Oddychająca gaz jest mieszaniną gazów i związków chemicznych stosowanych do oddychania .
Powietrza jest najczęściej gazu oddechowego i naturalne, lecz zakres czyste gazy, lub mieszaniny gazowe są stosowane w urządzeniu oddechowym lub środowiska zamkniętego urządzenia do nurkowania , sprzęt nurkowy zapewnia powierzchnię, komorach dekompresyjnych, okręty podwodne, kombinezonów kosmicznych statki kosmiczne, sprzęt do podtrzymywania życia i pierwszej pomocy, alpinizm na dużych wysokościach i aparaty do znieczulenia.
Tlenu jest istotnym elementem dla wszystkich gazów oddechowych, przy cząstkowym ciśnieniu pomiędzy około 0,16 a 1,60 bar przy ciśnieniu otoczenia. Tlen jest zwykle jedynym składnikiem aktywnym metabolicznie, chyba że gaz jest mieszaniną znieczulającą. Część tlenu w gazie oddechowym jest zużywana w procesach metabolicznych, a składniki obojętne pozostają niezmienione i służą głównie do rozcieńczania tlenu do odpowiedniego stężenia, dlatego też są znane jako gaz rozcieńczający. Dlatego większość gazów oddechowych jest mieszaniną tlenu i jednego lub więcej gazów obojętnych . Inne gazy oddechowe zostały opracowane w celu poprawy wydajności zwykłego powietrza poprzez zmniejszenie ryzyka choroby dekompresyjnej poprzez skrócenie czasu trwania przystanków dekompresyjnych , zmniejszenie narkozy azotowej lub umożliwienie bardziej pewnych głębokich nurkowań .
Gaz oddechowy bezpieczny do użytku hiperbarycznego ma trzy podstawowe cechy:
Techniki stosowane do wypełnienia nurkowania zbiorniki z gazy inne niż powietrze są nazywane mieszania gazu.
Gazy oddechowe stosowane przy ciśnieniu otoczenia poniżej normalnego ciśnienia atmosferycznego są zwykle wzbogacane w powietrze z tlenem, aby zapewnić dostateczną ilość tlenu do podtrzymania życia i świadomości lub umożliwić poziomy wysiłku wyższe niż te, które byłyby możliwe przy użyciu powietrza. Powszechne jest dostarczanie dodatkowego tlenu w postaci czystego gazu dodawanego do wdychanego powietrza podczas inhalacji lub jako system podtrzymywania życia.
Te typowe gazy oddechowe używane w nurkowaniu są używane:
Tlen (O²) musi być obecny w każdym gazie oddechowym. Dzieje się tak, ponieważ jest niezbędna dla procesu metabolicznego organizmu ludzkiego, który podtrzymuje życie. Ciało ludzkie nie może przechowywać tlenu do późniejszego wykorzystania, tak jak ma to miejsce w przypadku jedzenia. Jeśli organizm pozbawiony jest tlenu na dłużej niż kilka minut, może to spowodować utratę przytomności i śmierć. Tkanki i narządy ciała (zwłaszcza serce i mózg) ulegają uszkodzeniu, jeśli pozbawione są tlenu na dłużej niż cztery minuty.
Napełnienie butli czystym tlenem kosztuje około pięć razy więcej niż napełnienie jej sprężonym powietrzem. Ponieważ tlen sprzyja spalaniu i powoduje rdzę w zbiornikach do nurkowania, należy obchodzić się z nim ostrożnie podczas mieszania gazów.
Tlen historycznie został otrzymany przez frakcjonowaną destylację ciekłego powietrza, ale w coraz większym stopniu otrzymany przez nie kriogenicznego technologii, takich jak ciśnienie wychylenia adsorpcji (PSA lub adsorpcji zmiennociśnieniowej ) i ciśnienie wychylenia adsorpcji. Oscylacji próżniowej (VPSA lub podciśnienia Swing Adsorption ).
Frakcja tlenuCzęść składnika tlenu w mieszaninie gazów oddechowych jest czasami używana do nazwania mieszaniny:
Udział tlenu określa największą głębokość, na jakiej można bezpiecznie stosować mieszaninę, aby uniknąć toksyczności tlenu. Ta głębokość nazywana jest maksymalną głębokością operacyjną .
Ciśnienie parcjalne tlenuStężenie tlenu w mieszaninie gazów zależy od frakcji i ciśnienia mieszanki. Wyraża się go jako ciśnienie parcjalne tlenu (ppO 2 ).
Ciśnienie parcjalne dowolnego składnika gazu w mieszaninie oblicza się w następujący sposób:
Ciśnienie parcjalne = całkowite ciśnienie bezwzględne × ułamek objętościowy składnika gazowegoDla składnika tlenowego
PpO² = P × FO²
gdzie:
PpO² = ciśnienie parcjalne tlenu
P = ciśnienie całkowite
FO² = ułamek objętościowy zawartości tlenu
Minimalne ciśnienie parcjalne tlenu w gazie oddechowym wynosi zwykle 16 kPa (0,16 bara). Poniżej tego ciśnienia parcjalnego nurek jest narażony na utratę przytomności i śmierć z powodu niedotlenienia , w zależności od czynników, takich jak indywidualna fizjologia i poziom wysiłku. Kiedy hipoksyczna mieszanina jest wdmuchiwana do płytkiej wody, może nie mieć wystarczająco wysokiego PpO², aby utrzymać świadomość nurka. Z tego powodu normoksyczne lub hiperoksyczne „gazy podróżne” są używane na średniej głębokości pomiędzy fazą „dna” i „dekompresyjną” nurkowania.
Maksymalne bezpieczeństwo PpO² w gazie oddechowym zależy od czasu ekspozycji, poziomu wysiłku i bezpieczeństwa używanego sprzętu do oddychania. Zwykle wynosi od 100 kPa (1 bar) do 160 kPa (1,6 bar); W przypadku nurkowań trwających krócej niż trzy godziny, powszechnie uważa się, że wynosi ono 140 kPa (1,4 bara), chociaż marynarka wojenna Stanów Zjednoczonych została dopuszczona do nurkowania przy PpO² 180 kPa (1,8 bara). W przypadku wysokiego narażenia na PpO² lub więcej, nurek może doświadczyć toksyczności tlenu, co może prowadzić do drgawek. Każdy gaz do oddychania ma maksymalną głębokość operacyjną, która jest określana na podstawie zawartości tlenu. W przypadku terapeutycznej rekompresji i tlenoterapii hiperbarycznej w komorze powszechnie stosuje się ciśnienie parcjalne 2,8 bara, ale nie ma ryzyka utonięcia w przypadku utraty przytomności przez pasażera.
Analizatory tlenu służą do pomiaru PpO² w mieszaninie gazów.
„Divox” to tlen. W Holandii czysty tlen do oddychania jest uważany za lek, w przeciwieństwie do tlenu przemysłowego, takiego jak stosowany w spawalnictwie , i jest dostępny wyłącznie na receptę . Branża nurkowa zarejestrowała Divox jako znak towarowy oddychania tlenem o wysokiej jakości, aby ominąć surowe zasady dotyczące tlenu medycznego, ułatwiając nurkom (rekreacyjnym) uzyskanie tlenu do mieszania gazów oddechowych. W większości krajów nie ma różnicy w czystości tlenu medycznego i tlenu przemysłowego, ponieważ są one wytwarzane dokładnie tymi samymi metodami i przez tych samych producentów, ale inaczej oznakowane i butelkowane. Główna różnica między nimi polega na tym, że ścieżka papierowa jest znacznie szersza w przypadku tlenu medycznego, aby łatwiej było zidentyfikować dokładny ślad produkcyjny „partii” lub partii tlenu, w której wykrytoby problemy z czystością. Tlen klasy lotniczej jest podobny do tlenu medycznego, ale może mieć niższą zawartość wilgoci.
Azotu (N 2 ) jest dwuatomowy gazu i głównym składnikiem powietrza, najtańszy gazu oddechowego i najczęściej używane do nurkowania. Powoduje narkozę azotową u nurka, dlatego jego stosowanie ogranicza się do płytszych nurkowań. Azot może powodować chorobę dekompresyjną .
Równoważne głębokość powietrze jest używane do wyznaczenia wymagania dekompresję mieszaniny nitroksie (tlen / azot).
Równoważne narkotyczny głębokość jest stosowany w celu oszacowania siły działania narkotyczne trimiksie (mieszanina / hel / azot, tlen). Wielu nurków uważa, że poziom narkozy wywołanej nurkowaniem na 30 m, podczas oddychania powietrzem, jest maksymalnym komfortem.
Azot w mieszaninie gazów jest prawie zawsze uzyskiwany przez dodanie powietrza do mieszaniny.
Hel (He) jest gazem obojętnym, który jest mniej narkotyczny niż azot przy równoważnym ciśnieniu (w rzeczywistości nie ma żadnych oznak narkozy helowej), więc jest bardziej odpowiedni do dłuższych nurkowań, głębszych niż azot. Hel może również powodować chorobę dekompresyjną. Pod wysokim ciśnieniem hel powoduje również zespół nerwowy wysokiego ciśnienia , który jest zespołem podrażnienia ośrodkowego układu nerwowego , nieco przeciwstawiającemu się narkozie.
Uzupełnienia helu generalnie kosztują dziesięć razy więcej niż równoważne uzupełnienia powietrzem.
Hel nie nadaje się zbyt dobrze do napełniania suchego skafandra ze względu na jego słabe właściwości termoizolacyjne - hel jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła (w porównaniu z powietrzem). Niska masa molowa helu (4 g / mol , w porównaniu z diazotem (28 g / mol ) i ditlenem (32 g / mol )) zwiększa barwę głosu nurka, co może utrudniać komunikację. Dźwięk jest szybszy w gazach o niższej masie cząsteczkowej, co zwiększa częstotliwość rezonansową strun głosowych Hel łatwiej ucieka z uszkodzonych lub wadliwych zastawek niż inne gazy, ponieważ atomy helu są mniejsze, co pozwala im przejść przez mniejsze szczeliny w stawach.
Hel występuje tylko w znacznych ilościach w gazie ziemnym, skąd jest ekstrahowany w niskich temperaturach poprzez destylację frakcyjną.
Świecący (NE) są czasami stosowane w głębokie nurkowanie handlowej obojętnego gazu, ale jest bardzo kosztowny. Podobnie jak hel, jest mniej narkotyczny niż azot, ale w przeciwieństwie do helu nie zniekształca głosu nurka.
Wodoru (H 2 ) użyto w mieszankach głębokiego gazu nurkowego, ale jest silnie wybuchowy, gdy miesza się z więcej niż 4 do 5% tlenu (na przykład tlenu w gazie dróg oddechowych). Ogranicza to użycie wodoru podczas głębokich nurkowań i narzuca skomplikowane protokoły zapewniające usuwanie nadmiaru tlenu ze sprzętu do oddychania, zanim wodór zacznie oddychać. Podobnie jak hel, podnosi barwę głosu nurka. Mieszanina wodoru i tlenu stosowana jako gaz do nurkowania jest czasami nazywana hydroksem . Mieszaniny zawierające zarówno wodór, jak i hel jako rozcieńczalniki, nazywane są Hydrelioksem .
Wiele gazów nie nadaje się do stosowania w nurkowaniu z gazami do oddychania.
Oto niepełna lista gazów powszechnie występujących w środowisku nurkowym:
Argon (Ar) to gaz obojętny, który jest bardziej narkotyczny niż azot, który generalnie nie nadaje się jako gaz oddechowy do nurkowania. Argox służy do wyszukiwania dekompresji. Jest czasami używany do nadmuchiwania suchej odzieży przez nurków, których podstawowym gazem do oddychania jest hel, ze względu na dobre właściwości termoizolacyjne argonu. Argon jest droższy niż powietrze lub tlen, ale znacznie tańszy niż hel.
Dwutlenek węgla (CO 2) jest wytwarzany przez metabolizm w organizmie człowieka i może powodować zatrucie dwutlenkiem węgla. Kiedy gaz do oddychania jest zawracany do systemu rebreather , dwutlenek węgla jest usuwany przez płuczki, zanim gaz zostanie ponownie użyty.
W wyniku niepełnego spalania powstaje tlenek węgla (CO). Zobacz zatrucie tlenkiem węgla .
Cztery typowe źródła to:
Węglowodór (C x H y ) są obecne w środkach smarowych i paliw sprężarki. Mogą dostać się do butli w wyniku zanieczyszczenia, nieszczelności lub niepełnego spalania w pobliżu wlotu powietrza.
Proces sprężania gazu w butlą zbiornika usuwa wilgoć z gazu. Jest to dobre dla zapobiegania korozji w zbiorniku z akwalungiem, ale oznacza, że nurek wdycha bardzo suchy gaz. Suchy gaz usuwa wilgoć z płuc nurka, przyczyniając się jednocześnie do odwodnienia, które jest również uważane za czynnik predysponujący do ryzyka choroby dekompresyjnej . Jest to również niewygodne, powodując suchość w ustach i gardle oraz wzmagające pragnienie nurka. Ten problem jest zmniejszony w rebreatherach, ponieważ reakcja wapna sodowego , który usuwa dwutlenek węgla , również przywraca wilgoć z powrotem do gazów oddechowych. W gorącym klimacie nurkowanie w obiegu otwartym może przyspieszyć wyczerpanie z powodu odwodnienia. Innym problemem związanym z zawartością wilgoci jest tendencja do kondensacji wilgoci, gdy gaz jest dekompresowany, gdy przechodzi przez automat do nurkowania ; to przy ekstremalnym obniżeniu temperatury, również z powodu dekompresji, może powodować krzepnięcie wilgoci jak lód. To oblodzenie regulatora może spowodować pęknięcie ruchomych części lub przejście strumienia powietrza na otwarte powietrze, a tym samym szybkie opróżnienie butli. Z tego powodu automaty do nurkowania są zwykle zbudowane z mosiądzu i chromowane (dla ochrony). Mosiądz, dzięki dobrym właściwościom przewodzenia ciepła, szybko przewodzi ciepło z otaczającej wody do świeżego, zdekompresowanego powietrza, pomagając zapobiegać oblodzeniu.
Nurkowie mają trudności z wykryciem większości gazów, które mogą znajdować się w butlach do nurkowania, ponieważ są one bezbarwne, bezwonne i pozbawione smaku. Istnieją elektroniczne czujniki niektórych gazów, takie jak analizatory tlenu, analizatory helu, detektory tlenku węgla i detektory dwutlenku węgla . Analizatory tlenu są zwykle używane pod wodą w rebreatherach . Analizatory tlenu i helu są często używane na powierzchni podczas mieszania gazów w celu określenia zawartości procentowej tlenu lub helu w mieszaninie gazów oddechowych. Chemiczne i inne rodzaje metod wykrywania gazów nie są często stosowane w nurkowaniu rekreacyjnym, ale są wykorzystywane do okresowych badań jakości sprężonego powietrza w nurkowych sprężarkach powietrza.