может осуществляться двумя путями: гомогенной или гетерогенной конденсацией.
В основе гомогенной конденсации лежит образование твердых или жидких частиц из одинаковых молекул. В процессе теплового движения за счет межмолекулярных сил из нескольких молекул могут образоваться ассоциаты, называемые кластерами.
Кластерами называются строго упорядоченные молекулярные ассоциаты, возникающие в гомогенной системе и включающие от нескольких до сотен и тысяч молекул.
Другими словами, кластеры - это надмолекулярные структуры. Время жизни малых кластеров очень мало. Вероятность их распада обычно больше, чем вероятность роста. Такие кластеры принято называть "мерцающими". Понижение температуры создает условия для увеличения размера кластеров. С увеличением же размера кластеров растет и их стабильность, поскольку суммарная энергия межмолекулярного взаимодействия внутри кластера при этом становится больше.
Размер кластера, при котором вероятность его роста становится равной вероятности распада, называется критическим.
Если размер кластера превысит критический, то кластер становится стабильным образованием, характеризующимся определенным фазовым состоянием, т. е. жидкой или твердой аэрозольной частицей.
Кластеры могут возникать и существовать не только в газообразной среде, но и в жидкостях, и в твердых телах, а также на их поверхности. Кластерное состояние вещества по физико-химическим параметрам отличается как от газообразного состояния, так и от конденсированного. Его можно рассматривать как переходную стадию при гомогенной конденсации с образованием аэрозолей в виде облаков и туманов.
В основе гетерогенной конденсации аэрозольных частиц лежит межмолекулярное взаимодействие молекул газа или жидкости с поверхностью уже существующих твердых или жидких микрочастиц. Такая микрочастица играет роль ядра, на поверхности которого адсорбируются молекулы газа (пара). В результате гетерогенной конденсации обычно образуются аэрозольные частицы, более сложные по химическому составу, чем при гомогенной конденсации. Примером может служить образование токсического смога из молекул SO2, паров воды (тумана) и мельчайших твердых частиц несгоревшего углерода или оксидов металлов (дыма).
Диспергационные методы получения аэрозолей связаны с измельчением твердых тел или распылением жидкостей. В природных условиях диспергационные аэрозоли образуются в результате вулканических и других взрывов.
Среди искусственных методов наиболее распространен способ пневмораспыления жидкостей, при котором жидкость под небольшим давлением продавливается через отверстия малого диаметра, например на выходе из пульверизатора. При этом образуются мельчайшие частицы жидкости, взвешенные в газообразной среде. Если распылять суспензии или растворы и одновременно подвергать их сушке, то получаются твердые аэрозольные частицы. Такой способ широко используется в промышленности, например для получения молочного порошка, растворимого кофе, стирального порошка и др.
Свойства аэрозолей в большой степени определяются свойствами газообразной дисперсионной среды.
По оптическим свойствам аэрозоли похожи на коллоидные растворы (лиозоли): для них также характерно светорассеяние. Но из-за большой разницы в показателях преломления света дисперсной фазы и дисперсионной среды светорассеяние в аэрозолях проявляется значительно ярче, и они дают более четкий конус Тиндаля, чем лиозоли. Благодаря способности рассеивать свет аэрозоли, находящиеся в верхних слоях атмосферы, уменьшают интенсивность солнечной радиации, попадающей на поверхность Земли.
Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей имеют ряд особенностей, которые также связаны с сильноразреженной газовой фазой, представляющей дисперсионную среду. Для них характерны явления термофореза, фотофореза, термопреципитации. Термофорезом называется движение частиц аэрозоля в направлении от теплового источника. Термофорез можно объяснить тем, что с более нагретой стороны твердой или жидкой частицы молекулы газа приобретают большую скорость, так как обладают большей кинетической энергией, сообщая при этом аэрозольной частице импульс в направлении понижения температуры.
Фотофорезом называется направленное движение аэрозольных частиц под действием светового излучения. Фотофорез является частным случаем термофореза. Он обусловлен неравномерным нагревом частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды, главным образом из-за различной их способности поглощать свет.
Термофорез и фотофорез имеют большое значение в процессе движения атмосферных аэрозолей, например при образовании облаков, токсического и фотохимического смога.
Термопреципитацией называется осаждение аэрозольных частиц на холодных поверхностях вследствие потери ими кинетической энергии при соприкосновении с такими поверхностями. Осаждение пыли на стенах и потолке вблизи печей, радиаторов отопления, электронагревателей объясняется явлением термопреципитации. В газовой среде частицы дисперсной фазы, как правило, не имеют заряда и сольватных оболочек. В то же время в естественных условиях под действием космических лучей и радиоактивного излучения Земли происходит ионизация газообразных молекул, главным образом молекул кислорода, в результате чего образуются положительные (O2(+)) либо отрицательные (О2(-)) ионы, так называемые легкие ионы. Эти ионы могут адсорбироваться на поверхности аэрозольных частиц, сообщая им заряд.
Легкие ионы и заряженные аэрозольные частицы, попадая в организм человека, оказывают определенное физиологическое воздействие на него. При этом важное значение имеют химическая природа носителя заряда, количество заряженных частиц в воздухе и знак заряда этих частиц. Считается, что отрицательно заряженные ионы полезны для организма, а положительно заряженные, наоборот, вредны, что, по-видимому, объясняется отрицательным зарядом поверхности многих клеток и тканей организма, например эритроцитов крови.
Аэрозоли - системы, в принципе, нестабильные. Частицы не только могут осаждаться под действием сил гравитации, но и способны к коагуляции. Как и в коллоидных растворах, в аэрозолях различают два вида устойчивости: седиментационную и агрегативную. Седиментационная устойчивость, несмотря на относительно крупные размеры аэрозольных частиц, обеспечивается высокой интенсивностью броуновского движения этих частиц в газовой среде. Вместе с тем агрегативная устойчивость аэрозолей гораздо меньше, чем коллоидных растворов, что связано с отсутствием сольватных оболочек на поверхности аэрозольных частиц, которые могли бы создавать расклинивающее давление между частицами при их сближении. Поэтому столкновение частиц, как правило, приводит к их слипанию - коагуляции.
Скорость коагуляции зависит от заряда аэрозольных частиц. При разноименных электрических зарядах она резко возрастает, в то время как одноименные заряды препятствуют коагуляции. Сильное электрическое поле способствует коагуляции незаряженных аэрозольных частиц, так как под действием поля частицы поляризуются, в результате чего увеличивается вероятность их столкновения и слипания.
В основе очистки окружающего нас воздуха от загрязняющих его аэрозолей лежат главным образом явления адсорбции, коагуляции и седиментации. Для этого используют различные способы, в зависимости от размеров аэрозольных частиц и их заряда.
1. Если частицы достаточно крупны, то очищаемый воздух пропускают через центрифуги, циклоны и фильтры, где под действием центробежных и гравитационных сил частицы оседают.
2. Для очистки воздуха от мелких частиц, несущих электрический заряд, используют электрофильтры. Очищаемый воздух пропускается сквозь сетчатые фильтры, на которые подаются поочередно положительный и отрицательный заряды. При этом частицы аэрозоля теряют свой заряд, их агрегативная устойчивость уменьшается, что приводит к слипанию частиц и оседанию на фильтре.
3. Чтобы очистить воздух от мелких частиц, не имеющих электрического заряда, необходимо предварительно провести ионизацию воздуха, а затем пропустить его через электрофильтры.
Различные промышленные производства и современные виды транспорта выбрасывают в атмосферу громадные количества вредных веществ в виде дымов, пыли и туманов, которые загрязняют окружающую человека среду, уничтожают растительность и наносят вред здоровью людей и животных. Некоторые аэрозоли, содержащие даже инертные в химическом отношении вещества в виде мельчайших твердых и жидких частиц, попадая в дыхательные пути, вызывают легочные заболевания, а также различные виды аллергии. Грубые частицы пыли, размером свыше 5 10 -6 м, при дыхании через нос в легкие не попадают, осаждаясь в каналах носоглотки. Частицы размером (2-5) 10 -6 м задерживаются в носоглотке на 90 %, частично попадая в верхние дыхательные пути и в бронхи, где осаждаются, обволакиваются слизью, а затем удаляются через верхние дыхательные пути. Частицы же меньших размеров, менее (1-2) 10 -6 м, проникают в альвеолы легких, где могут осаждаться. Более 50 % частиц, попавших в альвеолы, выстилают их поверхность, блокируя кислородный обмен и нарушая дыхательную функцию легких. Когда частицы, микроорганизмы или вирусы попадают в альвеолы, их растворимые части всасываются в кровь, оказывая вредное воздействие на организм в случае поступления в него токсичных веществ. Вредное действие могут оказывать также и нерастворимые нетоксичные частицы.
Болезни, вызываемые действием различных пылей на легкие, называются пневмокониозами. В зависимости от природы пыли различают много видов пневмокониозов: силикоз (кварцевая пыль, Si0 2), антракоз (угольная пыль, С), асбестоз (асбестовая пыль, Mg3(OH)4) и др. Пыли, вызывающие пневмокониозы, как правило, относятся к диспергационным аэрозолям. Не меньшую опасность для здоровья людей представляют и конденсационные аэрозоли, особенно аэрозоли металлов и оксидов металлов, образующиеся в металлургии при обогащении руд и разливке расплавленных металлов. Установлено, что кластеры металлов, образующиеся при их горячей разливке, подобно вирусам способны проникать сквозь клеточные мембраны и нарушать жизнедеятельность клеток.
В последнее время особое внимание медиков привлекают аэрозоли, содержащие цветочную пыльцу, вирусы, различные микроорганизмы, поскольку они являются источником острых аллергических заболеваний у людей. Вместе с тем в современной медицине специально получаемые аэрозоли широко используют для дезинфекции помещений и лечения многих заболеваний: ингаляция антибиотиков и других лекарственных средств, аэрозольная вакцинация, обработка ран, ожогов, эрозий, мелких травм.
Аэрозоли - это взвешенные в воздухе твердые или жидкие частицы размерами от 10 -7 до 10 -3 см. Твердые частицы, имеющие размер более 10 -3 см, относятся к пыли (см.). Аэрозоли из твердых частиц называются также дымами, а аэрозоли из жидких частиц - туманами. Аэрозоли классифицируют в зависимости от их природы (органические, неорганические), токсичности и , характера частиц (бактериальные) и других особенностей. Многие эрозолиа (токсические, радиоактивные, бактериальные и др.) могут оказывать вредное влияние на человека как непосредственно (вызывая различные заболевания), так и косвенно (уменьшая прозрачность , вызывая гибель зеленых насаждений).
Для индивидуальной защиты от вредных аэрозолей применяют специальные повязки, (см.), (см.) и костюмы. Для очистки воздуха от аэрозоли используют различные методы и технические устройства (фильтры, циклоны и др.). В связи с тем, что вредные аэрозоли попадают в организм в основном через органы дыхания и могут вызывать массовые заболевания, существенное значение имеют мероприятия по (см.) от промышленных и других загрязнений вредными веществами.
Аэрозоли широко применяют в различных областях медицины - аэрозольтерапия (см.), ингаляционная , и т. д. Аэрозоли получают с помощью специальных распылителей, генераторов, аэрозольных бомб и шашек.
Аэрозоли (греч. aer - воздух и нем. Sole, от лат. solutio - растворение, раствор) - дисперсные системы, состоящие из малых (10 -3 -10 -7 см) твердых или жидких частиц, взвешенных в воздухе или другой газообразной среде. Делятся на дымы (взвесь твердых частиц) и туманы (взвесь жидких частиц). Аэрозоли образуются в природных условиях (пыль, туман), при взрывах, размоле, шлифовке, химических реакциях, возгонке, создаются специально при помощи особых генераторов. Радиоактивные аэрозоли условно делят на «малоактивные» (активность частички менее 10 -13 кюри.), «полугорячие» (10 -13 -10 -10 кюри) и «горячие» (более 10 -10 кюри). По способу образования их подразделяют на естественные (образуются при распаде естественных радиоактивных веществ), бомбовые (при ядерных взрывах) и промышленные (в результате деятельности учреждений и предприятий, применяющих радиоактивные вещества и источники ионизирующего излучения). Около 90% аэрозолей в атмосфере имеют размер частиц менее 0,5 мк (чаще 0,005- 0,035 мк).
В воздухе рабочих помещений обычно преобладают частицы размером до 10 мк (40-90%- менее 2 мк).
При прочих равных условиях (степень токсичности и др.) гигиеническое значение аэрозолей определяется прежде всего степенью дисперсности (размером частиц) и весовой концентрацией (количеством частиц в единице объема воздуха). Характер и скорость оседания аэрозолей определяются метеорологическими условиями, размером и формой частиц, плотностью и др. Скорость оседания частиц, имеющих размеры более 5 мк, под влиянием силы тяжести (без учета турбулентности воздуха и влияния осадков) приближенно определяется законом Стокса. Частицы, имеющие размеры менее 5 мк, перемещаются в соответствии с законами броуновского движения и могут находиться в воздухе длительное время во взвешенном состоянии. 1 см 3 пылинок, диаметр которых равен 1 мк, имеет суммарную поверхность частиц порядка 6 м 2 . Этой огромной удельной поверхностью высокодисперсных аэрозолей во многом объясняется их высокая биологическая активность. Одно из важных свойств аэрозолей - наличие на их частицах электрических зарядов (положительных или отрицательных).
Аэрозоли находят широкое применение в медицине (ингаляционная иммунизация, аэрозольтерапия, дезинфекция, дезинсекция и дератизация, гигиенические и токсикологические исследования и т. п.), сельском хозяйстве (аэрозоли инсектифунгицидов и др.) и других областях науки и техники.
Для получения аэрозолей служат специальные распылители, генераторы, аэрозольные бомбы и аэрозольные шашки.
Наибольшее значение имеет действие токсических аэрозолей на органы дыхания. Как правило, аэрозоли с частицами значительных размеров (5-10 мк) задерживаются в бронхах, в альвеолы проникают только частицы меньших размеров. Частицы размером менее 0,2 мк мало задерживаются в альвеолах и почти полностью выводятся при выдохе. Несмотря на это, они могут представлять значительную опасность для здоровья. Аэрозоли, имеющие форму пластинок (слюда, полевой шпат) или волокон (стеклянное или минеральное волокно, текстильные волокна), могут проникать в альвеолы, имея большие размеры. Количество частиц аэрозолей, остающееся в легких, зависит от их особенностей и может достигать значительных величии (см. Пневмокониозы). Попадание в легкие «горячих» радиоактивных частиц может привести к очаговой некротизации клеток. По-видимому, возможно последующее злокачественное перерождение прилегающих тканей.
Для защиты от вредных аэрозолей применяются специальные респираторы (см.), противогазы (см.) и костюмы (см. Одежда защитная). Для очистки воздуха от аэрозолей применяется ряд специальных методов (см. Санитарная охрана атмосферного воздуха). См. также Пыль, Радиоактивные отходы.
АЭРОЗОЛИ
(от греч. aеr – воздух и лат. solluti – раствор) свободные дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей их твердых или жидких частиц.
Сам термин аэрозоль был предложен профессором Доннаном (Англия) в конце первой мировой войны для обозначения высокодисперсных систем, таких как ядовитые дымы фенилхлорарсина, которые начали применять в военных целях. Независимо от Доннана этим термином стал пользоваться и немецкий ученый Шмаусс, которому принадлежит первая статья (1920 г.), где он был использован.
Классификация.
1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:
туманы (Ж/Г) – дисперсная система, состоит из капелек жидкости;
дымы (Т/Г) – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;
пыли (Т/Г) – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;
смог (Ж+Т/Г) – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);
2. По дисперсности:
ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;
высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;
среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;
грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.
Появление нового класса наночастиц произошло совсем недавно, когда стало возможным создание нового поколения аэрозольных приборов для изучения этих ультрадисперсных аэрозолей.
Характерные размеры аэрозольных частиц:
3. По методам получения:
конденсационные;
диспергационные.
Аэрозоли могут возникают естественным путем, образуются искусственно и сопутствуют промышленному производству.
Аэрозоли, которые возникают естественным путем :
До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Ежегодно в среднем 1 км 2 земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.
Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5 – 6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров (в Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара).
При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние (так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г, вошел в историю как «год без лета»).
Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли, таки аэрозоли биологического происхождения могут переносятся на огромные расстояния (отмечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибскимморем в 1000 км от ближайшего возможного места их образования).
Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града.
Аэрозоли, которые получают искусственно:
Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т. д.
Промышленные аэрозоли:
В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива (достаточно сказать, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100т твердых и 1 млн.т газообразных веществ).
Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.
Основные безразмерные критерии подобия для описания аэродисперсных систем.
Они возникают при анализе и обезразмеривании определяющих уравнений, описывающих тот или иной элементарный процесс с одиночной частицей.
Кроме того, данные критерии имеют самостоятельное значение для понимания специфики и закономерностей процессов и явлений с аэрозолями.
Число Маха
где q p и q g – характерные скорости движения частицы и газа соответственно
Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и характеризует скоростные режимы движения аэрозольной частицы относительно центра масс газа.
Диапазон изменения критерия: от очень малых значений до единицы. Для атмосферных аэрозолей характерен диапазон M <<1, поэтому можно сказать, что динамика аэрозолей – это низкоскоростная аэродинамика.
Умеренные числа M ≈1 могут быть характерны для ряда технологических аэрозольных приложений.
Число Рейнольдса
где ρ– плотность
u – среднемассовая скорость
η – вязкость газа
R– радиус частицы
Оно возникает при анализе уравнений газовой динамики и выражает соотношение сил инерции и сил вязкого трения в газе.
Диапазон изменения критерия – от 0 до очень больших значений.
Для атмосферных и технологических аэрозолей число Re изменяется от очень малых (гравитационное осаждение частиц) до очень больших значений (турбулентный перенос частиц, газоочистные аппараты).
Число Кнудсена
где λ – средняя длина свободного пробега молекул газа
R – радиус частицы
Оно возникает при анализе уравнения Больцмана, применяемого для описания дисперсионной газовой среды, и характеризует структурность газа.
Формальный диапазон изменения критерия 0 < Kn < ∞
Для атмосферных аэрозолей 0.001мкм ≤ R ≤ 100мкм , λg ≈ 0. 065мкм при н.у., тогда
10−3 ≤ Kn ≤ 100
Число Стокса
где τ – время механической релаксации частицы
L – некоторый характерный размер процесса
Оно возникает при анализе уравнений движения частицы в механике аэрозолей и характеризует соотношение между силами инерции частицы и силами вязкого трения в газах.
Диапазон изменений критерия может быть достаточно большим (особенно для процессов с технологическими аэрозолями).
Число Брауна
где v p и v g –тепловая скорость движения аэрозольной частицы и молекулы газа
Возникает при анализе уравнений броуновского движения аэрозолей, характеризует интенсивность броуновского движения аэрозольных частиц. Диапазон изменения критерия от 0 до 1.
Для атмосферных аэрозолей обычно число Брауна Br << 1 (за исключением ультрадисперсного аэрозоля, где Br ≤ 1).
Свойства аэрозолей
Свойства аэрозолей определяются:
природой веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды
частичной и массовой концентрацией аэрозоля
размером частиц и распределением частиц по размерам
формой первичных (неагрегированных) частиц
структурой аэрозоля
зарядом частиц.
Для характеристики концентрации аэрозолей, как и других дисперсных систем, используются:
массовая концентрация – масса всех взвешенных частиц в единице объема дисперсной системы:
массовая и объемная доли :
,
где m 0
и V 0
– общая масса и общий объем дисперсной
системы
численная концентрация – число частиц в единице объема дисперсной системы
Где V 0 –общий объем дисперсной системы
N ч – число частиц
Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:
малой концентрацией частиц дисперсной фазы
(например, в 1 см 3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, а в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц).
малой вязкостью дисперсионной среды (воздуха), т.е., малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц
малой плотностью дисперсионной среды, следовательно ρ част » ρ газа
Все это приводит к тому, что движение частиц в аэрозолях происходит значительно интенсивнее, чем в гидрозолях.
Броуновское движение
Это непрерывное хаотичное равновероятностное для всех направлений движение частиц, распространяющихся за счет воздействия дисперсионной среды.
Согласно уравнению Эйншнейна, средний квадрат смещения частицы х 2 за промежуток времени t вдоль оси x равен:
где K – коэффициент сопротивления (сила, действующая на частицу, движущуюся со скоростью 1м/с)
В случае справедливости закона Стокса K=3d, так что уравнение приобретает вид:
Первые измерения броуновского движения частиц в газах, сделанные Де Бройлем, подтвердили справедливость уравнения Эйншнейна.
Диффузия
Это самопроизвольные процесс распространения дисперсионной фазы из области с большей концентрацией а область с меньшей концентрации.
где n – концетнрация частиц в данной плоскости.
По закуну Фика:
где D – коэффициент диффузии.
Тогда, можно выразить коэффициент диффузии в функции размера частицы:
где член представляет собой подвижность частицы.
Электрические свойства аэрозолей
До сих пор аэрозольные частицы рассматривались как незаряженные, и пренебрегали действием электрических сил как между самими частицами, так и между частицами и приложенным внешним электрическим полем. В реальности большинство аэродисперсных систем обладает электрическим зарядом, это свойство фактически является универсальным как для технологических, так и для природных атмосферных аэрозолей.
Электрические свойства частиц аэрозоля значительно отличаются от электрических свойств частиц в лиозоле.
Большинство аэрозолей несут заряд, который может постоянно перераспределяться между частицами;
Внешние электрические поля могут влиять как на величину заряда частиц, так и на характеристики их движения;
На частицах аэрозоля не возникает двойной электрический слой, так как из-за низкой диэлектрической проницаемости газовой среды в ней практически не происходит электролитическая диссоциация;
Заряд частиц носит случайный характер, и для частиц одной природы и одинакового размера может быть различным как по величине, так и по знаку.
В отсутствие специфической адсорбции заряды частиц очень малы и обычно превышают элементарный электрический заряд не более чем в 10 раз.
К основным процессам, приводящим к образованию заряда на частице, относятся прямая ионизация частиц; статическая электризация частиц; столкновения с ионами; ионизация частиц электромагнитным излучением (УФ, рентгеновским или гамма-излучением).
Согласно Смолуховскому, заряд зависит от числа положительных и отрицательных ионов, находящихся в капельке в момент ее отделения от жидкости, т.е. определяется концентрация ионов в жидкости, то есть:
где - средний квадрат заряда капельки, выраженный через число элементарных
N – концентрация ионов одного знака в жидкости
V – объем капельки
Эта теория была проверена Натансоном в опытах с жидкостями, имеющими очень низкую концентрацию ионов (менее 310 -9 моль/л), например с трансформаторным маслом. Он нашел, что распределение зарядов вполне симметрично во всей области размеров капелек 0,5 – 2,1 мк.
Но заряд жидкой капли не может достичь предельного значения кроме случая, когда ее размеры очень малы.
На заряд накладывается дополнительное ограничение, известное как предел Рэлея. Сильно заряженная капля будет испаряться до тех пор, пока внешняя сила электрического поля на поверхности капли не превысит внутреннюю силу ее поверхностного натяжения. В этот момент капля разорвется на части, а ее заряд распределится по большей поверхности нескольких более мелких капелек.
Рэлей получил выражение для количества электронов на капле, необходимого для ее разрыва:
где σ – коэффициент поверхностного натяжения
d – диаметр капли
Правильность этой формулы была подтверждена экспериментально
Устойчивость
Под устойчивостью системы понимается способность системы сохранять свои свойства, дисперсионный состав, равномерное распределение частиц по объему.
Есть два вида устойчивости:
1. Молекулярно-кинетическая устойчивость – это устойчивость дисперсной системы по отношению к действию силы тяжести. Она препятствует седиментации и определяется наличием броуновского движения, зависит от степени дисперсности частиц, вязкости среды, температуры.
2. Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять свою степень дисперсности.
Аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми системами. Устойчивость аэрозолей является лишь кинетической, термодинамические факторы устойчивости отсутствуют.
К нарушению устойчивости аэрозолей приводят следующие процессы:
седиментация частиц, которая по причине малой вязкости среды протекает быстрее, чем в гидрозолях;
коагуляция частиц, протекающая в газовой среде из-за интенсивного броуновского движения с большой скоростью, которая ещё более возрастает с увеличение концентрации аэрозоля. Ускорению коагуляции способствует повышенная влажность среды;
влияние температуры, особенно на устойчивость туманов, так как их равновесное состояние возможно только при условии, когда давление насыщенного пара дисперсных жидких частиц равно давлению насыщенного пара жидкости, из которой они образованны ( 0). При > 0 идет испарение капель, а при < 0 – конденсация.
а) Испарение
Продолжительность существования аэрозолей ограничивается скоростью испарения отдельных частиц; для данного вещества при постоянной температуре испарение будет происходить с максимальной скоростью в случае, когда окружающий воздух не содержит паров вещества; для вопроса об устойчивость аэрозолей эта максимальная скорость испарения имеет существенное значение.
Если построить графическую зависимость площади поверхности s от времени t для капельки чистого высококипящего вещества, то полученный график сначала приблизительно линеен (ds/dt=const), но затем постепенно отклоняется от оси времени. Причем кривизна тем заметнее, чем меньше частица. То есть, скорость испарения мелких капелек постепенно падает по мере уменьшения их размеров.
Расчеты времени полного испарения капелек важны при сравнении устойчивости различных веществ в аэродисперсном состоянии, но полное испарение частиц маловероятно. Наличие нелетучих примесей, присутствовавших в исходном веществе, или возникших уже в дисперсном состоянии в результате окисления или разложения, или приобретенных при столкновении с частицами пыли в воздухе, может замедлять испарение и даже останавливать его.
Поэтому «время полуиспарения» капли, т.е время, в течение которого капля потеряет за счет испарения половину своей первоначальной массы, оказывается более удобным параметром.
б) Коагуляция
Коагуляция – наиболее важный процесс межчастичного взаимодействия в аэрозолях. Ее надо понимать как эффект слипания, агрегирования первичных частиц в процессе их взаимного движения и парных столкновений (тройные столкновения частиц обычно не учитываются как весьма маловероятные).
Слияние жидких капель называется коалесценцией , для твердых частиц часто используется термин агломерация. Оба эффекта в целом можно характеризовать как агрегацию частиц.
В общем случае под коагуляцией понимают уменьшение степени дисперсности частиц (т.е. их укрупнение) при снижении числовой концентрации частиц.
Рассмотрим теорию коагуляции Смолуховского.
Монодисперсный аэрозоль из сферических частиц, которые первоначально были
равномерно распределены в объеме газа. Они испытывают поступательное броуновское движение, которое приводит к их сближению и столкновениям. Каждое парное столкновение частиц приводит к их слипанию.
Рассматривается
процесс броуновской диффузии частиц
из неограниченного объема газа к одной
неподвижной частице – так называемой
«поглощающей сфере».
В итоге, решение уравнения Смолуховского имеет вид:
Эти уравнения позволяют предсказать изменение числовой концентрации монодисперсных частиц во времени.
Видно, что данный процесс является достаточно медленным, а скорость изменения концентрации частиц сильно зависит от их начальной концентрации.
Зависимость числовой концентрации частиц n от времени для броуновской коагуляции монодисперсного аэрозоля (разные кривые соответствуют различной начальной концентрации частиц)
Оптические свойства
Определяются рассеянием светового потока при прохождении через аэрозоль.
Интенсивность излучения I, рассеянного в данном направлении определенным объемом аэрозоля, становится пропорциональной счетной концентрации частиц n и радиусу частиц в некоторой степени p, т.е. :
Специфические свойства
К особенностям физических свойств аэрозолей, связанным с газообразной дисперсной средой, относятся явления термофореза, фотофореза.
Явление термофореза наблюдается в аэрозолях под влиянием градиента температуры.
Термофорезом называют движение частиц аэрозоля в направлении области более низких температур. Причиной этого служит то, что более нагретую сторону частицы молекулы газа бомбандируют с большей скоростью. Чем менее нагретую. Частица получает импульс для движения в сторону более низкой температуры.
Фотофорезом называют перемещение частиц аэрозоля при одностороннем освещении. Направление движения зависит от многих свойств частиц – размера, формы, прозрачности и т.д.
Фотофорез отсутствует или проявляется очень слабо у веществ, хорошо отражающих свет, например фторида кальция, трехокиси сурьмы, и очень заметно у сильных поглотителей света: сажи, железных опилок.
Если сильнее нагревается сторона частицы, обращенная к источнику света, то благодаря усилившейся бомбардировке этой стороны молекулами окружающего газа частица смещается от источника света – имеет место положительный фотофорез. Если же сильнее будет нагреваться противоположная сторона частицы, то получается обратные эффект – отрицательный фотофорез.
Стоит сказать о роли фотофореза в медицине. Фотофорез лекарств метод, в основе которого лежит одновременное воздействие излучением и лекарственным веществом.
Суть фотофореза: на ограниченный участок кожи (до 80 см 2) наносится около 1 мл р-ра лекарственного вещества и равномерно распределяется по поверхности кожи. Далее этот участок облучают расфокусированным лучом красного или инфракрасного света. Время облучения около 10-20 мин. В основе фотофореза лежит повышение проницаемости кожи под влиянием низкоинтенсивного лазерного излучения и ускорение диффузии лекарств.
Фотофорез имеет большой диапазон воздействия на организм. Он способен повышать повышать иммунитет, увеличивать выработку антител, усиливать клеточный обмен, синтез коллагена и эластина, улучшать микроциркуляцию крови и лимфы, усиливать проникновение питательных веществ в глубину кожи, нормализовать АД и т.д.
Методы получения аэрозолей
Аэрозоли образуются при взрывах, дроблении и распылении веществ, а так же в процессах конденсации при охлаждении перенасыщенных паров воды и органических жидкостей.
Как и другие микрогетерогенные системы, аэрозоли могут быть получены двумя разными путями:
из грубо-дисперсных систем (диспергационные методы),
из истинных растворов (конденсационные методы).
Конденсационный метод .
Связан с образованием в гомогенной системе новой фазы. Обязательным условием ее образования является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы.
Объемная конденсация пересыщенного пара может происходить в трех случаях:
*при адиабатическом расширении (образование облака);
*при смешении паров и газов, имеющих разные температуры (образование атмосферных туманов);
*при охлаждении газовой смеси.
Кроме того, конденсационный аэрозоль может образовываться в результате газовых реакций, ведущих к образованию нелетучих продуктов:
при сгорании топлива образуются дымовые газы, конденсация которых приводит к появлению топочного дыма;
при сгорании фосфора на воздухе образуется белый дым (Р 2 О 5);
при взаимодействии газообразных NH 3 и НСl образуется дым МН 4 Сl (тв);
окисление металлов на воздухе, происходящее в различных металлургических и химических процессах, сопровождается образованием дымов, состоящих из частиц оксидов металлов.
Особенность конденсации продуктов химических реакций – возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ.
Диспергационный метод.
Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешенных состояниях при действии воздушных потоков.
Распыление твердых тел происходит в две стадии:
измельчение
распыление.
Среди методов распыления жидкостей различают следующие:
1. Пневматическое (или аэродинамическое)распыление;
2. Гидравлическое (или гидродинамическое) распыление;
3. Центробежное распыление;
4. Прочие методы (электростатическое, акустическое, с помощью пропеллентов и другие)
Перевод вещества в состояние аэрозоля должен быть осуществлен в момент применения аэрозоля, так как в отличие от других дисперсных систем (эмульсий, суспензий), аэрозоли нельзя приготовить заранее. В бытовых условиях почти единственным средством получения жидких и порошкообразных аэрозолей является устройство, называемое «аэрозольной упаковкой», вещество в нем упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов.
Самобалансирующийся волчок Уолтона и Пруэтта.
Приводится в действие сжатым воздухом (вход справа), угловая скорость вращения – несколько тысяч оборотов в секунду, радиальное ускорение – порядка миллиона g. Жидкость подается сверху из узкой трубки (3) в центр ротора (2) и растекается на его поверхности в виде тонкой пленки. Капли отрываются от конуса ротора, тонокодисперсный туман выходит в зазор между вращающимся ротором и корпусом волчка.
Методы разрушения аэрозолей
Несмотря на то, что аэрозоли являются агрегативно неустойчивыми, проблема их разрушения стоит очень остро. Основные проблемы, при разрешении которых возникает необходимость разрушения аэрозолей:
Очистка атмосферного воздуха от промышленных аэрозолей;
Улавливание из промышленного дыма ценных продуктов;
Искусственное дождевание или рассеивание облаков и тумана.
В настоящее время в медицинской практике широко применяются спреи и аэрозоли. Эти лекарственные формы часто используются для наружного применения, они предназначаются для нанесения лекарственного средства на рану, на кожу, на слизистые оболочки, а также для ингаляций. В спреях и многих аэрозолях примерно одинаковый принцип подачи лекарственного препарата, который содержится там в виде жидких и твердых частиц, взвешенных в газовой среде. Так как обе эти формы имеют одинаковый принцип подачи, то их часто путают. Однако между ними есть определенные различия, которые необходимо учитывать при выборе лекарственной формы.
Определение
Спрей распыляется с помощью механического насоса, при этом давление во флаконе и давление вне его одинаковое.
Аэрозоль распыляется за счет образования во флаконе избыточного давления, бывает непрерывного или дозирующего действия.
Сравнение
В момент использования и спрей, и аэрозоль создают стабильное распыление частиц. Для аэрозоля они составляют 2-5 мкм, для спрея – больше 5 мкм. Флаконы в том и в другом случае герметично закупорены, поэтому возможность попадания в них воздуха или загрязнений полностью исключается. Аэрозоли и спреи с успехом применяются в медицинской практике для распыления различных лекарственных средств. Так, например, противоожоговые препараты (Пантенол, Олазоль) выпускаются в виде аэрозоля. В спреях сегодня можно встретить немало лекарственных препаратов, предназначенных для лечения носа (Аквамарис, Долфин).
Выводы сайт
- Спрей распыляется с помощью механического насоса, при этом давление во флаконе равно атмосферному. Аэрозоль подается под давлением.
- Спрей распыляет более крупные частицы (более 5 мкм), аэрозоль – мелкие (2-5 мкм).