Atemgas - Breathing gas

Atemgas
Trimix-Etikett.png
Trimix Tauchflaschenetikett
Verwendet Gas für die menschliche Atmung
Ähnliche Artikel Luft , Heliox , Nitrox , Sauerstoff , Trimix , Gasmisch zum Tauchen , Tauchzylinder , Drucklufttauchgerät , Rebreather
Matrosen überprüfen Atemgeräte auf See.

Ein Atemgas ist eine Mischung aus gasförmigen chemischen Elementen und Verbindungen, die zur Atmung verwendet werden . Luft ist das häufigste und einzige natürliche Atemgas. Aber auch andere Gasgemische oder reiner Sauerstoff werden in Atemgeräten und geschlossenen Lebensräumen wie Tauchausrüstung , oberflächenversorgter Tauchausrüstung , Kompressionskammern , Höhenbergsteigen , hochfliegenden Flugzeugen , U-Booten , Raumanzügen , Raumfahrzeugen , Medizin verwendet lebenserhaltende und Erste-Hilfe-Ausrüstung sowie Anästhesiegeräte .

Sauerstoff ist der wesentliche Bestandteil jedes Atemgases mit einem Partialdruck zwischen etwa 0,16 und 1,60 bar bei Umgebungsdruck . Der Sauerstoff ist normalerweise die einzige metabolisch aktive Komponente, es sei denn, das Gas ist eine Anästhesiemischung. Ein Teil des Sauerstoffs im Atemgas wird durch Stoffwechselprozesse verbraucht, die inerten Bestandteile bleiben unverändert und dienen hauptsächlich der Verdünnung des Sauerstoffs auf eine entsprechende Konzentration, werden daher auch als Verdünnungsgase bezeichnet. Die meisten Atemgase sind daher ein Gemisch aus Sauerstoff und einem oder mehreren metabolisch inerten Gasen . Atemgase für den hyperbaren Gebrauch wurden entwickelt, um die Leistung von normaler Luft zu verbessern, indem das Risiko einer Dekompressionskrankheit verringert, die Dauer von Dekompressionsstopps verkürzt , die Stickstoffnarkose verringert oder ein sichereres Tieftauchen ermöglicht wird .

Ein sicheres Atemgas für den hyperbaren Einsatz hat vier wesentliche Eigenschaften:

  • Es muss ausreichend Sauerstoff enthalten, um das Leben, das Bewusstsein und die Arbeitsgeschwindigkeit des Atmers zu unterstützen.
  • Es darf keine schädlichen Verunreinigungen enthalten. Kohlenmonoxid und Kohlendioxid sind übliche Gifte, die Atemgase verunreinigen können. Es gibt viele andere Möglichkeiten.
  • Es darf nicht toxisch werden , wenn sie bei hohem geatmet wird Druck wie wenn unter Wasser . Sauerstoff und Stickstoff sind Beispiele für Gase, die unter Druck giftig werden.
  • Es darf nicht zu dicht zum Atmen sein. Die Atemarbeit nimmt mit Dichte und Viskosität zu . Die maximale Ventilation sinkt um etwa 50 %, wenn die Dichte der Luft bei 30 msw entspricht, und der Kohlendioxidgehalt steigt inakzeptabel an, wenn die Gasdichte des mäßigen Trainingsfeinds 6 g/Liter überschreitet. Eine Atemgasdichte von 10 g/Liter oder mehr kann selbst bei sehr niedrigem Arbeitspensum zu einer unkontrollierten Hyperkapnie mit potenziell tödlichen Folgen führen.

Die Techniken, mit denen Tauchflaschen mit anderen Gasen als Luft gefüllt werden, werden als Gasmischung bezeichnet .

Atemgase zur Verwendung bei Umgebungsdrücken unterhalb des normalen atmosphärischen Drucks sind normalerweise reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, um ausreichend Sauerstoff bereitzustellen, um Leben und Bewusstsein zu erhalten, oder um ein höheres Maß an Anstrengung zu ermöglichen, als dies mit Luft möglich wäre. Es ist üblich, den zusätzlichen Sauerstoff als reines Gas bereitzustellen, das der Atemluft beim Einatmen oder über ein lebenserhaltendes System zugesetzt wird.

Für Tauchen und andere hyperbare Anwendungen

Außenansicht einer geschlossenen Glocke, die die Seitentür links zeigt, mit einer 50-Liter-Sauerstoffflasche und zwei 50-Liter-Heliox-Flaschen, die seitlich der Tür am Rahmen montiert sind.
Eine geschlossene Glocke, die für Sättigungstauchgänge verwendet wird und Notgasflaschen zeigt

Diese üblichen Tauchatemgase werden verwendet:

  • Luft ist eine Mischung aus 21% Sauerstoff , 78% Stickstoff und ungefähr 1% anderen Spurengasen, hauptsächlich Argon ; um die Berechnungen zu vereinfachen, werden diese letzten 1 % normalerweise wie Stickstoff behandelt. Da es billig und einfach zu verwenden ist, ist es das gebräuchlichste Tauchgas. Wie die Stickstoffkomponente verursacht Stickstoffnarkose , wird sie als eine sichere Tiefengrenze von etwa 40 Metern haben (130 Fuß) für die meisten Taucher, obwohl die maximalen Arbeitstiefe der Luft einen zulässigen Sauerstoff - Partialdruck von 1,6 bar zu nehmen ist 66,2 Meter (218 Fuß). Atemluft ist Luft, die bestimmten Schadstoffnormen entspricht.
  • Reiner Sauerstoff wird hauptsächlich verwendet, um die flachen Dekompressionsstopps am Ende eines militärischen , kommerziellen oder technischen Tauchgangs zu beschleunigen . Das Risiko einer akuten Sauerstofftoxizität steigt bei Drücken von mehr als 6 Metern Meerwasser schnell an. Es wurde viel in den Rebreathern von Froschmännern verwendet und wird immer noch von Angriffsschwimmern verwendet.
  • Nitrox ist ein Gemisch aus Sauerstoff und Luft und bezieht sich im Allgemeinen auf Gemische, die mehr als 21% Sauerstoff enthalten. Es kann als Werkzeug verwendet werden, um Dekompressionsstopps im Wasser zu beschleunigen oder das Risiko einer Dekompressionskrankheit zu verringernund somit einen Tauchgang zu verlängern (ein häufiges Missverständnis ist, dass der Taucher tiefer gehen kann, dies ist aufgrund einer geringeren maximalen Arbeitstiefe nicht der Fall.) als bei konventioneller Luft).
  • Trimix ist eine Mischung aus Sauerstoff, Stickstoff und Helium und wird oft in der Tiefe beim technischen Tauchen und beim kommerziellen Tauchen anstelle von Luft verwendet, um die Stickstoffnarkose zu reduzieren und die Gefahren der Sauerstofftoxizität zu vermeiden.
  • Heliox ist eine Mischung aus Sauerstoff und Helium und wird oft in der Tiefphase eines kommerziellen Tieftauchgangs verwendet, um Stickstoffnarkose zu beseitigen.
  • Heliair ist eine Form von Trimix, die leicht aus Helium und Luft gemischt werden kann, ohne reinen Sauerstoff zu verwenden. Es hat immer ein Verhältnis von 21:79 von Sauerstoff zu Stickstoff; der Rest der Mischung ist Helium.
  • Hydreliox ist eine Mischung aus Sauerstoff, Helium und Wasserstoff und wird für Tauchgänge unter 130 Metern im kommerziellen Tauchen verwendet.
  • Hydrox , ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff , wird beim Tieftauchen als Atemgas verwendet.
  • Neox (auch Neonox genannt) ist eine Mischung aus Sauerstoff und Neon, die manchmal beim kommerziellen Tieftauchen verwendet wird. Es wird aufgrund seiner Kosten selten verwendet. Auch DCS-Symptome, die durch Neon ("Neox-Bends") erzeugt werden, haben einen schlechten Ruf, da allgemein berichtet wird, dass sie schwerwiegender sind als diejenigen, die von einem genau gleichwertigen Tauchtisch und einer Mischung mit Helium erzeugt werden.
Üblicherweise akzeptierte Farbcodierung von Atemgasbehältern in der Offshore-Tauchindustrie.
Gas Symbol Typische Schulterfarben Zylinderschulter Quad-Oberrahmen/
Rahmenventilende
Medizinischer Sauerstoff O 2
Abbildung der Zylinderschulter weiß lackiert für medizinischen Sauerstoff
Weiß Weiß
Sauerstoff- und Heliumgemische
(Heliox)
O 2 /He Illustration der Zylinderschulter in braunen und weißen Vierteln gemaltIllustration der Zylinderschulter in Braun lackiert (untere und weiße (obere) Bänder Braune und weiße
Viertel oder Bänder
Braune und weiße
kurze (20 cm))
abwechselnde Bänder
Sauerstoff-, Helium- und Stickstoffgemische
(Trimix)
O 2 /He/N 2 Illustration der Zylinderschulter in braunen, schwarzen und weißen Sechsteln für eine Mischung aus Helium, Stickstoff und Sauerstoff.Illustration der Zylinderschulter mit braunen, schwarzen und weißen Streifen für eine Mischung aus Helium, Stickstoff und Sauerstoff Schwarze, weiße und braune
Viertel oder Bänder
Schwarze, weiße und braune
kurze (8 Zoll (20 cm))
abwechselnde Bänder
Sauerstoff- und Stickstoffgemische
(Nitrox) einschließlich Luft
N 2 / O 2 Illustration der Zylinderschulter in schwarz-weißen Vierteln für eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff.Illustration einer Zylinderschulter mit schwarzen (unteren) und weißen (oberen) Bändern für eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff. Schwarz-weiße
Viertel oder Bänder
Schwarze und weiße
kurze (20 cm))
abwechselnde Bänder

Luft atmen

Atemluft ist atmosphärische Luft mit einem Reinheitsstandard, der für die menschliche Atmung in der angegebenen Anwendung geeignet ist. Bei hyperbarem Einsatz wird der Partialdruck von Schadstoffen proportional zum Absolutdruck erhöht und muss auf eine sichere Zusammensetzung für die Tiefe oder den Druckbereich, in dem er verwendet werden soll, begrenzt werden.

Klassifizierung nach Sauerstoffanteil

Atemgase zum Tauchen werden nach Sauerstoffanteilen klassifiziert. Die von den Behörden festgelegten Grenzen können geringfügig abweichen, da die Auswirkungen mit der Konzentration und zwischen den Personen allmählich variieren und nicht genau vorhersehbar sind.

Normox
wo sich der Sauerstoffgehalt nicht stark von dem der Luft unterscheidet und eine kontinuierliche sichere Verwendung bei Atmosphärendruck ermöglicht.
Hyperoxisch oder sauerstoffangereichert
wenn der Sauerstoffgehalt den atmosphärischen Wert überschreitet, im Allgemeinen bis zu einem Wert, bei dem es bei längerer Verwendung eine messbare physiologische Wirkung gibt und manchmal aufgrund der erhöhten Brandgefahr besondere Verfahren für die Handhabung erforderlich sind. Die damit verbundenen Risiken sind Sauerstofftoxizität in der Tiefe und Feuer, insbesondere im Atemschutzgerät.
Hypoxisch
wenn der Sauerstoffgehalt unter dem der Luft liegt, im Allgemeinen in dem Maße, dass kurzfristig ein erhebliches Risiko messbarer physiologischer Auswirkungen besteht. Das unmittelbare Risiko besteht normalerweise in einer hypoxischen Funktionsunfähigkeit an oder nahe der Oberfläche.

Einzelkomponentengase

Atemgase zum Tauchen werden aus einer kleinen Anzahl von Komponentengasen gemischt, die dem Gemisch besondere Eigenschaften verleihen, die aus atmosphärischer Luft nicht verfügbar sind.

Sauerstoff

Sauerstoff (O 2 ) muss in jedem Atemgas vorhanden sein. Dies liegt daran , es auf das Wesentliche ist menschlichen Körpers ‚s Stoffwechsel , das Leben erhält. Der menschliche Körper kann Sauerstoff nicht für eine spätere Verwendung speichern, wie dies bei der Nahrung der Fall ist. Wird dem Körper für mehr als ein paar Minuten Sauerstoff entzogen, kommt es zu Bewusstlosigkeit und Tod. Die Gewebe und Organe im Körper (insbesondere Herz und Gehirn) werden geschädigt, wenn der Sauerstoff für viel länger als vier Minuten entzogen wird.

Das Befüllen einer Tauchflasche mit reinem Sauerstoff kostet etwa fünfmal mehr als das Befüllen mit Druckluft. Da Sauerstoff die Verbrennung unterstützt und in Tauchflaschen Rost verursacht , sollte er beim Gasmischen mit Vorsicht gehandhabt werden .

Sauerstoff wurde in der Vergangenheit durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft gewonnen , wird jedoch zunehmend durch nicht-kryogene Technologien wie Druckwechseladsorption (PSA) und Vakuumwechseladsorption (VSA) gewonnen.

Bei der Benennung des Gemisches wird manchmal der Anteil des Sauerstoffanteils eines Atemgasgemisches verwendet:

  • hypoxische Mischungen, ausschließlich, enthalten weniger als 21% Sauerstoff, wenn auch oft eine Grenze von 16% verwendet wird, und ausgelegt ist , nur als „unten Gas“ in der Tiefen eingeatmet werden , wo der höhere Druck erhöht den Partialdruck von Sauerstoff auf einen sicheren Niveau. Trimix , Heliox und Heliair sind Gasmischungen, die häufig für hypoxische Mischungen verwendet werden und beim professionellen und technischen Tauchen als Tiefenatmungsgase verwendet werden.
  • normoxische Gemische haben den gleichen Sauerstoffanteil wie Luft, 21%. Die maximale Betriebstiefe einer normoxischen Mischung kann bis zu 47 Meter (155 Fuß) betragen. Trimix mit 17% bis 21% Sauerstoff wird oft als normoxisch bezeichnet, da es einen ausreichend hohen Sauerstoffanteil enthält, um an der Oberfläche sicher atmen zu können.
  • hyperoxische Mischungen haben mehr als 21% Sauerstoff. Enriched Air Nitrox (EANx) ist ein typisches hyperoxisches Atemgas. Hyperoxische Gemische verursachen im Vergleich zu Luft eine Sauerstofftoxizität in geringeren Tiefen, können jedoch verwendet werden, um Dekompressionsstopps zu verkürzen, indem gelöste Inertgase schneller aus dem Körper gezogen werden.

Der Anteil des Sauerstoffs bestimmt die größte Tiefe, in der das Gemisch sicher verwendet werden kann, um eine Sauerstofftoxizität zu vermeiden . Diese Tiefe wird als maximale Arbeitstiefe bezeichnet .

Die Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch hängt von der Fraktion und dem Druck des Gemisches ab. Es wird durch das exprimierte Partialdruck von Sauerstoff (P O 2 ).

Der Partialdruck aller Gaskomponenten in einem Gemisch wird wie folgt berechnet:

Partialdruck = Gesamtabsolutdruck × Volumenanteil der Gaskomponente

Für die Sauerstoffkomponente

P O 2 = P × F O 2

wo:

P O 2 = Sauerstoffpartialdruck
P = Gesamtdruck
F O 2 = Volumenanteil des Sauerstoffgehalts

Der minimale sichere Sauerstoffpartialdruck in einem Atemgas wird allgemein mit 16  kPa (0,16 bar) angenommen. Unterhalb dieses Partialdrucks besteht für den Taucher möglicherweise das Risiko von Bewusstlosigkeit und Tod aufgrund von Hypoxie , abhängig von Faktoren wie der individuellen Physiologie und dem Grad der Anstrengung. Wenn ein hypoxisches Gemisch in seichtem Wasser eingeatmet wird, hat es möglicherweise nicht genügend P O 2 , um den Taucher bei Bewusstsein zu halten. Aus diesem Grund werden normoxische oder hyperoxische "Reisegase" in mittlerer Tiefe zwischen der "Boden"- und "Dekompressions"-Phase des Tauchgangs verwendet.

Der maximal sichere P O 2 in einem Atemgas hängt von der Einwirkzeit, dem Trainingsniveau und der Sicherheit der verwendeten Atemgeräte ab. Sie liegt typischerweise zwischen 100 kPa (1 bar) und 160 kPa (1,6 bar); bei Tauchgängen von weniger als drei Stunden wird sie allgemein mit 140 kPa (1,4 bar) angenommen, obwohl die US Navy bekannt ist, dass sie Tauchgänge mit einem P O 2 von bis zu 180 kPa (1,8 bar) genehmigt . Bei hohem P O 2 oder längerer Exposition riskiert der Taucher eine Sauerstofftoxizität, die zu einem Anfall führen kann . Jedes Atemgas hat eine maximale Einsatztiefe , die durch seinen Sauerstoffgehalt bestimmt wird. Zur therapeutischen Rekompression und hyperbaren Sauerstofftherapie werden in der Kammer üblicherweise Partialdrücke von 2,8 bar verwendet, es besteht jedoch keine Ertrinkungsgefahr bei Bewusstlosigkeit des Insassen. Für längere Zeiträume wie beim Sättigungstauchen können 0,4 bar über mehrere Wochen toleriert werden.

Sauerstoffanalysatoren werden verwendet, um den Sauerstoffpartialdruck im Gasgemisch zu messen.

Divox ist für den Tauchgebrauch gekennzeichneter Atemsauerstoff. In den Niederlanden gilt reiner Sauerstoff zum Atmen im Gegensatz zu industriellem Sauerstoff, wie er zum Schweißen verwendet wird , als Medizin und ist nur auf ärztliche Verschreibung erhältlich . Die Tauchindustrie hat Divox als Marke für Atemsauerstoff registriert , um die strengen Regeln für medizinischen Sauerstoff zu umgehen und so (Freizeit-) Tauchern die Beschaffung von Sauerstoff zum Mischen ihres Atemgases zu erleichtern . In den meisten Ländern gibt es keinen Unterschied in der Reinheit zwischen medizinischem Sauerstoff und industriellem Sauerstoff, da sie nach genau den gleichen Methoden und Herstellern hergestellt, aber unterschiedlich gekennzeichnet und abgefüllt werden. Der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht darin, dass der Protokollierungspfad für medizinischen Sauerstoff viel umfangreicher ist, um den genauen Herstellungspfad einer "Charge" oder einer Sauerstoffcharge leichter zu identifizieren, falls Probleme mit seiner Reinheit festgestellt werden. Luftsauerstoff in Luftfahrtqualität ähnelt medizinischem Sauerstoff, kann jedoch einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt aufweisen.

Stickstoff

Stickstoff (N 2 ) ist ein zweiatomiges Gas und der Hauptbestandteil von Luft , dem billigsten und am häufigsten verwendeten Atemgas zum Tauchen. Es verursacht beim Taucher eine Stickstoffnarkose , daher ist seine Verwendung auf flachere Tauchgänge beschränkt. Stickstoff kann Dekompressionskrankheiten verursachen .

Die äquivalente Lufttiefe wird verwendet, um den Dekompressionsbedarf eines Nitrox (Sauerstoff/Stickstoff) -Gemisches abzuschätzen . Die äquivalente narkotische Tiefe wird verwendet, um die narkotische Potenz von Trimix (Sauerstoff/Helium/Stickstoff-Gemisch) abzuschätzen . Viele Taucher finden, dass die Narkose, die durch einen 30-m-Tauchgang verursacht wird, während sie Luft atmen, ein angenehmes Maximum ist.

Stickstoff in einem Gasgemisch wird fast immer durch Zugabe von Luft zum Gemisch gewonnen.

Helium

2% Heliox-Speicher-Quad. Bei Drücken über 90 msw sind 2 Vol.-% Sauerstoff ausreichend.

Helium (He) ist ein Inertgas, das bei gleichem Druck weniger narkotisch ist als Stickstoff (tatsächlich gibt es überhaupt keine Hinweise auf eine Narkose durch Helium), und es hat eine viel geringere Dichte, so dass es für tiefere Tauchgänge besser geeignet ist als Stickstoff. Ebenso kann Helium Dekompressionskrankheiten verursachen . Bei hohen Drücken verursacht Helium auch das Hochdruck-Nervensyndrom , ein Reizsyndrom des zentralen Nervensystems, das in gewisser Weise der Narkose entgegengesetzt ist.

Heliummischungsfüllungen sind aufgrund der Kosten für Helium und der Kosten für das Mischen und Komprimieren der Mischung erheblich teurer als Luftfüllungen.

Helium ist wegen seiner schlechten Wärmeisolationseigenschaften nicht zum Aufblasen von Trockentauchanzügen geeignet – im Vergleich zu Luft, die als vernünftiger Isolator gilt, hat Helium die sechsfache Wärmeleitfähigkeit. Das niedrige Molekulargewicht von Helium (einatomiges MW = 4, verglichen mit zweiatomigem Stickstoff MW = 28) erhöht die Klangfarbe der Stimme des Atmers, was die Kommunikation behindern kann. Dies liegt daran, dass die Schallgeschwindigkeit in einem Gas mit niedrigerem Molekulargewicht höher ist, was die Resonanzfrequenz der Stimmbänder erhöht. Helium tritt aus beschädigten oder fehlerhaften Ventilen leichter aus als aus anderen Gasen, da Heliumatome kleiner sind, so dass sie durch kleinere Lücken in Dichtungen hindurchtreten können .

Helium kommt in nennenswerten Mengen nur in Erdgas vor , aus dem es bei niedrigen Temperaturen durch fraktionierte Destillation gewonnen wird.

Neon

Neon (Ne) ist ein Inertgas, das manchmal beim kommerziellen Tieftauchen verwendet wird, aber sehr teuer ist. Wie Helium ist es weniger narkotisch als Stickstoff, aber im Gegensatz zu Helium verzerrt es die Stimme des Tauchers nicht. Im Vergleich zu Helium hat Neon überlegene wärmeisolierende Eigenschaften.

Wasserstoff

Wasserstoff (H 2 ) wurde in Gasgemischen für Tieftauchgänge verwendet, ist jedoch sehr explosiv, wenn er mit mehr als etwa 4 bis 5 % Sauerstoff vermischt wird (wie der in Atemgas enthaltene Sauerstoff). Dies beschränkt die Verwendung von Wasserstoff auf tiefe Tauchgänge und erfordert komplizierte Protokolle, um sicherzustellen, dass überschüssiger Sauerstoff aus der Atemausrüstung entfernt wird, bevor mit dem Einatmen von Wasserstoff begonnen wird. Wie Helium erhöht es das Timbre der Stimme des Tauchers. Das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, wenn es als Tauchgas verwendet wird, wird manchmal als Hydrox bezeichnet . Gemische, die sowohl Wasserstoff als auch Helium als Verdünnungsmittel enthalten, werden als Hydreliox bezeichnet.

Unerwünschte Bestandteile von Atemgasen beim Tauchen

Viele Gase sind für die Verwendung beim Tauchen mit Atemgasen nicht geeignet. Hier ist eine unvollständige Liste von Gasen, die üblicherweise in einer Tauchumgebung vorhanden sind:

Argon

Argon (Ar) ist ein Inertgas, das stärker narkotisch ist als Stickstoff und daher im Allgemeinen nicht als Atemgas für Taucher geeignet. Argox wird für die Dekompressionsforschung verwendet. Es wird manchmal zum Aufblasen von Trockentauchanzügen von Tauchern verwendet, deren primäres Atemgas auf Helium basiert, aufgrund der guten Wärmeisolierungseigenschaften von Argon. Argon ist teurer als Luft oder Sauerstoff, aber deutlich günstiger als Helium. Argon ist ein Bestandteil der natürlichen Luft und macht 0,934 Vol.-% der Erdatmosphäre aus.

Kohlendioxid

Kohlendioxid (CO 2 ) entsteht im Stoffwechsel des menschlichen Körpers und kann zu einer Kohlendioxidvergiftung führen . Wenn Atemgas in einem Rebreather- oder Lebenserhaltungssystem recycelt wird , wird das Kohlendioxid durch Wäscher entfernt, bevor das Gas wiederverwendet wird.

Kohlenmonoxid

Kohlenmonoxid (CO) ist ein hochgiftiges Gas, das mit Disauerstoff um die Bindung an Hämoglobin konkurriert und dadurch den Sauerstofftransport im Blut verhindert (siehe Kohlenmonoxidvergiftung ). Es wird typischerweise durch unvollständige Verbrennung hergestellt . Vier gängige Quellen sind:

  • Abgas von Verbrennungsmotoren, das CO in der Luft enthält, die in einen Tauchluftkompressor gesaugt wird . CO in der Ansaugluft kann durch keinen Filter gestoppt werden. Die Abgase aller Verbrennungsmotoren, die mit Erdölkraftstoffen betrieben werden, enthalten etwas CO, und dies ist ein besonderes Problem bei Booten, wo der Einlass des Kompressors nicht beliebig weit von den Motor- und Kompressorauspuffen entfernt werden kann.
  • Das Erhitzen von Schmiermitteln innerhalb des Kompressors kann diese ausreichend verdampfen, um einem Kompressoreinlass oder einer Einlasssystemleitung zur Verfügung zu stehen.
  • In einigen Fällen kann Kohlenwasserstoff-Schmieröl direkt durch beschädigte oder verschlissene Dichtungen in den Zylinder des Kompressors gesaugt werden, und das Öl kann (und wird normalerweise) dann einer Verbrennung unterliegen und durch das immense Verdichtungsverhältnis und den nachfolgenden Temperaturanstieg entzündet werden. Da Schweröle nicht gut brennen – insbesondere wenn sie nicht richtig zerstäubt werden – führt eine unvollständige Verbrennung zur Bildung von Kohlenmonoxid.
  • Es wird angenommen, dass ein ähnlicher Prozess möglicherweise bei jedem Partikelmaterial passiert, das "organische" (kohlenstoffhaltige) Stoffe enthält, insbesondere in Flaschen, die für hyperoxische Gasgemische verwendet werden. Wenn der/die Luftfilter des Kompressors ausfallen, wird gewöhnlicher Staub in den Zylinder eingebracht, der organisches Material enthält (da es normalerweise Humus enthält ). Eine größere Gefahr besteht darin, dass Luftpartikel auf Booten und Industriegebieten, in denen Flaschen gefüllt werden, oft kohlenstoffhaltige Verbrennungsprodukte enthalten (diese machen einen Schmutzlappen schwarz), und diese stellen eine größere CO-Gefahr dar, wenn sie in eine Flasche eingebracht werden .

Kohlenmonoxid wird im Allgemeinen so weit wie möglich vermieden, indem der Lufteinlass in unverschmutzter Luft positioniert wird, Partikel aus der Ansaugluft gefiltert werden, eine geeignete Kompressorkonstruktion und geeignete Schmiermittel verwendet werden und sichergestellt wird, dass die Betriebstemperaturen nicht zu hoch sind. Bei zu hohem Restrisiko kann im Hochdruckfilter ein Hopcalit- Katalysator eingesetzt werden, um Kohlenmonoxid in weit weniger toxisches Kohlendioxid umzuwandeln.

Kohlenwasserstoffe

Kohlenwasserstoffe (C x H y ) sind in Kompressorschmierstoffen und -kraftstoffen enthalten . Sie können durch Verschmutzung, Undichtigkeiten oder durch unvollständige Verbrennung in der Nähe des Lufteinlasses in Tauchflaschen gelangen.

  • Sie können bei der Verbrennung als Brennstoff wirken und die Explosionsgefahr erhöhen , insbesondere in sauerstoffreichen Gasgemischen.
  • Das Einatmen von Ölnebel kann die Lunge schädigen und schließlich dazu führen, dass die Lunge mit schwerer Lipidpneumonie oder Emphysem degeneriert .

Feuchtigkeitsgehalt

Durch das Komprimieren von Gas in eine Tauchflasche wird dem Gas Feuchtigkeit entzogen. Dies ist gut für den Korrosionsschutz in der Flasche, bedeutet aber, dass der Taucher sehr trockenes Gas einatmet. Das trockene Gas entzieht den Lungen des Tauchers unter Wasser Feuchtigkeit und trägt zur Dehydration bei , die auch als prädisponierender Risikofaktor für die Dekompressionskrankheit gilt . Es ist auch unangenehm, verursacht Mund- und Rachentrockenheit und macht den Taucher durstig. Dieses Problem wird bei Rebreathern verringert, da die Atemkalkreaktion , die Kohlendioxid entfernt, auch Feuchtigkeit in das Atemgas zurückführt, und die relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur des ausgeatmeten Gases relativ hoch ist und ein kumulativer Effekt durch die Rückatmung besteht. In heißen Klimazonen kann das Tauchen mit offenem Kreislauf die Hitzeerschöpfung aufgrund von Dehydration beschleunigen . Ein weiteres Problem im Hinblick auf den Feuchtigkeitsgehalt ist die Neigung der Feuchtigkeit, zu kondensieren, wenn das Gas beim Durchströmen des Reglers dekomprimiert wird; dies in Verbindung mit der extremen Temperatursenkung, auch durch die Dekompression, kann dazu führen, dass die Feuchtigkeit zu Eis erstarrt. Diese Vereisung in einem Regler kann dazu führen, dass sich bewegliche Teile festfressen und der Regler ausfällt oder frei fließt. Dies ist einer der Gründe, warum Tauchregler im Allgemeinen aus Messing bestehen und (zum Schutz) verchromt sind. Messing mit seinen guten Wärmeleiteigenschaften leitet die Wärme aus dem umgebenden Wasser schnell an die kalte, frisch dekomprimierte Luft ab und hilft so, Vereisung zu vermeiden.

Gasanalyse

Elektrogalvanische Brennstoffzelle, wie sie in einem Tauchrebreather verwendet wird

Gasgemische müssen im Allgemeinen entweder im Prozess oder nach dem Vermischen zur Qualitätskontrolle analysiert werden. Dies ist besonders wichtig bei Atemgasgemischen, bei denen Fehler die Gesundheit und Sicherheit des Endbenutzers beeinträchtigen können. Die meisten wahrscheinlich in Tauchflaschen vorkommenden Gase sind schwer zu erkennen, da sie farb-, geruchs- und geschmacklos sind. Für einige Gase gibt es elektronische Sensoren, wie Sauerstoffanalysatoren , Heliumanalysatoren , Kohlenmonoxid-Detektoren und Kohlendioxid- Detektoren. Sauerstoffanalysatoren werden häufig unter Wasser in Rebreathern gefunden . Sauerstoff- und Heliumanalysatoren werden häufig an der Oberfläche während der Gasmischung verwendet , um den Prozentsatz von Sauerstoff oder Helium in einem Atemgasgemisch zu bestimmen. Chemische und andere Arten von Gasdetektionsverfahren werden beim Sporttauchen nicht oft verwendet, werden jedoch für die regelmäßige Qualitätsprüfung von komprimierter Atemluft von Tauchluftkompressoren verwendet.

Atemgasnormen

Normen zur Atemgasqualität werden von nationalen und internationalen Organisationen veröffentlicht und können gesetzlich durchgesetzt werden. In Großbritannien weist die Health and Safety Executive darauf hin, dass die Anforderungen an Atemgase für Taucher auf der BS EN 12021:2014 basieren. Die Spezifikationen sind für sauerstoffverträgliche Luft, Nitrox-Gemische, die durch Zugabe von Sauerstoff, Entfernen von Stickstoff oder Mischen von Stickstoff und Sauerstoff hergestellt werden, Gemische aus Helium und Sauerstoff (Heliox), Gemische aus Helium, Stickstoff und Sauerstoff (Trimix) und reinen Sauerstoff aufgeführt, z sowohl für offene Kreislauf- und Rückgewinnungssysteme als auch für Hochdruck- und Niederdruckversorgung (über und unter 40 bar Versorgung).

Der Sauerstoffgehalt ist abhängig von der Arbeitstiefe variabel, aber die Toleranz hängt vom Gasanteilbereich ab und beträgt ±0,25 % für einen Sauerstoffanteil unter 10 Vol.-%, ±0,5 % für einen Anteil zwischen 10 % und 20 % und ±1 % für einen Bruchteil über 20 %.

Der Wassergehalt wird durch die Gefahr der Vereisung von Regelventilen und der Korrosion der Einschlussoberflächen begrenzt – höhere Luftfeuchtigkeit ist kein physiologisches Problem – und ist im Allgemeinen ein Faktor für den Taupunkt .

Andere spezifizierte Verunreinigungen sind Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Öl und flüchtige Kohlenwasserstoffe, die durch toxische Wirkungen begrenzt sind. Andere mögliche Schadstoffe sollten auf der Grundlage der Risikobewertung analysiert werden, und die erforderliche Häufigkeit der Tests auf Schadstoffe basiert ebenfalls auf der Risikobewertung.

In Australien wird die Atemluftqualität durch den australischen Standard 2299.1, Abschnitt 3.13 Atemgasqualität, spezifiziert.

Tauchgasmischung

Luft-, Sauerstoff- und Helium-Partialdruck-Gasmischsystem
Installation eines kontinuierlichen Nitrox-Mischkompressors

Gasmischen (oder Gasmischen) von Atemgasen für das Tauchen ist das Füllen von Gasflaschen mit Nicht- Luft- Atemgasen.

Das Befüllen von Flaschen mit einem Gasgemisch birgt Gefahren sowohl für den Füller als auch für den Taucher. Beim Befüllen besteht Brandgefahr durch die Verwendung von Sauerstoff und Explosionsgefahr durch die Verwendung von Hochdruckgasen. Die Zusammensetzung der Mischung muss für die Tiefe und Dauer des geplanten Tauchgangs sicher sein. Wenn die Sauerstoffkonzentration zu gering ist, kann der Taucher aufgrund von Hypoxie das Bewusstsein verlieren, und wenn sie zu fett ist, kann der Taucher eine Sauerstoffvergiftung erleiden . Die Konzentration von Inertgasen wie Stickstoff und Helium wird geplant und kontrolliert, um Stickstoffnarkose und Dekompressionskrankheit zu vermeiden.

Zu den verwendeten Verfahren gehören chargenweises Mischen durch Partialdruck oder nach Massenanteil und kontinuierliche Mischverfahren. Fertige Mischungen werden zur Sicherheit des Anwenders auf ihre Zusammensetzung hin analysiert. Gasmischer können gesetzlich verpflichtet sein, die Befähigung nachzuweisen, wenn sie für andere Personen befüllt werden.

Dichte

Eine zu hohe Dichte eines Atemgases kann die Atemarbeit auf ein unerträgliches Maß anheben und kann bei niedrigeren Dichten zu einer Kohlendioxidretention führen. Helium wird als Komponente zur Verringerung der Dichte sowie zur Verringerung der Narkose in der Tiefe verwendet. Wie der Partialdruck ist die Dichte eines Gasgemisches proportional zum Volumenanteil der Komponentengase und zum Absolutdruck. Die idealen Gasgesetze sind für Gase mit atembaren Drücken ausreichend genau.

Die Dichte eines Gasgemisches bei gegebener Temperatur und Druck kann wie folgt berechnet werden:

ρ m = (ρ 1 V 1 + ρ 2 V 2 + .. + ρ n V n ) / (V 1 + V 2 + ... + V n )

wo

ρ m = Dichte des Gasgemisches
ρ 1 ... ρ n = Dichte jeder der Komponenten
V 1 ... V n = Teilvolumen jedes der Komponentengase

Da der Gasanteil F i (Volumenanteil) jedes Gases ausgedrückt werden kann als V i / (V 1 + V 2 + ... + V n )

durch Ersatz,

ρ m = (ρ 1 F 1 + ρ 2 F 2 + .. + ρ n F n )

Hypobare Atemgase

Astronaut in einem Orlan-Raumanzug , außerhalb der Internationalen Raumstation

Atemgase für den Einsatz bei reduziertem Umgebungsdruck für Höhenflug in drucklos verwendet Flugzeug , in der Raumfahrt , insbesondere in Raumanzügen , und für Höhenbergsteigen . In allen diesen Fällen wird die primäre Überlegung einen ausreichenden Bereitstellung Partialdrucks von Sauerstoff. In einigen Fällen wird dem Atemgas Sauerstoff zugesetzt, um eine ausreichende Konzentration zu erreichen, und in anderen Fällen kann das Atemgas reiner oder nahezu reiner Sauerstoff sein. Geschlossene Kreislaufsysteme können verwendet werden, um das Atemgas zu sparen, das möglicherweise nur begrenzt verfügbar ist - im Falle des Bergsteigens muss der Benutzer den zusätzlichen Sauerstoff tragen, und in der Raumfahrt sind die Kosten für das Heben der Masse in die Umlaufbahn sehr hoch.

Medizinische Atemgase

Die medizinische Verwendung anderer Atemgase als Luft umfasst Sauerstofftherapie und Anästhesieanwendungen.

Sauerstoff Therapie

Eine Person, die eine einfache Gesichtsmaske für die Sauerstofftherapie trägt

Sauerstoff wird vom Menschen für einen normalen Zellstoffwechsel benötigt . Luft besteht typischerweise aus 21 Vol.-% Sauerstoff. Dies ist normalerweise ausreichend, aber unter Umständen ist die Sauerstoffversorgung des Gewebes beeinträchtigt.

Sauerstofftherapie , auch als ergänzender Sauerstoff bekannt, ist die Verwendung von Sauerstoff als medizinische Behandlung . Dies kann bei niedrigem Blutsauerstoff , Kohlenmonoxid-Toxizität , Cluster-Kopfschmerzen und der Aufrechterhaltung von ausreichend Sauerstoff während der Verabreichung von inhalativen Anästhetika einschließen . Langzeitsauerstoff ist oft nützlich bei Menschen mit chronisch niedrigem Sauerstoffgehalt, wie z. B. bei schwerer COPD oder Mukoviszidose . Sauerstoff kann auf verschiedene Weise verabreicht werden , einschließlich Nasenkanüle , Gesichtsmaske und in einer Überdruckkammer .

Hohe Sauerstoffkonzentrationen können Sauerstofftoxizität wie Lungenschäden verursachen oder bei prädisponierten Personen zu Atemversagen führen . Es kann auch die Nase austrocknen und das Risiko von Bränden in denen erhöhen , die rauchen . Die empfohlene Zielsauerstoffsättigung hängt von der zu behandelnden Erkrankung ab. In den meisten Fällen wird eine Sättigung von 94-98% empfohlen, während bei Patienten mit einem Risiko einer Kohlendioxidretention eine Sättigung von 88-92% bevorzugt wird und bei Patienten mit Kohlenmonoxidtoxizität oder Herzstillstand die Sättigung so hoch wie möglich sein sollte.

Die Verwendung von Sauerstoff in der Medizin wurde um 1917 herum üblich. Es steht auf der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der Weltgesundheitsorganisation , den sichersten und wirksamsten Arzneimitteln, die in einem Gesundheitssystem benötigt werden . Die Kosten für Sauerstoff zu Hause betragen etwa 150 US-Dollar pro Monat in Brasilien und 400 US-Dollar pro Monat in den Vereinigten Staaten. Heimsauerstoff kann entweder durch Sauerstofftanks oder einen Sauerstoffkonzentrator bereitgestellt werden . Es wird angenommen, dass Sauerstoff die häufigste Behandlung ist, die in Krankenhäusern in den Industrieländern verabreicht wird .

Anästhesiegase

Ein Verdampfer enthält ein flüssiges Anästhetikum und wandelt es in Gas zur Inhalation um (in diesem Fall Sevofluran)
Ein Narkosegerät.
Flaschen mit Sevofluran , Isofluran , Enfluran und Desfluran , den üblichen fluorierten Ether- Anästhetika, die in der klinischen Praxis verwendet werden. Diese Mittel sind aus Sicherheitsgründen farblich gekennzeichnet. Beachten Sie die spezielle Armatur für Desfluran, das bei Raumtemperatur siedet .

Der gebräuchlichste Ansatz zur Vollnarkose ist die Verwendung von inhalativen Vollnarkosemitteln. Jeder hat seine eigene Potenz, die mit seiner Löslichkeit in Öl korreliert. Diese Beziehung besteht, weil die Medikamente direkt an Hohlräume in Proteinen des Zentralnervensystems binden, obwohl mehrere Theorien über die allgemeine anästhetische Wirkung beschrieben wurden. Es wird angenommen, dass Inhalationsanästhetika ihre Wirkung auf verschiedene Teile des Zentralnervensystems genau bestimmen. So resultiert die immobilisierende Wirkung von Inhalationsanästhetika aus einer Wirkung auf das Rückenmark, während Sedierung, Hypnose und Amnesie Bereiche im Gehirn betreffen.

Ein Inhalationsanästhetikum ist eine chemische Verbindung mit allgemeinanästhetischen Eigenschaften, die durch Inhalation abgegeben werden kann. Mittel von bedeutendem gegenwärtigem klinischem Interesse umfassen flüchtige Anästhetika wie Isofluran , Sevofluran und Desfluran und Anästhesiegase wie Lachgas und Xenon .

Verwaltung

Anästhesiegase werden von Anästhesisten (ein Begriff, der Anästhesisten , Anästhesieschwestern und Anästhesistenassistenten umfasst ) über eine Anästhesiemaske, einen Kehlkopfmasken-Atemweg oder einen Trachealtubus verabreicht , der an einen Anästhesieverdampfer und ein Anästhesieverabreichungssystem angeschlossen ist . Das Narkosegerät (UK-Englisch) bzw. Anästhesiegerät (US-Englisch) oder Boyle's Machine wird zur Unterstützung der Narkoseverabreichung eingesetzt . Die in den Industrieländern am häufigsten verwendete Art von Anästhesiegerät ist das kontinuierliche Anästhesiegerät, das eine genaue und kontinuierliche Versorgung mit medizinischen Gasen (wie Sauerstoff und Lachgas ) bietet, gemischt mit einer genauen Konzentration des Anästhetikums Dampf (wie z. B. Isofluran ) und geben diesen mit einem sicheren Druck und Fluss an den Patienten ab . Moderne Maschinen enthalten ein Beatmungsgerät , eine Absaugeinheit und Patientenüberwachungsgeräte . Das ausgeatmete Gas wird durch einen Wäscher geleitet, um Kohlendioxid zu entfernen, und der Anästhesiedampf und der Sauerstoff werden nach Bedarf aufgefüllt, bevor das Gemisch dem Patienten zurückgegeben wird.

Siehe auch

  • Mechanische Beatmung  – Methode zur mechanischen Unterstützung oder zum Ersatz der Spontanatmung
  • Tauchluftkompressor  – Maschine zum Komprimieren von Atemluft für Unterwassertaucher
  • Tauchflasche  – Hochdruck-Druckgasflasche zum Speichern und Liefern von Atemgas für das Tauchen
  • Booster - Pumpe  - Maschinen Druck eines Fluids zu erhöhen
  • Industriegas  – Gasförmige Stoffe, die für den Einsatz in der Industrie hergestellt werden

Verweise

Externe Links