炸药爆炸后的有害颗粒物质研究

2014-03-22任才清周明安

采矿技术 2014年5期

马壮，任才清，周明安

(1.沈阳军区总医院，辽宁沈阳 110840； 2.国防科技大学指挥军官基础教育学院，湖南长沙 410072)

0 引言

对人体呼吸系统造成危害的颗粒物，一般称为总悬浮颗粒物(TSP，total suspended particulate)，是指悬浮在空气中的空气动力学当量直径小于等于100 μm的颗粒物。总悬浮颗粒物的粒度大小及化学成份决定了对人体的危害程度。TSP中粒径大于10 μm的物质，由于进入人体后，几乎都可被鼻腔和咽喉所捕集，难以通过呼吸系统进入肺泡，对人体的危害不大；当TSP中颗粒物质粒径小于10 μm时，可经过呼吸道沉积于肺泡，容易诱发慢性呼吸道炎症、肺气肿、肺癌的发病。实践也表明，呼吸系统综合征与空气颗粒物的大小和成份有明显的相关性。

各种环境下的爆炸，如战场环境下各种武器装备的使用，除会由冲击波等激发出悬浮颗粒物外，炸药本身由于爆轰的不完整性，也会产生颗粒状有害物质。实验室条件下小当量的炸药爆炸，理论上产生的有害颗粒物质仅为单质碳，其生成量基本可以忽略不计。战场环境下，由于战斗部装填炸药爆炸后，会将一定量的外壳材料汽化、粉碎，同时激起地面扬尘等，造成细颗粒物悬浮，会对人体造成危害。本文主要通过较大当量的梯恩梯和乳化炸药地表爆炸后，测定其生成悬浮颗粒物的浓度，为战场环境下反应性气道功能障碍综合征的发病机制及其防治研究提供参考。

1 试验条件

在湖南省长沙市月亮岛地区的一般地表草地上，如图1所示，将一定质量的梯恩梯、乳化炸药、铵油炸药引爆，使用粒子计数器，测定不同直径的细颗粒物的含量。测量过程中，对现场气象条件、空气质量等进行记录。

图1 爆炸场地

测试过程中，颗粒物浓度测量的精度具有重要作用。试验中选用某厂生产的高精度离子浓度测试仪，进行不同粒径粒子浓度的快速测定。

2 爆炸后大气颗粒物源的定性分析

在炸药爆炸后大气环境中，不同粒径的悬浮颗粒物来源差异较大，通常情况下，PM2.5级别的颗粒物的来源主要有燃烧和爆轰不完全产物(单质碳)、高温过程产物、空气反应物，PM2.5～10级别的颗粒物主要是土壤扬尘、机械破碎物、雾滴蒸发物，等等。不同颗粒物上将粘附各种有机物和无机化合物。

2.1 爆炸后大气颗粒物中的无机成分定性分析

爆炸后激发的表层土壤扬尘，是颗粒物级别在PM5级别上颗粒物的重要来源。由于不同地域的土壤成分有着显著差异，化学成分将随着采样地点或者测试地点的不同而存在显著差异，通常用氧化物表示土壤和颗粒物的矿物组成，但是氧化物并不一定代表其真实存在形态。全球范围内表层土壤氧化物组成及比例见表1。

表1 全球范围内表层土壤氧化物组成及比例

除表1所列各种元素以外，爆炸后大气细颗粒物中还包括多种ng/m3至pg/m3水平的痕量级别金属元素，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，由于其含量较小，而且其浓度与区域内土壤的背景值、工业排放、环境污染等因素有着密切相关，各采样点测得的痕量金属元素的含量差别非常大，而且常规检测手段难以检测，本文未作深入探讨。

除此之外，爆炸后激发的细颗粒物中还存在可溶性无机离子，此类成分主要有K+、Na+、NH4+；、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO2-、NO3-、CO3-、SO42-、PO43-等，其含量除了和直接排放有关以外，可能还与非均相反应有关。

2.2 爆炸后大气颗粒物中的有机成分定性分析

爆炸后大气颗粒物中的有机成分主要为粘附在大气颗粒物上的各种有机化合物，其种类繁多，关于大气颗粒物中有机化合物的形态和定量分析十分困难，其主要成分有多环芳烃(PAHs) 、有机酸和有机氯，也有研究已定量检测出6，10，14-三甲基-2-十五烷酮、三萜烯酮、胆固醇、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 试验测定结果

试验过程中，实时监测现场气象环境和空气质量的变化，主要对0.5、1.0、2.5、5.0、10 μm五个粒径级别的悬浮颗粒物同时测定。测试时，对仪器做好保护后，于起爆前1 min启动仪器，进入待测状态。考虑到野外测试的自然风等影响，爆炸后5 min之后，存在于空气中的细颗粒物将被吹散开，恢复到初始值，因此将采样间隔时间设定为1 min，平行采样5次，以实测值作为测定结果。部分结果见表2～表5。