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干货 | O2、CO2知识科普

时间:2023-04-24 作者:炜盛科技本文网址:www.winsen-iot.net/index.php/chuanganqibaike/283.html 点击:

干货 | O2、CO2知识科普

1、地球CO2/O2循环

21世纪全球平均 O2浓度20.9%、CO2浓度400ppm(0.04%)。

CO2夏天较低,冬天较高。

 

2、CO2/O2浓度关系

2.1  在贴近地表的大自然的环境中,O2和CO2,N2的体积分数是相对恒定不变,即O2含量为20.9%,0.04%,79%是不变,即便是8848的地球之巅也是如此,因为大气循环;但是在地表垂直方向上的高空会有变化(不在我们的研究范围之内)。

2.2  下图解读,注意含氧量的减少不是体积分数的减少,而是同一体积空气中氧气分子个数(或重量)的减少;也就是说同样一体积的空气,其中氧气体积分数占比仍然是20.9%的;但是,你在5000米的地表吸进去一口空气,其中氧气分子数(或重量)是你在海平面地表吸进去一口空气的53.11%(11.1/20.9)

图表1

 

3、人呼吸过程中O2/CO2的变化

3.1  人吸入空气,吸收部分氧气;呼出空气,主要排出CO2及少量的水气;其中氧气主要与人体内的能量物质糖类发生氧化反应,释放能量,供人体使用。

3.2  O2主要是与人体血管血红蛋白结合,CO2主要溶解在人体血管内的血浆之中;具体交换过程如下图:

3.3  健康成年人吸入空气与呼出气体中的成份对比,如下图;

 

4、O2/ CO2相对含量对人的影响——以成年人为准

4.1  相对含量——标准大压下,一体积空气中O2的含量低于16%时,人会明显感觉到“氧气不足”,CO2的相对含量超过1000ppm(ppm百万分之一,0.04%对应的是400ppm)时,不利于健康,超过2000ppm时多数人明显易犯困;超过5000ppm可能会对人体,尤其是大脑造成不可逆的伤害。

4.2  绝对含量——一体积空气中,氧气的分子个数(或重量),比如海拔5000米的地表,一体积的空气,体积分数不变,但氧气分子减少到53.11%;,如图表1所示,当海拔2000米时,人所吸入的一口空气中,实际的氧分子个数(或重量)已经低到正常值的16.4%;(标准大气压下的绝对质量),就让人有缺氧的感觉(高原反应,低压原因是主要原因之一,否则背个氧气瓶不就完事了?)。

 

5、CO2对人的影响

5.1  CO2的香港标准

5.2  CO2的中国标准

5.3  CO2 影响人的生理原理——低浓度兴奋神经中枢,高浓度抑制神经中枢。

5.3.1 CO2,过高的CO2深度(1000ppm以上,这是国际是的CO2健康标准)会抑制神经中枢,导致人的呼吸“变慢”(频率变低同时每次吸入的空气体积变少),进而导致人体降低了对空气中的氧气的利用率(不是空气中氧气少了,而是因为CO2的过高,吸入空气的量少了,相对的吸入的O2绝对量就少了)。

5.3.2  CO2的过高,会导致人体酸碱平衡失调;由于通气障碍所致呼吸衰竭,因大量CO2潴(ZHU)留,而引起呼吸性酸中毒;同时因严重缺氧,氧化过程障碍,酸性代谢产物又增多,常可并发代谢性酸中毒。

5.3.3  CO2  浓度过低(400ppm为标准),当人吸入低于CO2标准浓度的空气时,会导致人的神经过度兴奋,长时间神经过度兴奋会而导致衰弱。

5.3.4  较高的CO2浓度对人的影响:

 

6、O2浓度对人的影响

6.1  O2 常压下,人类在数万年中已适应了20.9%的氧气浓度,常期吸入高于该浓度的O2,多余的氧气将导致加速人体组织的氧化衰老;所以健康的人,不宜大量/长期暴露于高氧气浓度的环境中。

6.2  O2常压时,在氧浓度为14%-16%(相当於氧分压13.3-16kpa),会出现呼吸加深加快,脉搏加快,血压升高,肢体肌肉协调动作变差。

当氧浓度为10%-14%时,出现疲乏无力,精神不集中,反应迟钝,思维紊乱。

在氧浓度为6%-10%时,出现头晕,头痛,恶心,呕吐,意识朦胧,并出现紫绀。

氧浓度在6%以下时,血压下降,呼吸停顿,脉搏微弱,发生抽搐,瞳孔放大,继而心跳呼吸停止而死亡。(所以窒息死亡,与环境中O2无关

6.3  抢救呼吸用“纯氧”,标准是99.5%,里面含有标准量CO2。

 

7、O2/CO2在人体呼吸中的相对关系

7.1  个数比:约10比8;也就是人体吸收10个O2分子进去,其中8个O2分子变成CO2被呼出来。

7.2  O2进入人体后,主要(约80%)消耗在氧化糖类,释放人体所需的能量,这部分O2最终变成CO2被呼出来;其中有很小部分氧化人体内的组织细胞等。

7.3  CO2主要来源是人体的有氧呼吸,但还有很小一部分是来自人体的无氧呼吸。

 

8、密封环境中人窒息死亡过程

 

9、CO2浓度的应用

9.1  CO2浓度较高,人容易犯困,所以在健康的标准浓度下,提高CO2浓度可以促进入睡:

A)可用于帮助失眠患者入睡,建议不高于2000ppm的国际标准浓度

B)可用于快速哄小孩入睡,建议不高于1500ppm的浓度

9.2  健康环境CO2浓度(1000ppm以下),健康的大脑效率最高。

 

10、CO2浓度的国际标准与人体安全