Оксиды азота применяются в производстве азотной кислоты, нитрат содержащих минеральных удобрений, являются окислителями в жидком ракетном топливе, используются при очистке нефтепродуктов от сероорганических соединений, применяются в качестве катализаторов при окислении органических соединений.

Зачастую опасность оксидов азота недооценивается. Вместе с тем оксиды азота являются веществами третьего класса опасности (наряду с такими веществами как соли тяжелых металлов). Согласно ГОСТ 12.1.016-79 «Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ» предельно допустимая концентрация (ПДК) оксида азота в воздухе населенных пунктов составляет 0,085  мг/м³, в воздухе рабочей зоны 5,0  мг/м³. Для диоксида азота ПДК составляют: 0,06 мг/м³ в воздухе населенных пунктов и 2 мг/м3 в воздухе рабочей зоны [1],[2].

Надо отметить, что порог обонятельного ощущения для оксида азота составляет 10 мг/м³, т.е. в 2-5 раз выше, чем ПДК в воздухе рабочей зоны.  При концентрации 90 мг/м³ в течение 15 минут наблюдается раздражение глотки, позывы к кашлю, слюноотделение. Опасными при кратковременном воздействии считаются концентрации 200-300 мг/м³, при многочасовом воздействии переносимы концентрации не выше 70 мг/м³.

Активные формы кислорода в воздухе представляют такую же опасность, что и оксиды азота NO и NO₂.

Оксиды азота и активные формы кислорода оказывают негативное влияние на центральную нервную систему, вызывая повреждение митохондрий и эндоплазматической сети нейронов [3],[4]. Повреждение ДНК клеток глии под действием этих веществ является одной из причин развития апоптоза [5],[6] (запрограммированный процесс клеточного «самоубийства», направленный на удаление клеток, утративших свои функции).

Оксид азота (II) также вызывают поражение крови за счёт связывания гемоглобина. Относительно высокой токсичностью (при концентрации выше 50 мг/м³) обладает и оксид азота NO₂. Он раздражает дыхательные пути и угнетает аэробное окисление в легочной ткани, что приводит к развитию токсического отёка легких.

Воздействие на организм человека диоксида азота снижает сопротивляемость к заболеваниям, вызывает кислородное голодание тканей, особенно у детей.

Кроме того, оксиды азота являются парниковыми газами и вызывают кислотные дожди.

Важной задачей является защита персонала, населения и окружающей среды от возможной утечки оксидов азота в атмосферу. Для этого необходимо контролировать концентрацию оксидов азота в воздухе.

В настоящее время наличие оксидов азота в воздухе определяют с помощью[7],[8],[9]:

-фотометрического метода;

-универсального газоанализатора УГ-2 с индикаторной трубкой на оксиды азота с диапазоном измерений 0-200 мг/м³;

-мини экспресс- лаборатории МЭЛ с диапазоном измерений 2,5-50 мг/м³;

-химического газоопределителя промышленных выбросов ГХПВ-2 с индикаторной трубкой на оксиды азота с диапазоном измерений 0-30, 0-200 мг/м³;

-лаборатории «Пчелка- Р» с использованием индикаторных трубок на оксиды азота с диапазоном измерений 2,5-50,1-100 мг/м³;

-стационарного газоанализатора ЭССА;

-персонального индикатора-сигнализатора «МЕГАКОН».

Для всех этих методов характерны следующие недостатки: достаточно низкая разрешающая способность (около 2-3 мг/м³) и необходимость расходовать индикаторные трубки. Повышение чувствительности аппаратуры позволит выявлять утечки оксидов азота на ранней стадии. Кроме того, в ряде случаев (например, для обнаружения взрывчатых веществ) необходимо определять концентрации оксидов азота в очень малых концентрациях.

Нами предложено определять концентрацию оксидов азота NO и NO₂ и активных форм кислорода с помощью парамагнитного резонанса [10],[11]. Это очень быстрый метод анализа, он не требует реактивов и обладает высокой чувствительностью.

Суть явления электронного парамагнитного резонанса заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения неспаренными электронами. Используется для изучения систем с ненулевым электронным спиновым магнитным моментом (т. е. обладающих одним или нескольких неспаренными электронами): атомов и свободных радикалов в газовой, жидкой и твердой фазах [12].

Оксид азота NO имеет один неспаренный электрон, следовательно, он может быть обнаружен с помощью электронного парамагнитного резонанса.

С другой стороны, наличие неспаренного электрона обусловливает склонность NO к образованию слабосвязанных димеров N₂O₂. Димеры оксида азота не будут регистрироваться с помощью электронного парамагнитного резонанса. Однако по счастью, димеры оксида азота (II) это непрочные соединения с ΔH° димеризации = 17 кДж, и в газообразном состоянии димеризуется очень незначительная часть молекул NO [13,c. 250].

Оксид азота NO₂ также имеет неспаренный электрон. В обычном состоянии NO₂ существует в равновесии со своим димером N₂O₄. Однако уже при температуре 140 °C диоксид азота состоит только из молекул NO₂ [13, c.253].

Чувствительность современных спектрометров достигает 10^-9 моль/литр при оптимальных условиях регистрации. При атмосферном давлении концентрация оксида азота (II) в воздухе 10^-9 моль/литр соответствует 0,03 мг/м³, для оксида азота (IV) — 0,046 мг/м³.

Однако чувствительность метода парамагнитного резонанса не зависит от плотности образца, а зависит от количества свободных радикалов в исследуемом образце. Таким образом, повышая давление в капсуле с исследуемым воздухом в n раз, мы в n  раз повысим чувствительность метода (либо мы сможем использовать более дешевый спектрометр с более низкой разрешающей способностью).

1. ГОСТ 12.0.004-90. Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда.
2. ГОСТ 12.1.016-79. Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ.
3. Брыжахин П.В., Вассель С.С., Федоренко Г.М. Электронно-микроскопическое исследование изменений в нейроне растяжения речного рака, вызванных фотодинамическим воздействием. // Материалы 7-ой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. 2001- Екатеринбург, 2001.- C.613
4. Вассель С.С. Ультраструктурный анализ изменений в изолированном механорецепторном нейроне при фотодинамическом воздействии. // Материалы школы-семинара нейроинформатика: современный подход.- Ростов-на-Дону, 2001.- с. 39-41
5. Скулачев В.П. Феноптоз: запрограммированная смерть организма.  //  Биохимия. —1999, № 6 —С. 37—44.
6. Федоренко Г.М., Узденский А.Б., Вассель С.С., Брагин Д.Е., Колосов М.С. Динамика ультраструктурных изменений в изолированном механорецепторном нейроне при фотоиндуцированном окислительном стрессе// Материалы юбилейной международной конференции по нейрокибернетике, посвященной 90-летию со дня рождения Когана.- Ростов-на-Дону, 2002.-с.287-290.
7. МУ № 4751-88. Методические указания по фотометрическому измерению концентраций оксида и диоксида азота в воздухе рабочей зоны.
8. МУК 4.1.2473-09. Измерение массовых концентраций оксида и диоксида азота в воздухе рабочей зоны по реакции с реактивом Грисса-Илосвая методом фотометрии. Методические указания.
9. Газоанализаторы оксида азота. Технические характеристики. URL:  http://www.analitpribors.ru/gazoanalizatory-oksida-azota.html
10. Вассель С.С. Определение концентрации оксидов азота в воздухе с помощью электронного парамагнитного резонанса// Материалы 4 всероссийской с международным участием научной Бергмановской конференции «Физико-химический анализ: состояние, проблемы, перспективы развития», Махачкала, 2012.- с.45.
11. Вассель С.С., Вассель Н.П. Новый способ опре6деления оксидов азота в воздухе при производстве минеральных удобрений// Материалы международной научно-практической конференции «Формирование региональных территориальных кластеров в сфере АПК, перерабатывающей и пищевой промышленности», Ростов-на-Дону, 2013, с.18-21
12. С. А. Альтшулер, Б. М. Козырев, Электронный парамагнитный резонанс. М.: Физматиз, 1961.
13. Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1990.-430 с.

Все статьи автора «NPVASSEL»