Химическая война

ГЛАВА XIV Испытание поглотителей и противогазов

В деле усовершенствования поглотителей и противогазов вопросом первостепенной важности было установление методов их испытания и сравнения их недостатков. Конечное испытание качеств поглотителя, коробки или наличника состоит, конечно, в актуальной проверке человеком всего комплекта маски; однако время, необходимое для этих испытаний, так велико, что были изобретены более быстрые способы контроля отдельных факторов, а пробные испытания на человеке употреблялись для проверки чисто механических методов.

Поглотители должны быть испытаны на влажность, твердость, однородность образцов и защитную силу против различных газов.

Влажность определяется путем сушки поглотители в течение двух часов при 150°. Потеря в весе показывает содержание влаги.

Твердость или сопротивление перетиранию определяется путем встряхивания пробы поглотителя, взятого в количестве 50 грамм, со стальными шариками, в продолжение 30 минут, в ротационной машине системы Rо-tap[25]. Образовавшийся порошок отсеивается. Величина твердости определяется числом, полученным от умножения веса оставшегося на сите поглотителя на два (в %).

Сила действия поглотителя против различных газов зависит от целого ряда факторов. Вследствие этого необходимо установить определенные условия для испытаний. Условия были избраны нижеследующие:

Подвергающийся испытанию поглотитель насыпают при помощи особого аппарата в трубку установленного диаметра (2 cm), слоем в 10 cm. высоты, и пропускают через него смешанный с воздухом. в определенной концентрации (обычно от 1.000 до 10.000 на 1 миллион по об'ему) и определенной влажности (50 %) газ, со скоростью 500 cm³ в минуту на 1 cm². Концентрация входящего газа определяется анализом. Время считается от начала пропускания газа через поглотитель до того момента, когда газ, или какой-либо ядовитый или раздражающий продукт реакции, начинает проходить через поглотитель, что определяется качественным анализом. Пробы выделяющегося газа, берутся через определенные промежутки времени, и по количеству газа, находимому в пробе. Высчитывается в процентах сила действия поглотителя в течение соответствующего периода времени.

Сила действия в процентах = (количеству вошедшего газа — количество вытекшего газа) / количество вошедшего газа × 100

Эти числа отмечаются на оси координат между тем как время в минутах, от начала до середины опыта, откладывается на оси абсцисс, в силу чего является возможность установить изменение силы поглощения в зависимости от времени. По кривой, проходящей через точки пересечения, говорили о силе поглотителя, как о числе минут, соответствующих точкам 100, 99, 95, 90, 80 и т. д. процентной силы действия.

Прибор для испытания показан на рис. 74. Подробности могут быть найдены в статье Фильднера в Journal of Industrial and Engineering Chemistry за июнь 1919 г. С некоторыми изменениями для веществ с высокой и низкой температурой кипения. аппарат этот применялся к самым разнообразным газам, как хлор, фосген, углекислота, сернистый ангидрид, синильная кислота, бензил-бромид, хлор-пикрин, суперпалит и др.

По мере улучшения качества древесного угля, так называемое образцовое испытание стало требовать так много времени, что был введен ускоренный способ. В нем скорость увеличена до 1.000 cm³ в минуту, относительная влажность смеси газа с воздухом уменьшена до нуля, и концентрация применялась около 7.000 на 1 миллион. Изменение скорости достигалось применением трубки с внутренним диаметром в 1,41 сантиметра, вместо 2,0 сантиметров.

Рис. 74.

Образцовый, с двойными трубками прибор для испытания поглотителей с приспособлением для скапливания газов в цилиндрах.

После того как качества поглотителя доведены до известной степени совершенства, и он признается пригодным для своего назначения, производится укладка поглотителя в респираторные коробки, в том виде, как это описано в XII главе. Хотя для окончательного испытания коробок служит степень их пригодности на практике, тем не менее существовали способы механических испытаний, давшие много ценных указаний на достоинства поглотителя в коробке и целесообразность способа наполнения.

Первым испытанием была проба на утечку. Коробка не должна показывать никаких признаков утечки под воздушным давлением в 15 дюймов ртутного столба (приблизительно около половины нормального атмосферного давления).

Вторым испытуемым фактором является сопротивление воздушному потоку. Последнее определяется при помощи струи воздуха в 85 литров и минуту и не должно превышать 3 дюймов. Коробки последнего образца имеют гораздо меньшее сопротивление (от 2 до 2½ дюймов).

Третье испытание определяло защитную силу против разных газов. Обычно для испытания коробок со смесью древесного угля и натронной извести употреблялись фосген, хлор-пикрин и цианистоводородная кислота: хлор-пикрин применяли для аппаратов, наполненных древесным углем, в то время как фосген и синильная кислота — для аппаратов с натронной известью.

Для этих газов необходимы различные типы аппаратов. Они очень сложны, как можно видеть из чертежа 75, но, несмотря на это, люди весьма быстро осваивались с ведением работ, необходимых для выполнения испытания. Газ пропускался через коробку при определенных условиях до тех нор, пока реактивная бумажка или раствор индикатора не покажут, что он перестал поглощаться и проходит, не изменяясь, через коробку. Этот момент считается "точкой перелома", и период времени до достижения этой точки называется "жизнью" коробки, т.-е. составляет все 100 процентов силы ее действия. Другие точки для 99, 95, 90 и 80 процентной силы поглощения определяются так же, и ими пользуются для сравнения коробок.

Рис. 75.

Аппарат для испытания коробок хлор-пикрином.

1. Впуск воздуха.

2. Резервуар с хлор-пикрином.

3. Промывной сосуд с серной кислотой.

4. Выпуск в сосуды для пробы.

5. Измеритель тока.

6. Отсасывание.

7. Впуск воздуха.

8. Осушитель.

9. Увлажнитель.

10. Резиновые пробки.

11. Коробки.

12. Выход газа в пробные сосуды.

13. Электрическая печь.

14. Сосуды для качественного определения.

15. Манометр падающего давления.

16. Впуск воздуха.

17. Вода.

18. Концентрированная серная кислота.

19. Трубка для насыщения.

20. Охлаждающий змеевик.

21. Водяная ванна.

22. Манометр.

23. Камера для смешивания.

Испытания коробок делились на две категории: непрерывные и прерывистые. В первом случае смесь газа с воздухом протягивалась через прибор непрерывно до тех пор, пока не достигалась "точка перелома" или "порчи". Получаемые таким путем результаты не указывали, однако, срока действительной службы коробки. Испытания с перерывами отличались только тем, что струя смеси газа с воздухом прерывается в соответствии с правильностью дыхания. Для этой цели были приспособлены специальные клапаны.

Коробки испытывались также на защиту против дымов; методы описаны в XVIII главе.

Последнее испытание коробки производилось всегда путем, так называемой, "пробы на человеке". Специальные лаборатории для таких испытаний были построены в Вашингтоне, Филадельфии и на Лонг-Айланде. Они устроены таким образом, что человек входит в комнату, заполненную газом, и испытывает на себе пригодность надетого на него комплекта противогаза, В большинстве случаев, однако, коробку помещают внутри или снаружи газовой камеры, и человек дышит через коробку, намечая "точку порчи" по раздражению гортани и легких.

Нижеследующее краткое описание лаборатории при Американском Университете, устроенной для пробы на людях, может дать ясное представление о плане и ходе работ[26].

Лаборатория для испытания на людях представляет собой одноэтажное здание в 46 футов длины и 25 футов ширины. Главная часть площади занята тремя газовыми камерами, лабораторными столами и различными приспособлениями для наполнения и контроля газовых концентраций в камерах. Небольшие комнаты в одном конце дома служили для канцелярии и склада.

Хорошая вентиляция имеет большое значение в подобной лаборатории. Она обеспечивается действием шестифутового вентилятора, соединенного с соответствующими вытяжками. Вентилятор вставлен в тяжеловесную раму снаружи, у конца строения. Вентилятор вращается с быстротой около 250 оборотов в минуту, мотором в 10 лошадиных сил. Главная имеет в сечении 33 дюйма и сообщается со всеми частями здания. Небольшой вытяжной шкап для производства химических анализов также соединен с вентиляционной сетью.

Газы, дымы и пр., вытягиваемые вентилятором, поднимаются вверх и выбрасываются наружу через трубу, диаметром в 30 дюймов, которая возвышается над уровнем земли на 55 футов.

В существенных чертах устройство каждой из трех газовых камер одинаково. Вспомогательные приборы различны в каждой камере, так как их тип определяется качествами применяемого газа.

Рис. 76.

Лаборатория испытаний на людях при Американском Университете.

Каждая камера имеет длину 10 футов, ширину 8 футов и вышину 8½ футов, т.-е. об’ем ее равен 680 куб. футам или 19.257 литрам. Пол бетонный, стены и потолок укреплены на 2×4 дюймовых брусьях, снаружи покрытых обшивкой, а с внутренней стороны обитых двумя слоями досок (с наложенными край на край соединениями), покрытых полудюймовым слоем специальной цементной штукатурки, по металлической подрешетке. Внутренняя отделка дополняется двойным слоем белой краски, не поддающейся действию кислот. Единственный вход в камеру расположен с наружной стороны лаборатории и замыкается двумя дверями с пространством 36×40 дюймов между ними. Эти двери очень крепки, тройной конструкции, в 2½ дюйма толщины, снабжены охлаждающимися ручками и доступны для пользования как изнутри так и снаружи камеры. Дверные косяки подбиты 3/16 дюймовой плотной резиновой обшивкой, обеспечивающей герметичность закрывания.

Рис. 77.

Детали коробко-держателей.

1. Отверстие для ¾ ″ трубки.

2. Отверстие для 5/16 ″ трубки.

3. Чертеж А.

4. Чертеж В.

5. Образцовая морская коробка.

6. Образцовая армейская коробка С. Ш.

7. Камера.

8. К маске.

9. Образцовая армейская коробка С. Ш.

10. ¾ ″ трубка и арматура для гальванизир. железа.

11. Резиновая трубка толщ. ¾ ″, диаметром 3 ″.

12. Проволочная шпилька.

13. Полка.

14. Резиновая трубка толщ. ¼ ″, диаметром 1¾ ″.

15. Вид спереди с установленной коробкой армейского образца.

16. Вид сбоку с коробкой армейск. образца.

17. Вид спереди с коробкой морского образца и закреплением.

В конце камеры, напротив дверей, в стену вделано зеркальное стекло в 36×48 дюймов, вставленное в ¼-дюйм. железную раму; вечернее освещение обеспечивается двумя осветителями по 12 квадр. дюймов каждый, которые вставлены в потолок камеры и снабжены лампами Мазда по 200 уатт, с рефлекторами Голофана. Отверстия вводов в камеру, числом пять, расположены в том же конце, ниже окна и в 9 дюймах над поверхностью стола.

Для поддержания однородности концентрации газа сделаны вентиляторы.

Были устроены различные приспособления для прикрепления коробок, подлежащих испытанию (рис. 77). Эти приборы позволяют по желанию менять коробку, не вызывая необходимости нарушать концентрацию находящегося в камере газа.

Для удаления газа из камеры существовал небольшой аппарат, называемый "утечником" (bleeder), при помощи которого было возможно устранять небольшое количество газа, а для быстрого опорожнения всего содержимого камеры имелся крупных размеров вентилятор.

Другие аппараты служили для определения физических условий при испытаниях, что имеет часто большое значение. Температура газа внутри камеры легко определялась с помощью термометра, подвешенного с внутренней стороны окна в таком положении, что его показания могли быть наблюдаемы снаружи. Относительная влажность смеси газа и воздуха в камере определялась посредством несколько видоизмененного гигрометра Реньо для определения момента появления росы. Прибор этот был установлен на столе, вделанном в стену.

Аппарат, предназначенный для определения сопротивления коробок и испытания их в отношении недостатков конструкции, состоит из насоса, изменяющего давление, и из измерителя утечки. Прибор этот установлен на небольшом столе, под которым на полке помещается мотор и воздушный насос. (Рис. 78).

Сопротивление коробок или изменение давления измеряется при помощи флометра (тягомера) А и водяного манометра Б. Через коробку и флометр А протягивается воздух со скоростью 85 литров в минуту, при чем струя регулируется игольчатым клапаном. Изменение давления в коробке отсчитывается на водяном манометре Б, один конец которого соединен с втягивающей трубкой, другой открыт. Отсчет обычно делается в дюймах, при чем вводится поправка на сопротивление соединительного рукава и самого аппарата.

Рис. 78.

Прибор для определения падения давления и обнаружения утечки в коробках.

Коробки испытываются на утечку при помощи прибора, показанного под лит. Д на рис. 78. Коробка плотно прикрепляется посредством гаек к массивному ¼-дюймеюму листу резины, достаточно широкому, чтобы совершенно закрыть дно коробки и предотвратить доступ воздуха через клапан. Затем применяется всасывание, и утечка обнаруживается беспрерывным прохождением пузырьков воздуха через жидкость промывного цилиндра E. Другой пустой цилиндр для промывания газа включен в цепь между Е и коробкой, в качестве преемника для жидкости, которая может быть втянута обратно, когда всасывание прекращается. Если утечка обнаружена, место ее может быть определено нагнетанием воздуха в коробку и затем погружением ее в воду.

При пробах "на человеке" применялось три основных метода исследования:

1) Коробки помещались на полке с наружной стороны камеры или прикреплялись к стенным трубкам внутри камеры. Подвергающиеся испытанию лица остаются вне камеры, а наличник маски непосредственно скрепляется с коробкой — в первом случае, или со стенной трубкой, соединенной с коробкой, — во втором. Тогда определяется концентрация газа и отмечается время. Человек надевает маску и дышит до тех пор, пока не ощутит прохождение газа через коробку. В течение испытания работающим даются книги для чтения. Когда присутствие газа обнаружено, время снова отмечается, и промежуток времени, по истечении которого газ начинает просачиваться через коробку, считают за "время порчи" или "время службы" коробки. Одновременному испытанию подвергалось по 10 коробок, и средний вывод полученных данных служил характеристикой данного типа. Гораздо менее точные результаты получаются, когда окончательная цифра основывается на испытании небольшого числа коробок. Это происходит, главным образом, от различной скорости дыхания и восприимчивости различных людей.

2) Хотя постановка испытания та же самая, как и в первом случае, но цель преследуется иная; здесь требуется выяснить, сохраняет ли респираторная коробка полную защитную силу против газа в течение определенного данного промежутка времени. Опыт ведется так же как и в п. 1, за исключением того, что он прерывается по истечении указанного времени, при чем отмечается число коробок и время их действия.

3) Когда коробки принадлежат к такому типу, который не может быть подвергнут испытанию по первому методу, или когда желают установить проницаемость лицевой части, то люди надевают полную маску и входят в камеру. Они остаются там до тех пор, пока газ начнет проходить через коробку или наличник, или пока не будет решено, что прибор доставляет необходимую степень защиты. Время службы высчитывается, как и в п. 1.

4) Испытание максимальной скорости дыхания ведется при помощи людей, находящихся в камере или вне ее, при чем они должны производить усиленную работу на велосипедном эргометре. При этом испытании скорость дыхания нормального человека доходит до 60 или 70 литров в минуту.

За концентрацией газа следят в продолжение всего испытания, беря с помощью респиратора пробы и подвергая их анализу.

Типы употребляемых масок. В будущем образец 1919 года должен будет служить для всех испытаний. В течение прошедшей войны применялась следующая постановка опытов, хотя в специальных случаях имели место некоторые изменения.

При входе в газовую камеру люди были, конечно, снабжены полной лицевой маской. Тип наличника определялся природой газа. Если газ весьма легко обнаруживается по запаху или раздражению глаз, то применялась видоизменная маска Тиссо. Если присутствие газа легко определяется по раздражению гортани, то употребляется маска с загубником.

Когда люди находились вне камеры, то выбор производился тем же путем, за исключением обнаружения газа по раздражению дыхательного горла. В этом случае загубник прикреплялся к трубкам двойной или тройной длины, и употреблялся отдельный носовой зажим. Не было нужды в лицевой части маски и людям было гораздо удобнее без нее.

Дезинфекция масок. Загубники после употребления дезинфицировались, сначала при помощи струи воды и трения щеткой, употребляемой для чистки пробирок, затем промыванием в двух-процентном растворе лизола и чисткой внутренних частей загубника; наконец, загубник и клапан для выдыхания погружались на некоторое время в раствор лизола и высушивались без обмывания. Маски Тиссо вытирались сначала тряпкой, смоченной спиртом, затем другой тряпкой, смоченной 2-процентным раствором лизола. Гибкий рукав подвергался продолжительному промыванию 95-процентным алкоголем.

Рациональность испытания на людях. Такие испытания применимы ко всем газам, которые могут быть обнаружены суб'ектом, производящим опыт, прежде чем он успеет вдохнуть опасное количество.

Описанная выше лаборатория для испытаний на человеке дала возможность получать указания на недостатки коробок, лицевых частей и т. д. в течение очень короткого времени, без устройства специальных приспособлений, необходимых для испытаний при помощи приборов. Чтобы получить удовлетворительные результаты при помощи приборов, необходим предварительный тонкий качественный химический анализ газа. Испытания на человеке могут производиться даже тогда, когда качественный анализ газа неизвестен. Кроме того, испытания при помощи людей могут быть производить с более высокими концентрациями некоторых газов, чем это возможно с приборами. Выделение большого количества влаги, при употреблении высоких концентраций некоторых газов, ведет нередко к большим затруднениям при испытании приборами, чем при испытании человеком.

С другой стороны, испытания на людях находятся в зависимости от различной чувствительности человека и об'ема его легких, и влажность, содержащаяся в смеси газа с воздухом, не может быть подвергнута с их помощью такому точному контролю, как при испытаниях, производимых с помощью приборов.

Следует заметить, что все вышеупомянутые испытания касаются только определения сила поглотителя и правильности его размещения в коробке, но не касаются удобства и общего "осязания" маски. Для этой цели применялись полевые пробы, продолжавшиеся от двух до пяти часов, Первая проба заключалась в непрерывном ношении маски в течение пяти: часов. Предполагалось, что всякая маска, которую можно носить в течение пяти часов без того, чтобы она вызвала ощущение заметного неудобства, может быть, в случае надобности, применима на гораздо более продолжительный срок. Ниже помещается программа испытаний:

Зрение подвергалось испытанию при помощи полусферической карты (рис. 79). Эта карта, 6 футов в диаметре, была сделала из толстой бумаги, наклеенной на проволочную раму. Подвешенный головодержатель был помещен так, что голова испытуемого приходилась в середине прибора и центр полусферы — как раз между глазами. Испытуемый в маске занимал это место и, закрывая один глаз, указывал, как далеко вдоль меридиана долготы он видит другим глазом. Наблюдатель зарисовывал границу поля зрения, очерчивая пределы, приблизительно круглого поля, видимого каждым глазом. Пересечение обоих полей указывало пространство, видимое обоими глазами при надетой маске.

Употреблялись также различные другие приемы испытаний для того, чтобы поле и ясность зрения могли быть точно определены.

Помимо удобства, защитной силы, величины поля зрения и прочих важных качеств маски, был поднят вопрос о том, насколько определенные типы масок или коробок способны механически противостоять тому грубому обращению, которому они, несомненно, подвергнутся при действительной полевой службе. С этой целью были придуманы испытания, симулирующие транспортирование масок из складов на фронт, переноску запасов и снарядов людьми в масках на опасные позиции, стойкость против дождя и грязи, торопливое надевание масок во время газовых тревог и обычно небрежное обращение солдат с масками.

Рис. 79.

Полусфера для испытания поля зрения.

Все это являлось очень ценным при выработке хороших противогазов.