臭氧（ozone）对人类生活影响的探究

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臭氧（ozone）对人类生活影响的探究：

臭氧的英文名字为ozone, 分子式O 3, 分子量48, 是O 2 的同素异形体, 又称富氧、三子氧、超氧[1 ]。1840 年德国科学家舒贝因宣布发现了臭氧。


一、臭氧的存在

天然臭氧存在于距地球表面约20～ 25 公里的平流层中, 浓度高达0. 2ppm , 亦称臭氧层。这些臭氧是由于高空中的氧气受紫外线照射引起光化学作用所形成的。由于臭氧层能吸收太阳辐射中几乎全部的紫外线, 从而构成一道防紫外辐射的“屏障”,保护了地球上的生物。同时, 臭氧又与二氧化碳和水蒸气一起使地球表面处于红外辐射之中, 起着如同保温玻璃的作用。另外, 近地表大气中也存在少量臭氧, 其浓度在1～ 30ppb之间, 这取决于气候条件和海拔高度。森林中由于针叶树树脂的

氧化作用。因此臭氧浓度稍高, 城市中的空气则存在许多易氧化污染物, 因而臭氧浓度较低。日常我们所接触的臭氧主要是由氧气通过无声放电或受紫外线、X 射线等高能射线辐射产生的。


二、臭氧的性质

臭氧是一种不稳定的具有特殊臭味无色气体, 其沸点为-111. 9℃, 熔点为- 193℃; 密度为2. 143 克ö升, 是氧气的1. 5 倍,在水中的溶解度为32% (V öV , 760 毫米Hg, 20℃) , 比氧气约大10 倍, 液态臭氧呈深蓝色, 固态臭氧呈紫黑色[2 ]。臭氧分子比氧分子活泼, 不稳定, 易分解。臭氧分解释放出氧气, 其分解过程可用下列两个方程式表示:
又如: 臭氧与苯酚反应, 先与苯环上的氢结合生成羟基化合物, 再继续氧化生成醌, 醌再经臭氧氧化, 使苯环破裂而生成多种有机酸。


三、臭氧的危害

通过对大气的监测, 人们发现烟雾中的主要有害物质就有臭氧。臭氧的毒性很大, 当其浓度在0. 02ppm 时, 人们只是闻到它的臭味, 尚无不快之惑; 浓度在0. 1ppm 时, 短时间接触会使眼睛产生刺激; 连续呼吸2 小时, 对人的鼻、咽喉等呼吸器官产生刺激作用。浓度为0. 6ppm 时, 肺气泡气体扩散能力将显著下降。浓度达1～ 2ppm 时, 呼吸1～ 2 小时后, 能使肺细胞蛋白质发生变化, 眼睛和呼吸器官有急性烧灼感, 并且中枢神经发生障碍, 感到头痛; 在24 小时后出现肺气肿, 接触时间更长些, 可使支气管炎和肺气肿更加恶化, 思维也会发生紊乱。长期接触臭氧的人, 容易诱发癌症[3 ]。早在1946 年美国洛杉矶的光化学烟雾事件中, 就有成千上万遭其毒害。

臭氧还能使油漆涂料、各种橡胶、纺织纤维和染料、塑料等制品变色、变脆、变质、产生裂纹。美国1970 年的统计表明, 全年由臭氧造成的损害分别为: 涂料油漆约2. 5 亿美元, 合成橡胶约5. 69 亿美元, 纺织纤维和染料褐色约0. 84 亿美元, 因臭氧造成的物质材料损失总计大约为12. 2 亿美元, 而当年美国大气污染对物质材料损害的总估值约为22 亿美元。由此可见, 臭氧造成的损害在大气污染物中占有极大的比例。

不仅如此, 臭氧还严重地损害植物的生长。50 年代, 北美出现的一些农业病害, 如烟草“气候斑病”、葡萄“点彩病”、洋葱“枯顶病”、松叶“烧尖病”等, 究其原因是由光化学烟雾特别是臭氧引起的。受臭氧污染的植物普遍存在光合作用受抑、光合产物降低、生长受阻、发育受影响等现象, 甚至导致植物落叶、花果凋零。

对于臭氧的危害, 人们研究出了各种各样的防护方法, 最早采用的是在植物体表面喷洒覆盖物, 如木炭、硅藻土、粘土、硫黄或高岭土。后来人们发现调节植物体的生理机能可以减轻或防止臭氧的危害。例如使用脱落酸、苯基醋酸汞等药物促使气孔关闭, 减少臭氧进入叶内的数量。还有人提出调节施肥来增加植物抗性, 因为氮肥太多会增加臭氧的危害, 而同时施加磷肥和钾肥则可减轻臭氧的危害。

目前, 美国和加拿大正着手研究通过培育抗性品种来抵御臭氧的危害。加拿大康乃狄格农业试验站培育了烟草抗烟斑品种; 美国田纳西州大学通过杂交育种培育出对臭氧抗性较强的五针松, 并建立了抗性植株的植物园; 威斯康星大学育成抗臭氧性强的洋葱品种, 解决了“枯尖病”问题, 现已推广各州, 宾夕法尼亚大学通过杂交培育了抗臭氧及二氧化硫的欧洲赤松品种。随着对臭氧影响植物机理的深入了解, 防护臭氧危害植物的方法也将越来越多。


四、臭氧的功用

臭氧具有强氧化性, 有四大功用: 氧化、灭菌、脱色、除味。臭氧灭菌机理: 臭氧的灭菌过程属于生物化学氧化反应, 臭氧灭菌有以下三种形式:
1、臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶;
2、直接与细菌、病毒发生作用, 破坏其细胞壁和DNA、RNA , 分解蛋白质、脂类和多糖等大分子聚合物, 使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏;
3、渗透细胞膜组织,侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖, 使细胞发生通透性畸变, 导致细胞的溶解死亡, 并能将死亡菌体内的遗传基因, 寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原等溶解变性灭亡[4 ]。

人们早在本世纪初, 人们就知道可用臭氧作为饮用水消毒剂。法国尼斯市建成了第一个生产性臭氧消毒净化自来水的水厂后, 德国、荷兰、瑞士、挪威、瑞典、英国、加拿大和澳大利亚等国也相继使用臭氧作为水处理消毒净化剂。臭氧的杀菌能力很高, 在相同浓度下, 比氯气高得多。浓度均为0. 02 毫克ö升的溶液, 臭氧杀死水中全部大肠杆菌只需要13 秒钟, 而氯气需要35 秒钟。据日本《日经产业新闻》报道, 日本西松建设公司和千代田公司共同研制成功了可以配制各种臭氧浓度液体的装置, 此装置可用于排水处理设施中。经试验, 大肠杆菌和葡萄球菌在臭氧浓度为1ppm 的液体中, 5 秒钟即被杀灭; 强抵抗力的鸡球虫类在臭氧浓度为8～ 10ppm 的水中, 10 分钟也可被杀灭。由于臭氧

氧化能力强、无污染, 制备方便、易于控制, 很快被推广应用于工业废水和城市污水的处理, 处理电镀污水、印染厂和炼油厂的废水效果更好。

由于臭氧具有杀菌防霉和抑制植物新陈代谢、氧化果实代谢物——乙烯等作用, 自70 年代以来世界各国已积极开展利用臭氧于果蔬、禽蛋的保鲜、防腐的研究。苏联新西伯利亚铁路运输工程学院将果蔬保存在负离子含量为10. 5～ 10. 6 个ö厘米3和3～ 20℃温度的仓库内, 每隔24 小时用1～ 3ppm 浓度的臭氧处理一次, 可使果蔬等农产品保鲜数月。我国辽宁省化工研究所也报告用臭氧处理过的瓜果可处长贮藏时间一个多月, 大幅度地降低腐烂率。
此外, 臭氧还可用作漂白剂。由于它放出的活泼氧具有很强的漂白能力, 并有无毒高效等优点, 因此被广泛应用于食品工业、造纸工业和纺织工业。

综上所述, 臭氧及臭氧层对人类的生存确实至关重要。可以说臭氧层是地球绝大多数生命的保护神, 但臭氧绝不是百利而无一害的, 臭氧是对流层中最有害的污染物, 臭氧能粥激粘膜,对人和动物都有害, 在臭氧含量长期超过0. 1ppm 的空气中生活非常危脸的。同时臭氧也是一种潜在的温室效应气体。