مخلوط های گازی
گازی که از مخلوط و ترکیب کردن دو یا چند جزء گاز مختلف با نسبت های متفاوت از ppm ، ppb تا درصد تولید می شود، گاز ترکیبی، گاز میکس، گاز مخلوط و یا چند جزئی نام دارد. به این نوع مخلوط ها، گاز استاندارد یا گاز مرجع نیز گفته می شود.
برای تولید مخلوط های گازی روش های مختلفی از جمله روش وزنی، فشار نسبی و حجمی استفاده می شود. روش وزنی شایع ترین متد و دقیق ترین روش برای تولید مخلوط های گازی است. در روش فشار نسبی از قانون دالتون برای محاسبه مقدار موجود در مخلوط گازی و در روش وزنی با توجه به وزن مولکولی گازها استفاده می شود.
که به مخلوط های گازی کالیبراسیون-مخلوط گازی صنعتی-مخلوط های گازی تنفسی-مخلوط های گازی لیزری-مخلوط های گازی پزشکی-مخلوط های گازی در صنایع غذایی و بسته بندی تقسیم می شوند.
. مخلوط های گازی کالیبراسیون:
به گاز یا مخلوط گازی که مرجع استاندارد برای کالیبره کردن تهجیزات مانند دتکتور و .. و به صورت فشرده یک یا چندگاز می باشد گاز کالیبراسیون می گویند. ترکیب گاز کالیبراسیون دارای یک گاز اصلی است که با یک یا چند گاز دیگر مخلوط شده و به دو دسته تقسیم می‌شود: کالیبراسیون صفر و گسترده.
کالیبراسیون صفر، گازی است که از هیچگونه گاز اشتعال پذیری استفاده نشده باشد، برای مثال گاز کالیبراسیون صفر برای اکسیژن یا کربن دی اکسید میتواند نیتروژن خالص باشد.
مخلوط گازی تنفسی:
گاز مخلوط تنفسی گازی است که عناصر گازی آن برای تنفس استفاده می شوند و اکسیژن یکی از اجزاء اصلی مخلوط تنفسی است و همچنین هوا شناخته شده ترین گاز تنفسی و البته طبیعی ترین گاز تنفسی است. هوا مخلوط باید دقیقا برای نوع خاص غواصی تولید شد. پارامترهایی مانند عمق غواصی، مدت زمان غواصی و زمان رفع فشار متناظر، از جمله عوامل کلیدی برای تعیین عناصر اصلی این گازها هستند.
دیگر گازهای تنفسی برای بهبود عملکرد هوا، کاهش خطر بیماری های فشاری در ریه، کاهش خواب آلودگی ناشی از غلظت بالای نیتروژن و امنیت غواصی در عمق زیاد مورد استفاده قرار می گیرند گازهای تنفسی برای استفاده در فشار محیط و فشار های کمتر از آن معمولاً مخلوطی از هوای معمولی با درصد بیشتری از اکسیژن هستند. رایج ترین گازهای تنفسی عبارت اند از: نیتروکس (Nitrox)، هلیوکس (Heliox)، تریمیکس(Trimix)
ویژگی مخلوط های گاز تنفسی:
مخلوط گازی تنفسی باید حاوی مقدار کافی اکسیژن باشد و حاوی گازهای مضر مانند مونوکسید و دی اکسید کربن نباشد. تحت فشار بالا نباید سمی شود برای مثال گاز از قبیل اکسیژن و نیتروژن در فشار بالای عمق دریا اینگونه می شوند.
نیتروکس:
نایتروکس به عنوان گاز تنفسی مفهوم جدیدی نیست، منابع تاریخی متعددی از وجود حالت های مختلف ترکیب اکسیژن و نیتروژن به عنوان گاز تنفسی که به سال ۱۸۰۰ میلادی می‌رسد، خبر می دهند. نیروی دریایی آمریکا در سال ۱۹۵۴ جدول نایتروکس و دستور العمل استفاده از آن را تدوین کرد. سازمان NOAA )سازمان اقیانوس شناسی و جوی امریکا) برنامه نایتروکس خود را در سال ۱۹۷۰شروع کرد و در سال ۱۹۷۹ در دومین نسخه انتشار یافته کتاب راهنمای غواص با مبحث نایتروکس را در آن به نگارش در آورد. سپس نوع جدیدی از سازمان آموزش غواص تخصصی نوظهور در سال ۱۹۸۵ فعالیت خود را شروع کرد و برای اولین بار آموزش نایتروکس برای غواصی های تفریحی را محیا نمود
نیتروکس، مخلوطی از اکسیژن و نیتروژن است که برای غواصی در عمق حداکثر ۵۰ متر مورد استفاده قرار میگرد. و مخلوطی از گاز تنفسی است که میزان اکسیژن موجود در آن غنی‌تر یا بیشتراز ۲۱٪ گردیده است. نام دیگر آن، اکسیژن غنی شده هوا می باشد که درصد اکسیژن بیشتر دارد. ترکیب رایج نیتروکس از ۴۰ درصد اکسیژن در نیتروژن تشکیل می شود که به EAN۴۰نیز معروف است. و یا ترکیب ۳۶ درصد اکسیژن در نیتروژن به EANx۳۶معروف است. دوره نایتروکس برای میکس نایتروکس در رنج ۲۲% تا ۴۰% اختصاص دارد. در طول سالها ثابت شده است این رنج نایتروکس برای همه فعالیت های غواصی ورزشی مناسب و ایمن است. اجزاء اولیه در هر دو گاز هوا و نایتروکس اکسیژن و نیتروژن هستند.
اکسیژن یک عنصر حیاتی بوده که در فعالیت های متابولیسم بدن نقش به سزایی را دارد.
نیتروژن از لحاظ فیزیولوژیکی در بدن به هیچ وجه مورد استفاده قرار نمی گیرد. اما به خاطر وجود آن در هوای استنشاقی، بخشی از آن به طور طبیعی جذب بافت های بدن می شود. نیتروژن اضافی به طور معمول در طول غواصی جذب بافت های بدن می شود و نیتروژن اضافی مستقیما به ریسک بیماری برداشت فشار ارتباط پیدا خواهد کرد. بنابراین مقدار جذب نیتروژن نشان دهنده یک فاکتور بحرانی در مشخص کردن محدودیت زمان و عمق غواص می باشد. نایتروکس با درصد نیتروژن پایین تر، فواید بیشتری نسبت به هوا دارد، که بسته به شیوه ی استفاده از آن متفاوت می باشد.
نایتروکس می تواند در شرایط ایمن مدت زمان غواصی در عمق را در مقایسه با تنفس هوا در همان عمق مشابه افزایش دهد و همچنین می تواند شرایط ایمنی را جهت کاهش زمان استراحت در سطح بین دو غواصی تکراری در مقایسه با تنفس هوا در حالت مشابه فراهم کند و با کاهش زمان استراحت سطح، غواص توانایی غوص های بیشتری را باتوجه به این مدت زمان خواهد داشت. به دلیل کاهش نیتروژن نایتروکس می تواند شرایط ایمن تری را جهت کاهش ریسک بیماری های برداشت فشار در مقایسه با هوا برای عمق مشابه فراهم نماید. متاسفانه این فواید با مضراتی نیز همراه است. در شرایطی که اکسیژن یک ضرورت برای زندگی می باشد، مقدار بیش از حد آن ممکن است مضراتی را نیز همراه خود داشته باشد. افزایش مقدار اکسیژن در نایتروکس در عمق های محاسبه نشده در غواصی تفریحی میتواند ریسک هایی را همراه خود داشته باشد، در جایگاهی که خطری هنگام تنفس هوا وجود ندارد محاسبه دقیق و با روش های مناسب، می تواند خطرات را از بین برده و یا کاهش دهد تا یک غواصی با موفقیت توسط غواص مدیریت شود.
هلیوکس:
هلیوکس، مخلوطی از هلیوم و اکسیژن است و در این مخلوط با حذف نیتروژن نگرانی برای تخدیر وجود ندارد. مخلوط هلیوم و هوا نیز سبب می شود تاثیر نامطلوب اکسیژن و نیتروژن در عمق زیاد حذف شود و تنفس تحت فشار بالا راحت تر باشد. هلیوکس از دهه ۱۹۳۰ در صنعت پزشکی مورد استفاده است و از آن زمان تا کنون به دلیل چگالی کم آن، کاربردش بیشتر هم شده‌است. هلیوکس نوعی درمان برای بیماران مشکلات تنفسی میباشد. این مخلوط گازی نسبت به هوای معمولی مقاومت کمتری در مجرای تنفسی بیمار پدید می‌آورد در نتیجه دم و بازدم بیمار آسان تر خواهد بود و توان کمتری صرف این کار می‌شود. همچنین از هلیوکس در فاز عمیق غواصی فنی استفاده می‌شود.
تریمیکس:
همان طور که یک غواص در آب پایین می‌رود فشار آب محیطی مطابق با قانون بویل افزایش می‌یابد. فشار بالای گازها را در بدن غواص در پی داشته و آن را به حل شدن درون مایعات بدن سوق می‌دهد. این مسئله میتواند اثرات فیزیولوژیک نا مطلوبی ایجاد کند. یکی از مشکلات نامطلوبی که ممکن است در اثر گازهای محلول اتفاق بیفتد خواب آلودگی نیتروژنی است. غواص هایی که به غواصی‌‌‌‌های عمیق می‌روند و از هوا تنفس می‌کنند خواب الودگی نیتروژنی ناشی از افزایش غلظت نیتروژن در بدن را تجربه می‌کنند. این اثرات با افزایش عمق افزایش می‌یابد. یک غواص همچنین با درصد اکسیژن موجود در گاز تنفسی اش محدود می‌شود. غلظت بالای گاز اکسیژن بیشتر از ۱.۶ATA (فشار جزیی گاز در واحد اتمسفر) غواص را در معرض خطر سمیت اکسیژنی قرار می‌دهد که میتواند منجر به تشنج و غرق شدن شود. هنگام غواصی با هوا فشار جزیی معمول اکسیژن از ۱.۶ATA به حدود ۲۱۸ فوت می‌رسد.
همانطور که اثرات ترکیبی فشار‌‌‌‌های جزیی بالای نیتروژن و اکسیژن میتواند یک غواص را محدود کنند، آنهایی هم که غواصی عمیق انجام می‌دهند می‌توانند از گاز تنفسی با درصد کمتر نیتروژن و اکسیژن استفاده کنند. تریمیکس ترکیبی از اکسیژن، هلیوم و نیتروژن است. نیتروژن، معمولاً در درصد کمی به هلیوکس اضافه می شود تا تریمیکس ایجاد شود. به این ترتیب خطر سندرم عصبی فشار بالا که با تنفس هلیوم مشاهده می شود، کاهش خواهد یافت.
مخلوط گازی لیزری:
ﺑﻪ ﻃﻮر ﮐﻠﯽ دﺳﺘﮕﺎه های ﻟﯿﺰر ﺑﻪ دو ﺑﺨﺶ ﺻﻨﻌﺘﯽ و ﭘﺰﺷﮑﯽ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﺑﻨﺪی ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ. از ﻟﯿﺰرﻫﺎی ﺻﻨﻌﺘﯽ می توان ﺑﻪ ﻟﯿﺰر با ﮔﺎز ﮐﺮﺑﻨﯿﮏ و ﻟﯿﺰر ﺑﺎ دﻣﺶ RF ﯾﺎ روﻓﯿﻦ اﺷﺎره ﻧﻤﻮد ﮐﻪ ﻫﺮ ﮐﺪام از آﻧﻬﺎ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﺮاﯾﻂ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﺨﻠﻮط ﮔﺎزی ﺑﺎ ﻏﻠﻈﺖ ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ اﺳﺘﻔﺎده می کنند . در ﻟﯿﺰرﻫﺎی ﭘﺰﺷﮑﯽ ﻧﯿﺰ از ﺗﺮﮐﯿﺒﺎت ﻫﺎﻟﻮژن اﺳﺘﻔﺎده می شود.
گاز کالیبراسیون لیزر یا گاز میکس لیزر که در دستگاه های لیزر مورد استفاده قرار می گیرد، از ترکیب ۵% گاز دی اکسید کربن، ۴۰% گاز هلیوم و ۵۵% گاز نیتروژن تشکیل شده است.
شیر سیلندر گاز کالیبراسیون لیزر (میکس لیزر) به دلیل وجود ترکیبات بی اثر، راست گرد می باشد و بر اساس استاندارد ولو6 DIN یا BS 3بر روی سیلندر ها تعبیه می شود. رنگ سیلندر بر اساس استاندارد، دارای بدنه ی طوسی روشن و گلوئی مشکی (نماد گازنیتروژن)، قهوه ای (نماد گاز هلیوم) و طوسی سیر (نماد گاز دی اکسید کربن) می باشد. لیزرها در بسیاری از کاربردهای پردازش مواد مانند برش لیزری، جوشکاری لیزری و آماده سازی سطوح فلزی و غیر فلزی استفاده می شوند که در این موارد استفاده از لیزرهای گازی و لیزرهای حالت جامد رایج تر است.
نقش نیتروژن در گاز مخلوط لیزر CO2:
برانگیختگی گاز نیتروژن به اولین سطح انرژی آن نسبتا راحت تر از برانگیختگی کربن دی اکسید به بالاترین سطح انرژی‌اش است و همچنین اولین سطح انرژی گاز نیتروژن با بالاترین سطح انرژی کربن دی اکسید برابر است، بنابراین گاز نیترژن برانگیخته شده می تواند با برخورد با مولکول های CO2 انرژی خود را به CO2 منتقل نموده و آن را به بالاترین سطح انرژی خود برساند. بنابراین افزودن نیتروژن به گاز لیزر توان بالاتری را برای دستگاه در پی دارد.
نقش هلیوم در گاز مخلوط لیزر CO2:
نقش اولیه هلیم در مخلوط گازی لیزر، کمک به مولکولهای کربن دی اکسید در مرحله ی Relaxation و آمادگی برای برانگیختگی مجدد است. اتم های هلیم در برخورد با مولکول های کربن دی اکسید که در سطح انرژی پایین قرار دارند، انرژی آن ها را گرفته و باعث انتقال مولکول های CO2 به پایین ترین سطح انرژی خود می شود، در نتیجه لیزر به قدرت بالاتری دست خواهد یافت.
هلیوم به علت دارا بودن بالاترین ضریب هدایت گرمایی در بین تمام گازها، می تواند به هدایت گرما از محفظه تخلیه الکتریکی کمک کند و بازده فرایند برانگیختگی را افزایش دهد.
مخلوط گازی پزشکی:
مخلوط های گازی در ﺻﻨﻌﺖ ﭘﺰﺷﮑﯽ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺳﺎﯾﺮ ﺻﻨﺎﯾﻊ ﮐﺎرﺑﺮدﻫﺎی ﻓﺮاواﻧﯽ دارد. ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺜﺎل ﮐﺮﺑﻮژن ﮐﻪ ﻣﺨﻠﻮﻃﯽ از ﮔﺎز دی اﮐﺴﯿﺪ ﮐﺮﺑﻦ و گاز اﮐﺴﯿﮋن ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ، ﮔﺎزیست ﺑﺮای ﺗﺴﺖ ﻋﻤﻠﮑﺮد رﯾﻪ، ﮔﺎزﻫﺎی دﺳﺘﮕﺎه ﻫﺎی ﻫﻮازی و ﻏﯿﺮﻫﻮازی ﺑﺮای ﮐﺸﺖ ﺳﻠﻮﻟﯽ و ﺑﺎﻓﺖ، ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ دﺳﺘﮕاه های آﻧﺎﻻﯾﺰر ﺧﻮن و ﺳﺎﯾﺮ ﻣﻮارد ﮐﻪ ﮔﺎزﻫﺎ ﻧﻘﺶ ﻣﺆﺛﺮی در ﻋﻤﻠﮑﺮد آﻧﻬﺎ دارﻧﺪ. در جراحی ها، به گاز بیهوشی و تنفسی نیز می توان اشاره کرد.
میکس تنفسی که در سیستم های غواصی و جوشکاری های عمق بالا و بیماران تنفسی مورد استفاده قرار می گیرد، از ترکیب درصدهای مختلف گاز هلیوم در گاز اکسیژن تشکیل شده است و با نام تجاری هلیوکس Helioux به فروش می رسد. گاز هلیوم به دلیل سبک تر بودن آن نسبت به اکسیژن، سبب اکسیژن رسانی راحت تر می گردد که این مسئله در غواصی در عمق های بالا و بیمارانی که مشکل تنفسی دارند بسیار حائز اهمیت است. گاز کالیبراسیون تنفسی (میکس تنفسی) یا همان گاز هلیوکس به دلیل وجود ترکیبات بی اثر راست گرد می باشد و بر اساس استاندارد، ولو DIN۶یا BS۳ بر روی سیلندر ها تعبیه می شود و رنگ سیلندر آن بر اساس استاندارد، بدنه طوسی روشن و گلوئی سفید (نماد گاز اکسیژن) و قهوه ای (نماد گاز هلیوم) می باشد.
مخلوط گازی در مواد غذایی و صنایع بسته بندی:
اﺳﺘﻔﺎده از ﮔﺎز ﺧﺎﻟﺺ و ﻣﺨﻠﻮط ﻫﺎی ﮔﺎزﻫﺎی ﺑﯽ اﺛﺮ در ﺑﺴﺘﻪ ﺑﻨﺪی ﻣﻮاد ﻏﺬاﯾﯽ، بهترین راﻫﮑﺎر ﺑﺮای رﺳﯿﺪن ﺑﻪ اﻓﺰاﯾﺶ ﻃﻮل ﻋﻤﺮ ﺑﺪون ﺗﻐﯿﯿﺮ ﺧﻮاص ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ و ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﻣﻮاد ﻏﺬاﯾﯽ اﺳﺖ. مخلوط گازی در صنایع غذایی متشکل از نیتروژن، اکسیژن و یا دی اکسید کربن است که رشد میکروبی را تا حد زیادی کاهش می دهد، فساد را به تأخیر می اندازد و تخریب آنزیمی و بیوشیمیایی را کند می کند. از طعم، عطر و بافت مواد غذایی محافظت کرده و ماندگاری آن را بدون استفاده از مواد نگهدارنده افزایش دهید و یا از مخلوط های مختلف گاز برای بهبود ویژگی بسیاری از نوشیدنی ها مثل ماء الشعیر و نوشابه نیز استفاده می شود.
مخلوط گازی صنعتی:
درست کردن مخلوط گازی یا گاز میکس کردن یک علم است. در این علم همواره چالش های جدیدی وجود دارند. داشتن تجهیزات مناسب بسیاری از مشکلات را حل می کند. نقش هر جزء در سامانه مخلوط گازی باید مشخص باشد تا روند تولید بهبود پیدا کند. برای تولید مخلوط های گازی روش های مختلفی از جمله روش وزنی، فشار نسبی و حجمی استفاده می شود. روش وزنی شایع ترین متد و دقیق ترین روش برای تولید مخلوط های گازی است. در روش فشار نسبی از قانون دالتون برای محاسبه مقدار موجود در مخلوط گازی و در روش وزنی با توجه به وزن مولکولی گازها استفاده می شود. در تولید مخلوط های گازی محدودیت هایی وجود دارد که با توجه به نوع و خصوصیات گاز های استفاده شده در مخلوط گازی متفاوت خواهد بود. از جمله چالش های موجود در تولید مخلوط گازی می توان به واکنش گازها با یکدیگر، ناپایداری برخی گازها و ایمنی تولید مخلوط گازی اشاره نمود، تمام این موارد قبل از تولید توسط کارشناسان و مهندسین شرکت توسعه گاز بررسی و تولید مخلوط گازی در بهترین شرایط انجام می پذیرد. مخلوط گازی برای فرایندهایی خاص بر پایه شیوه مشخص با فشار و دمای معین ساخته می شود.
