Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

/*л.

3. Характерные признаки пыли

меряют изменение силы тока с помощью электрометра,

имеющего гетеростатическое включение. Благодаря тому

что скорость перемещения больших и малых ионов раз-

лична, их удается разделить. Если параллельно с этим

произвести методом электрофореза подсчет заряженных

частиц, то можно установить их средний заряд [3].

Радиоактивность пыли

Обнаружение радиоактивности в выветривающихся

породах, а также в атмосферных осадках, .выпавших еще

до первых испытаний атомных бомб (до 50 эманов

[18]),

указало на возможность существования естественной ра-

диоактивности атмосферной пыли. Производя измерения

радиоактивности в свободной атмосфере, Мацек [19]

установил, что влияние состава частиц аэрозоля на ад-

сорбцию атомов радона либо очень мало, либо вообще

отсутствует. На основании многочисленных исследова-

ний Роза [20] сделал вывод, что частицы атмосферной

пыли не являются источником радона (см., однако, стр.

221). Признано, что последний поступает в атмосферу

из почвы [21, 22]. Значение естественной радиоактив-

ности пыли по сравнению с другими ее свойствами край-

не мало; исключение составляют случаи образования

аэрозоля при распылении радиоактивных веществ; есте-

ственного происхождения на заводах по переработке

урана. 'oeq»'

Особенно важное значение приобретает искусствен-

ная радиоактивность пыли, возникающая в результате

ядерных реакций (стр. 301); существенно, что

)Р

^§^ую

радиоактивную пыль можно сознательно создать

ТОЙ

или иной местности в любое время и в большом коли-

честве. Даже спустя несколько месяцев после взрыва

атомной бомбы в верхних слоях атмосферы можно об-

наружить наряду с космическим излучением и радиоак-

тивную пыль [23]. В приземный слой атмосферы [24] или

на поверхность Земли она приносится вместе с осад-

ками [25]. Взрыв атомной бомбы, содержащей в каче-

стве исходного материала 1 т дейтерия, мог бы образо-

Эман — единица удельной активности жидкости или газа, рав-

ная 1(Н

с/л. — Прим.. перев.

64 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

вать 7,5 т радиоактивного кобальта. Превращение этого

кобальта в пыль, способную длительное время витать

в воздухе и равномерно распределяться в атмосфере,

сделало бы жизнь на Земле невозможной.

Источником радиоактивной пыли могут служить и

атомные реакторы, так как под действием создаваемого

в них потока нейтронов искусственную радиоактивность

приобретают почти все примеси воздуха, окружающего

реактор, в том числе и аэрозоли [26].

ПРОЧИЕ СВОЙСТВА ПЫЛИ

Сила сцепления

Сила сцепления между частицами пыли и ее носите-

лем зависит от формы и электрического заряда пылинок

и носителя. Пыль труднее сдувается, если ее опорная по-

верхность легко деформируется под действием ветра [27].

Видимость и окраска

Видимость частиц зависит от их способности отра-

жать и преломлять свет. Большей видимостью обла-

дают, например, частицы металлов, тугоплавких окис-

лов и сульфидов, меньшей — капельки жидких органи-

ческих веществ [28]. В зависимости от размера частиц

пыль может в большей или меньшей степени отличаться

по окраске от исходного материала [8].

Поверхность

Молекулы воздуха, сцепляясь с поверхностью пыли-

нок, образуют вокруг них оболочку, которая способ-

ствует удержанию пылинок в витающем состоянии.

Воздушная оболочка препятствует объединению пыли-

нок, вследствие чего, например, сухая пыль бурого угля

не брикетируется. По этой же причине золотая пыль,

соприкасаясь с ртутью, не образует амальгамы, хотя

вообще золото легко амальгамируется [8].

Подвижность

На подвижность ультрамикроскопических частиц

резко влияет их размер. По Эйнштейну [29] (см.

/*л. 3. Характерные признаки пыли

также [30]), расстояние, которое частица проходит

вдоль некоторой расположенной в пространстве оси,

равно:

A = t

RT 1

N '

где t — время, R — газовая постоянная, Г—абсолютная

температура, N — число Авогадро, г — радиус частицы

и ц — удельное трение частиц. Вейс [31] и Флетч [32]

использовали эту формулу для определения величины

частиц, но проведение подобных исследований очень

сложно.

Фотофорез

Явление фотофореза, этого своеобразного, еще непол-

ностью объясненного воздействия света на частицы

аэрозоля, состоит в том, что в луче света частицы дви-

жутся, чаще всего удаляясь от источника света. Эрен-

гафт [33] называет частицы, удаляющиеся от источника

света, светоположительными, а частицы, движущиеся

навстречу свету, — светоотрицательными. Светоположи-

тельных частиц гораздо больше, чем светоотрицатель-

ных. К первым относятся пылинки металлов, в том

числе золота, серебра, ртути, а ко вторым — пылинки

серы, селена, йода. Сажа, порошок железа и окись

хрома, сильно поглощающие лучи света, обнаруживают

особенно резкий фотофорез. Это явление объясняется на

основании радиометрического эффекта [34—37]. Так,

например, отрицательный фотофорез может быть вызван

более сильным нагреванием задней, неосвещенной сто-

роны частицы, которая, подобно линзе, преломляет про-

ходящие через нее лучи света [3].

Пыль как индикатор движения воздуха

Пыль может служить индикатором движения моле-

кул воздуха или любого другого газа-носителя благо-

даря своей способности длительное время находиться

в витающем состоянии, а также оптическим и другим

свойствам, позволяющим наблюдать за ней издалека.

То же относится к пыли, содержащейся в жидких носите-

лях (эффект Тиндаля). В отношении твердых носителей

5 В. Фетт

66 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

аналогичное свойство пыли обусловлено не способ-

ностью к витанию, а способностью к сцеплению с по-

верхностью носителя. В криминалистике прилипшая

к одежде преступника пыль (например, на отворотах

брюк) может послужить косвенной уликой, если при

экспертизе ее компоненты совпадут с составом пыли,

взятой на месте преступления.

Благодаря своим оптическим свойствам пыль может

служить индикатором направления световых лучей.

Рассеяние света пылью позволяет видеть луч, направле-

ние которого находится вне поля зрения. Отложения

пыли делают видимыми также силовые линии звуковых

и электрических полей.

Увеличение размера частиц

При относительной влажности воздуха, превышаю-

щей 70%, большая часть атмосферной пыли превра-

щается в капельки раствора гигроскопического веще-

ства, размеры которых увеличиваются по мере даль-

нейшего повышения влажности. Для грубодисперсных

аэрозолей Юнге [11] нашел, что коэффициент увеличе-

ния радиуса частицы

де, Радиус частицы при 95% влажности ^ ^

Радиус частицы при 40% влажности '

ЛИТЕРАТУРА

1. Junge Chr., Gesetzmafiigkeiten in der GroBenverteilung atmos-

pharischer Aerosole uber dem Kontinent, Ber. d. Dt. Wetter-

dienstes i. d. US-Zone, Nr. 35, 261—277 (1952).

2. Теверовский H., Коагуляция частиц аэрозоля в турбу-

лентном потоке атмосферы, Известия Академии наук СССР,

серия географическая и геофизическая № 1 (1948).

3. Winkel A., Jander G., Schwebstoffe in Gasen, Aerosole,

Stuttgart, 1934.

4. G r a n о Ch. X., Dust Spheres — A Report on Their Occurence

in Southeast Arkansas, Month. Weather Rev., 83, 265—266

(1955).

5. M e

d a u R., Die «Unordnung» von Stauben, Forschungen und

Fortschritte 25/26, 294, Berlin, 1941.

Литература

IIS

6. Sorauer Handbuch der Pflanzenkrankheiten, VI, I, 566, Berlin.

7. G о n e 11 H. W., Schiitt- und Riittelgewichtsbestimmung f. Staub.

Chem. Fabrik, 77—81 (1933).

8. S in о

с z у к, in: Staub und Staubschutzgerate, Berlin, 1940.

9. E f f e n b e r g e r E., Die Bedeutung der Kondensationskerne in

der hygienischen Forschung, Geofis. pura appl., 31, 199

(1955).

10. A r i z u m i N., On the Distribution of Ashfall, J. Met. Soc. Ja-

pan, 32, 303—335 (1954).

11. Junge Chr., Die Konstitution des atmospharischen Aerosols,

Ann. d. Meteor., Beih. (1952).

12. Cauer H„ Balneologe, 4, 290 (1937).

13. Fuchs N., Ober die Stabilitat und Aufladung der Aerosole, Z.

f. Phys., 89, 776 (1934).

14. Rem у H„ Koch C., Z. f. Anorgan. Chemie, 139, 69 (1924).

15. Rudge, Ann. d. Phys., 76, 49 (1925).

16. Bar R„ Ann. d. Phys., 67, 157 (1922).

17. Kohl sch utter, Meteor. Z., 44, 473 (1927) (Referat); s. a.

[3], S. 28ff.

18. Priebsch J. A., Ober die Radioaktivitat der atmospharischen

Niederschlage, Gerlands Beitr. z. Geophys., 36, 304—318

(1932).

19. Ma сек О., Zur Frage der Anlagerung der Radonatome an

Aerosole, Gerlands Beitr. z. Geophys., 45, 361—376 (1935).

20. Rosa G., Ober die Absorption der RaEm an Staubteilchen, Ger-

lands Beitr. z. Geophys., 45, 277—279 (1935).

21. Smith L., Zur Frage nach dem Ursprung der in der atmos-

pharischen Luft enthaltenen Radiumemanation, Meteor. Z.,

30, 148—149 (1913).

22. Re iter R., Der Emanationsgehalt der Luft in den n5rdlichen

Kalkalpen in Abhangigkeit von atmospharischer Schichtung

und Windrichtung, Naturwiss., 42, 622—623 (1955).

23. Ishii C., Method of Measurement of Radioactive Dusts in the

Upper Air by Radiosonde, Proc. Intern. Conf. on the Peace-

ful Uses of Atomic Energy, Geneva, 8, 747—751, New York,

1956.

24. Schumann G., Kunstliche radioactive Produkte in der Atmos-

phare, Z. f. angew. Phys., 8, 361—364 (1956).

25. S i 11 к u s A„ Beobachtungen an radioactiven Schwaden von

atomtechnischen Versuchen im Jahr 1953/54, Naturwiss., 42,

478 (1955).

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

26. Н е г b s t W., Radioaktive Aerosole und das Schutzproblem beim

Betrieb von Atomreaktoren, Z. f. Aerosolforsch., 4, H. 6, 473—

505 (1955).

27. S с h a n d e r R., S t а а г Q., Ober die Windbestandigkeit haften-

den Staubes; Arbeiten der Kartoffelbaugesellschaft, 33 (1930).

28. Jenssen Chr., Gerlands Beitr. z. Geophys., 50, 54 (1937).

29. Einstein A., Ann. d. Phys., 17, 549 (1905); 19, 371 (1906).

30. Smoluchowski M„ von, Ann. d. Phys., 21, 756 (1906).

31. Weiss E„ Ber. d. Wien. Akad. d. Wiss., 120, Ila, 1021 (1911);

Phys. Z„ 12, 630 (1911).

32. Fletsch H„ Phys. Z„ 12, 202 (1911).

33. Ehrenhaft J., Phys. Z„ 18, 359 (1917).

34. Rubinowicz A., Ann. d. Phys., 62, 691, 716 (1920).

35. La ski u G„ Jerner F„ Z. f. Phys., 3, 224 (1926).

36. Mattauch R„ Ann. d. Phys., 85, 967 (1928).

37. Regener E„ Freundlich H., Kapillarchemie, II, Leipzig,

811 (1932).

Глава 4

ИЗМЕРЕНИЕ И АНАЛИЗ ПЫЛИ.

ОБРАБОТКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

В конечном итоге все достоверные сведения о пыли

основаны на определении ее количества и свойств и об-

работке полученных результатов. В данной главе рас-

сматриваются наиболее характерные методы и про-

блемы, относящиеся к этой области.

Для количественного определения атмосферной пыли

используют методы двух родов: один из них служит

для измерения количества выпавшей пыли, а другой —

для измерения ее содержания в воздухе. Методы пер-

вого рода характеризуются длительным изучением ко-

личества пыли или числа ее частиц, выпавших на улав-

ливающую площадь. Методы второго рода дают воз-

можность путем кратковременных наблюдений выявить

количество пылинок, содержащееся в единице объема

воздуха. Метод измерения количества атмосферной

пыли выбирают в зависимости от конкретных условий

и поставленной цели.

ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВЫПАВШЕЙ ПЫЛИ

Наглядное представление о количестве выпавшей

пыли дает загрязненность растений и зданий. Однако

важно получить сравнимые и абсолютные величины

этого количества. Их определяют путем измерения раз-

мера отложения пыли, образовавшегося под действием

силы тяжести и ветра, а также в результате вымывания

из атмосферы дождем и снегом. Первые количествен-

ные определения пыли проводили на стеклянных дисках

и в сосудах. Методика подобных измерений всесторонне

разработана в Англии, где для этой цели создан ряд

приборов: прибор для измерения количества оседающей

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

пыли; регистратор количества пыли, приносимой вет-

ром; двойной измеритель, позволяющий определить на-

правление, по которому приносится пыль, и др. [1].

В 1910 г. для получения сравнимых результатов в Ан-

глии введен стандартный измеритель оседающей пыли,

используемый по всей стране [2, 3]. Он представляет со-

бой железный эмалированный открытый сверху сосуд

круглой формы, с площадью улавливания 0,37 м

. Его

нижняя воронкообразная часть соединена с бутылью.

Такое устройство позволяет собрать как пыль, осевшую

на стенках сосуда и смытую с них дождем, так и пыль,

содержащуюся в самом дожде. Оседанию пыли способ-

ствует малая подвижность воздуха в сосуде. Бутыль

меняют ежемесячно. Для того чтобы на сосуд не сади-

лись птицы, он окружен проволочной защитой. Нераство-

римую твердую часть пыли отфильтровывают из собран-

ной дождевой воды, а растворимую осаждают химиче-

ским способом; затем обе составляющие взвешивают.

Этот метод позволяет грубо определить вес лишь осев-

шей сухой пыли, так как содержание растворимых ком-

понентов зависит от выпадения дождя.

С помощью различных методов пытались измерить

количество сухой пыли, осевшей за короткие проме-

жутки времени. Например, был сконструирован суточ-

ный регистратор, позволяющий определить количество

пыли, осевшей за каждый час. Он представляет собой

разделенный на 24 сектора диск, покрытый клейким

составом. Каждый из секторов последовательно выдер-

живают на воздухе в течение 1 часа и подсчитывают

число осевших на диске пылинок с помощью лупы. Для

подобных исследований Лифман (1908) применил мел-

кую воронку, покрытую мазутом; он смывал прилип-

шую пыль эфиром, а затем определял ее количество

гравиметрическим или колориметрическим методом. Ли-

«зеганг выставлял на воздух две фотографические пла-

стинки, покрытые слоем размоченного в воде желатина.

Одна из них (неподвижная) была установлена гори-

зонтально, а другая (подвижная) — против ветра для

измерения приносимой им пыли. Такие пластинки могут

оставаться влажными не дольше 15 мин., вследствие

чего количество уловленной пыли мало и число частиц

Гл. 4. Измерение и анализ пыли

можно подсчитать только с помощью микроскопа. Для

более продолжительных измерений (например, в тече-

ние 24 час.) желатин покрывали не содержащим кислот

вазелином [4] или заменяли глицерином [5]. Пыль с пла-

стинок смывали водой и отфильтровывали, а фильтр

высушивали и взвешивали. Этот метод несовершенен,

так как не позволяет учесть растворимые компоненты

ныли. Производя одновременные измерения с наветрен-

ной и подветренной стороны, можно определить количе-

ство пыли, приносимое ветром. Следует отметить, что

при равных площадях улавливания на пластинках осе-

дает меньше пыли, чем в сосудах, так как некоторая

часть ее сдувается ветром.

Сравнение показало, что величины, которые дает

прибор для измерения количества пыли, осевшей под

действием силы тяжести, примерно на 75% (иногда

даже на 93%) меньше величин, получаемых при по-

мощи описанного Ашуортом [6] прибора, регистрирую-

щего пыль, приносимую ветром. Столь большое разли-

чие вызвано тем, что горизонтальные поверхности улав-

ливают главным образом крупные частицы, так как

скорость падения мелких частиц чрезвычайно мала

(стр. 119). Характерно, что пыль, переносимая ветром,

содержит больше растворимых частиц, чем пыль, осев-

шая на горизонтальных поверхностях улавливания [6].

Все изложенное не следует рассматривать как оценку

различных методов измерения, поскольку выбор метода

зависит от поставленной цели. Например, прибор, опи-

санный Ашуортом, непригоден для измерения количе-

ства оседающей пыли, но им можно измерить количе-

ство пыли, проникающей через окно в помещение под

действием ветра. Кроме того, полученные с помощью

этого прибора данные нельзя пересчитывать на боль-

шие поверхности [7]. Следовательно, для измерения ко-

личества выпадающей пыли необходимо пользоваться

приборами двух рассмотренных типов [8].

Количество пыли, принесенной на единицу поверх-

ности снегом или выпавшей на него, определяют путем

фильтрования талой воды и взвешивания осадка. Под-

счет количества пыли, выпавшей с дождем, важен лишь

в некоторых исключительных случаях, а вообще он дает

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

лишь статистический материал, показывающий удельное

значение этой составляющей отложений. При анализе

дождевой воды следует учитывать и те компоненты

пыли, которые перешли в раствор.

ИЗМЕРЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ПЫЛИ В АТМОСФЕРЕ

Метод фильтрации

Определенное количество воздуха просасывают че-

рез плотный белый бумажный фильтр и при помощи

20-ступенчатого оптического клина, показания которого

проградуированы непосредственно в единицах веса, оп-

ределяют вес пыли, осевшей на фильтре (метод Шоу и

Оуэнса, см. [13]). Вследствие непостоянства цвета пыли

эти измерения могут привести к неправильным резуль-

татам, и' поэтому лучше производить взвешивание

осадка, образовавшегося на фильтре. Измерение с по-

мощью фильтров, которое дает достаточно точные по-

казатели, можно автоматически повторять через равные

промежутки времени [13,14]. При использовании сахар-

ного фильтра уловленную пыль взвешивают после ра-

створения сахара, и, таким образом, ее растворимые

компоненты остаются неучтенными. Мрозе [15] опреде-

лял содержание в пыли компонентов, обладающих спо-

собностью восстанавливать окислы. Для этого воздух

пропускали через стеклянную вату, получавшийся оса-

док обрабатывали смесью двухромовокалиевой соли и

серной кислоты, которую затем титровали йодистым ка-

лием. По расходу индикатора можно рассчитать коли-

чество восстановленной двухромовокалиевой соли', про-

порциональное количеству уловленной пыли.

Метод вымывания

Этот редко применяемый метод заключается в том,

что с целью улавливания даже мельчайшей пыли воз-

дух пропускают через воду, которую затем выпари-

вают [16].

См. также [9—12].