Виды аэрозольных систем. Разница между спреем и аэрозолем
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.
Проводя взглядом по квартире, люди и не задумываются, насколько плотно в их жизни вошли аэрозоли. А ведь некоторыми из них пользуются ежедневно и не единожды. Так что же такое аэрозоли? Какие существуют виды аэрозолей? В каких сферах жизни они используются?
Определение
Аэрозоль - это и дезодорант, и баллончик с краской, и В медицине используют аэрозоли для распыления антибиотика или антисептика. Ингаляторы для людей, страдающих астмой или другими заболеваниями дыхательных путей, также относятся к этой категории.
Аэрозоль можно встретить и в бытовой химии, и даже в качестве дезинфектора или средства от насекомых, например, комаров. Женщины часто использую разные вещества по уходу за волосами и телом, которые по своей сути тоже являются аэрозолями - лак для волос, дезодорант и так далее.
Из вышеперечисленного становится очевидно, что аэрозоль - это самые мелкие частицы, которые висят в газовой среде. Это могут быть как частицы жидкости, так и твердых веществ. Можно сказать, что туман или дым - это тоже своего рода аэрозоль. Эти мелкие частицы настолько крошечны, что не могут упасть на землю. В их удерживают постоянные воздушные потоки.
Виды аэрозольных систем
Наиболее распространённым видом аэрозоля можно считать двухфазные системы. Система получила такое название из-за агрегатного состояния содержимого банки. Понять, какой в руках аэрозоль, инструкция описывает подробно. Чаще всего перед использованием такие системы нужно встряхивать.
Это действие необходимо для того, чтобы смешать сжатый в баллоне газ и летучие компоненты концентрата, который находится в сжиженном состоянии. То, что выходит из баллона при нажатии, это либо пена, либо легкий туман. Такой тип часто используют в косметике и средствах от ожогов.
Другой вид, который тоже называют аэрозоль - это растворный. В таких системах активное вещество растворяют в пропелленте или похожем на него растворителе. При высвобождении аэрозоля из баллона химическая добавка испаряется и получается аэрозоль в чистом виде в состоянии тумана.
Последним видом аэрозольных систем можно считать трехфазные. Это самые сложные аэрозоли, так как в них находятся три вещества разного агрегатного состояния. При нажатии на клавишу баллона человек зачастую видит пену. Такие аэрозоли активно используются в медицине.
Виды распыления
Для того чтобы нанести аэрозоль, используют распыление. Оно бывает трех видов:
- при помощи форсунок - это вывод жидкости под давлением под напором;
- вращающимся диском;
- используя ультразвук.
Конечно, можно найти и другие способы столь кропотливого дела, их хоть раз в жизни видел и использовал каждый в виде пульверизатора, брумизатора или аэрозольного генератора.
Краски
Помимо медицины, аэрозоль плотно вошел и в бытовую сферу. Самым лучшим его вхождением можно считать применение аэрозолей в красках. Каким образом?
Аэрозольная краска - это готовая красящая смесь, которая заключена в специальную упаковку. Она наносится при помощи распыления и имеет ряд достоинств перед обычными акриловыми и другими красками. Какие?
- Легко наносить. С аэрозолем справится даже ребенок.
- Нет необходимости покупать дополнительный инструмент, например, кисти и валики. Это существенно сокращает расходы.
- Краситель не нужно размешивать, он уже готов к употреблению.
- Аэрозольная краска быстра наносится и высыхает, ею легче сделать однотонную поверхность.
Но, несмотря на такое обилие достоинств, работа с аэрозолями должна проходить строго по инструкции, которая указана на упаковке.
Аэрозоль и безопасность
Аэрозоль - это очень летучая смесь, которая легко распространяется по воздуху. Поэтому первое и главное правило в работе с этим типом красителя - это работать в хорошо проветриваемых местах.
Повторяясь о летучести веществ, стоит осознавать, что работать с баллончиком нужно только в защитных очках или респираторе. Это может спасти не только ваши глаза и дыхательные пути.
Стоит помнить, что состав в баллоне взрывоопасен, поэтому не стоит экспериментировать, распыляя содержимое баллончика над огнем или пробивать его. Последствия могут стоить конечностей или даже жизни.
Ремонт, дом и медицина?
Аэрозольная краска - это очень популярная вещь. Почему? Ее часто используют для того, чтобы окрашивать поделки ручной работы. Тогда не остается следов от кисти, да и цвета в аэрозольных красках зачастую более насыщенные.
Аэрозоль - это тот же освежитель воздуха в квартире или ванной комнате. В его состав, помимо самого аэрозоля и сдерживающего компонента, добавляют масла и отдушку в большой концентрации.
Кстати, существуют такие системы, которые сотрудничают с аэрозолями без человеческого вмешательства. Речь идет об автоматических освежителях. Принцип их работы базируется на том, что время от времени аппарат подает сигнал на специальную трубку, которая соединяется с баллоном, высвобождая из него ароматный газ. Такие освежители воздуха неприхотливы, и все что нужно для их работы - это менять баллон и следить за зарядом батарейки.
Кроме того, иногда такие системы используются для распыления по времени дезинфицирующих средств, также выполненных в формате аэрозолей. Благодаря такой автоматизации удается никогда не сбиваться с четкого графика.
Вывод
Конечно, определение аэрозоля - это нечто большее, чем просто частицы вещества, которые парят в воздухе. Но современному человеку привычно называть так все, что распыляется из баллончика. Отчасти это и правильно, но не совсем.
Аэрозоли используют как в косметических целях, так и для того, чтоб помочь больным, продезинфицировать руки или помещение, придать ему приятный аромат и придать поверхности желаемый цвет. Применения аэрозолю нашлось так много, что люди уже просто не замечают, как продолжают пользоваться ими. Даже для того, чтобы просто протереть жидкокристаллический монитор, люди применят специальный аэрозоль.
В работе с аэрозолями нужно соблюдать осторожность. Детям баллоны с этим веществом давать категорически запрещается. Как и пытаться разобрать баллон самостоятельно.
Минимальный размер частиц определен возможностью существования вещества в агрегатном состоянии. Так, одна молекула воды не может образовать ни газа, ни жидкости, ни твердого тела. Для образования фазы необходимы агрегаты по крайней мере из 20-30 молекул. Самая маленькая частица твердого вещества или жидкости не может иметь размер меньше 1 * 10-3 мкм. Чтобы рассматривать газ как непрерывную среду, необходимо, чтобы размеры частиц были гораздо больше, чем свободный пробег молекул газа. Верхний предел размеров частиц строго не определен, но частицы крупнее 100 мкм не способны длительное время оставаться взвешенными в воздухе.
Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей
аэрозоль раствор седиментация коагуляция
Особенности молекулярно-кинетических свойств аэрозолей обусловлены:
- * малой концентрацией частиц дисперсной фазы -- так, если в 1 см3 гидрозоля золота содержится 1016 частиц, то в таком же объеме аэрозоля золота менее 107 частиц;
- * малой вязкостью дисперсионной среды -- воздуха, следовательно, малым коэффициентом трения (В), возникающего при движении частиц;
- * малой плотностью дисперсионной среды, следовательно счаст » сгаза.
Все это приводит к тому, что движение частиц в аэрозолях происходит значительно интенсивнее, чем в лиозолях.
Рассмотрим самый простой случай, когда аэрозоль находится в закрытом сосуде (т. е. исключены внешние потоки воздуха) и частички имеют сферическую форму радиусом г и плотность р. На такую частицу одновременно действуют сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила трения прямо противоположного направления. Кроме того, частица находится в броуновском движении, следствием которого является диффузия.
Для количественной оценки процессов диффузии и седиментации в аэрозолях можно использовать значения
удельного потока диффузии iдиф и
удельного потока седиментации iсед.
Чтобы выяснить, какой поток будет преобладать, рассматривают их соотношение:
В этом выражении (р - р0) » 0. Следовательно, величина дроби будет определяться размером частиц.
Если r > 1 мкм, то iсед » iдиф, т. е. диффузией можно пренебречь -- идет быстрая седиментация и частицы оседают на дно сосуда.
Если r < 0,01 мкм, то iсед « iдиф. В этом случае можно пренебречь седиментацией -- идет интенсивная диффузия, в результате которой частицы достигают стенок сосуда и прилипают к ним. Если же частицы сталкиваются между собой, то они слипаются, что приводит к их укрупнению и уменьшению концентрации.
Таким образом, из аэрозоля быстро исчезают как очень мелкие, так и очень крупные частицы: первые вследствие прилипания к стенкам или слипания, вторые -- в результате оседания на дно. Частицы промежуточных размеров обладают максимальной устойчивостью. Поэтому, как бы ни велика была численная концентрация частиц в момент образования аэрозоля, уже через несколько секунд она не превышает 10 3 част/см3.
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.
В современной медицине лекарственные препараты выпускаются в различных формах, удобных для доставки действующего вещества к больному органу.
Одной из таких форм для наружного применения сегодня является спрей. Набрызгивание лекарственного состава на кожу, слизистую оболочку горла или другую пораженную зону позволяет равномерно нанести лекарство, не беспокоя больного прикосновениями и не рискуя внести инфекцию. Спрей является довольно новой формой лекарственных препаратов, и далеко не все потребители знают, что это такое и чем спреи отличаются от аэрозолей.
Что такое спрей?
Для местного применения спрей является одной из наиболее удобных форм, так как представляет собой дисперсию мельчайших твердых и жидких частиц лекарства в газовой среде.
Он используется для нанесения лечебных составов на поверхность кожи, раневую или ожоговую поверхность, на слизистые оболочки полости рта, носоглотки, вагины и т.д. Кроме того, спрей чрезвычайно удобен для ингаляций.
В чем разница между спреем и аэрозолем?
Иногда даже врачи не совсем уверенно различают спреи и аэрозоли. Между тем, разница имеется, и достаточно заметная. Основное отличие между ними заключается в способе извлечения препарата из флакона:
— в аэрозоле лекарство поступает наружу благодаря избыточному давлению внутри баллона, после открытия выпускного клапана;
— спрей подается путем механического выжимания поршневым микронасосом мелкодисперсной взвеси препарата в воздухе, при этом внутри флакона давление приближается к обычному атмосферному давлению.
Разница заключается и в размере частиц диспергированного вещества: в аэрозоле их диаметр составляет от 1 до 5 мкм, в спрее – от 10 до 50 мкм, причем их скорость невысока. Поэтому выпускное отверстие флакона спрея следует располагать ближе к поверхности кожи, чем при распылении аэрозоля из баллончика.
Преимущества спреев как лекарственной формы
Спрей оказался чрезвычайно эффективной и удобной лекарственной формой наружного, местного интраназального действия, обладающей широким рядом достоинств.
— Распыленный на больное или пораженное место, спрей оказывает чрезвычайно быстрый терапевтический эффект. Скорость воздействия и действенность лекарства в ряде случаев сравнима с внутривенной инъекцией.
— Дисперсная форма повышает химическую и фармакологическую активность лекарства, что дает возможность обходиться более низкими дозами действующего вещества. Это, в свою очередь, обеспечивает щадящий эффект лечения.
— Благодаря микроскопическим размерам частицы лекарства намного легче проникают в складки, полости и карманы дыхательных путей, впитываются поверхностью кожи и слизистыми оболочками.
— Спрей может применяться в тех случаях, когда пероральный способ приема лекарств не дает нужного эффекта, поскольку действующее вещество разрушается желудочным соком.
— Распыление лекарственного состава уменьшает негативные побочные эффекты от его воздействия на организм.
— До распыления лекарство находится в стерильном, чистом состоянии в герметично закрытом флаконе. Препарат не пересыхает и не вбирает в себя влагу воздуха, находясь в той форме, которую фармацевты сочли оптимальной для воздействия на организм больного.
— При помощи дозирующего клапана лекарство распыляется точно отмеренными порциями, исключающими передозировку.
— Удобный и быстрый способ применения доступен практически каждому больному, независимо от его физического состояния.
Следует заметить, что обычно аэрозоли более активно способствуют проявлению побочных эффектов лечения, чем спреи. В то же время они распыляют препарат наиболее мелкими частицами, что в некоторых случаях является важным фактором лечения.
Благодаря отсутствию специального газа-носителя, характерного для аэрозоля, спреи более приятны на вкус, если речь идет о лекарствах для верхних дыхательных путей. Прозрачный флакон позволяет видеть, сколько препарата осталось неиспользованным и каково его качество: не появился ли осадок или помутнение состава.
В настоящее время спрей является оптимальной, наиболее практичной и эффективной формой применения лекарственных средств наружного применения. Многие препараты, ранее выпускавшиеся в виде аэрозолей, сегодня переведены в форму спреев, что не замедлило позитивно сказаться на интенсивности их продаж.
