炸藥爆炸后的有害顆粒物質研究

馬 壯，任才清，周明安

(1.沈陽軍區總醫院， 遼寧 沈陽 110840； 2.國防科技大學指揮軍官基礎教育學院， 湖南 長沙 410072)

0 引 言

對人體呼吸系統造成危害的顆粒物，一般稱為總懸浮顆粒物(TSP，total suspended particulate)，是指懸浮在空氣中的空氣動力學當量直徑小于等于100 μm的顆粒物。總懸浮顆粒物的粒度大小及化學成份決定了對人體的危害程度。TSP中粒徑大于10 μm的物質，由于進入人體后，幾乎都可被鼻腔和咽喉所捕集，難以通過呼吸系統進入肺泡，對人體的危害不大；當TSP中顆粒物質粒徑小于10 μm時，可經過呼吸道沉積于肺泡，容易誘發慢性呼吸道炎癥、肺氣腫、肺癌的發病。實踐也表明，呼吸系統綜合征與空氣顆粒物的大小和成份有明顯的相關性。

各種環境下的爆炸，如戰場環境下各種武器裝備的使用，除會由沖擊波等激發出懸浮顆粒物外，炸藥本身由于爆轟的不完整性，也會產生顆粒狀有害物質。實驗室條件下小當量的炸藥爆炸，理論上產生的有害顆粒物質僅為單質碳，其生成量基本可以忽略不計。戰場環境下，由于戰斗部裝填炸藥爆炸后，會將一定量的外殼材料汽化、粉碎，同時激起地面揚塵等，造成細顆粒物懸浮，會對人體造成危害。本文主要通過較大當量的梯恩梯和乳化炸藥地表爆炸后，測定其生成懸浮顆粒物的濃度，為戰場環境下反應性氣道功能障礙綜合征的發病機制及其防治研究提供參考。

1 試驗條件

在湖南省長沙市月亮島地區的一般地表草地上，如圖1所示，將一定質量的梯恩梯、乳化炸藥、銨油炸藥引爆，使用粒子計數器，測定不同直徑的細顆粒物的含量。測量過程中，對現場氣象條件、空氣質量等進行記錄。

圖1 爆炸場地

測試過程中，顆粒物濃度測量的精度具有重要作用。試驗中選用某廠生產的高精度離子濃度測試儀，進行不同粒徑粒子濃度的快速測定。

2 爆炸后大氣顆粒物源的定性分析

在炸藥爆炸后大氣環境中，不同粒徑的懸浮顆粒物來源差異較大，通常情況下，PM2.5級別的顆粒物的來源主要有燃燒和爆轟不完全產物(單質碳)、高溫過程產物、空氣反應物，PM2.5～10級別的顆粒物主要是土壤揚塵、機械破碎物、霧滴蒸發物，等等。不同顆粒物上將粘附各種有機物和無機化合物。

2.1 爆炸后大氣顆粒物中的無機成分定性分析

爆炸后激發的表層土壤揚塵，是顆粒物級別在PM5級別上顆粒物的重要來源。由于不同地域的土壤成分有著顯著差異，化學成分將隨著采樣地點或者測試地點的不同而存在顯著差異，通常用氧化物表示土壤和顆粒物的礦物組成，但是氧化物并不一定代表其真實存在形態。全球范圍內表層土壤氧化物組成及比例見表1。

表1 全球范圍內表層土壤氧化物組成及比例

除表1所列各種元素以外，爆炸后大氣細顆粒物中還包括多種ng/m3至pg/m3水平的痕量級別金屬元素，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，由于其含量較小，而且其濃度與區域內土壤的背景值、工業排放、環境污染等因素有著密切相關，各采樣點測得的痕量金屬元素的含量差別非常大，而且常規檢測手段難以檢測，本文未作深入探討。

除此之外，爆炸后激發的細顆粒物中還存在可溶性無機離子，此類成分主要有K+、Na+、NH4+；、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO2-、NO3-、CO3-、SO42-、PO43-等，其含量除了和直接排放有關以外，可能還與非均相反應有關。

2.2 爆炸后大氣顆粒物中的有機成分定性分析

爆炸后大氣顆粒物中的有機成分主要為粘附在大氣顆粒物上的各種有機化合物，其種類繁多，關于大氣顆粒物中有機化合物的形態和定量分析十分困難，其主要成分有多環芳烴(PAHs) 、有機酸和有機氯，也有研究已定量檢測出6，10，14-三甲基-2-十五烷酮、三萜烯酮、膽固醇、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 試驗測定結果

試驗過程中，實時監測現場氣象環境和空氣質量的變化，主要對0.5、1.0、2.5、5.0、10 μm五個粒徑級別的懸浮顆粒物同時測定。測試時，對儀器做好保護后，于起爆前1 min啟動儀器，進入待測狀態。考慮到野外測試的自然風等影響，爆炸后5 min之后，存在于空氣中的細顆粒物將被吹散開，恢復到初始值，因此將采樣間隔時間設定為1 min，平行采樣5次，以實測值作為測定結果。部分結果見表2～表5。

表2 1 kg梯恩梯爆炸后各級別離子濃度

表3 2 kg梯恩梯爆炸后各級別離子濃度

表4 1 kg銨油炸藥爆炸后各級別離子濃度

從對特定條件下不同類型炸藥爆炸后的有害顆粒物質的實測結果來看，可以得出以下定性結論：隨著炸藥量的增大，有害顆粒物質的濃度有所增加；不同類型的炸藥爆炸后，對有害顆粒物質的濃度有所影響，其影響因素主要體現在炸藥的氧平衡和成分上；有害顆粒物質濃度與氣象條件也有著密切的關系，特別是風力大小對其有顯著影響。

4 結 論

表5 1 kg乳化炸藥爆炸后各級別離子濃度

炸藥爆炸后的有害顆粒物質是顯著存在的，在不同的外部條件下，爆炸不同類型不同質量的裝藥爆炸后有害顆粒物質濃度有顯著差異，這對工程爆破安全和戰場環境下人員的安全具有重要的參考意義，必須通過一定的措施進行防范，以避免炸藥爆炸后有害顆粒物質對人員、環境的危害。

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