Введение

Газовая маска – это средство индивидуальной защиты, используемое для предохранения человека от вдыхания загрязняющих веществ и токсичных газов. Маска образует герметичное прикрытие носа и рта, но может также закрывать глаза и другие уязвимые мягкие ткани лица. Большинство противогазов также являются респираторами, хотя термин "противогаз" часто применяется к военной технике (например, к полевой защитной маске), что и является областью применения, рассматриваемой в данной статье. Газовая маска защищает пользователя от проглатывания, вдыхания и контакта через глаза (многие вещества оказывают воздействие при контакте с глазами). Большинство комбинированных фильтров для противогазов обеспечивают защиту в течение примерно 8 часов в биологической или химической обстановке. Фильтры, предназначенные для защиты от конкретных химических веществ, могут служить до 20 часов. Токсичные вещества, находящиеся в воздухе, могут быть газообразными (например, хлор или иприт) или в виде частиц (например, биологические агенты). Многие фильтры обеспечивают защиту от обоих типов. Первые газовые маски использовали круглые линзы из стекла, слюды или ацетата целлюлозы для обеспечения видимости. Стекло и слюда были довольно хрупкими и требовали частой замены. Позднее более популярным стал тип линз Triplex (линза из ацетата целлюлозы, заключенная между стеклянными), и вместе с обычным ацетатом целлюлозы они стали стандартом к 1930-м годам. Панорамные линзы не получили широкого распространения до 1930-х годов, но есть примеры их использования даже во время войны (например, Austro Hungarian 15M). Впоследствии в использование вошел более прочный поликарбонат. Некоторые маски имеют один или два компактных фильтрующих контейнера, прикрепленных к впускным отверстиям, в то время как другие имеют большой фильтрующий контейнер, соединенный с противогазом шлангом, который иногда путают с аппаратом с принудительной подачей воздуха, в котором используется альтернативный источник свежего воздуха (кислородные баллоны).

Устройства для раннего дыхания

Согласно Popular Mechanics, "Обычная губка использовалась в Древней Греции в качестве противогаза". В книге "Инженерные устройства", опубликованной в 850 году братьями Бану Муса, описывается противогаз, который позволял носителю безопасно дышать в токсичной среде. В 1785 году Жан Франсуа Пилатр де Розье изобрел респиратор. Примитивные респираторы использовались шахтерами и были внедрены Александром фон Гумбольдтом в 1799 году, когда он работал инженером-горняком в Пруссии. Предшественник современной противогазовой маски был изобретен в 1847 году Льюисом П. Хаслетом – устройство, содержащее элементы для дыхания через носовой и ротовой мундштуки, вдыхания воздуха через фильтр в форме колбы и выпускного клапана для выдоха воздуха в атмосферу. Согласно First Facts, "противогаз, напоминающий современный тип", был запатентован Льюисом Фектиком Хаслетом из Луисвилля, штат Кентукки, который получил патент 12 июня 1849 года. Патент США № 6529, выданный Хаслету, описывал первый "Ингалятор или защитник легких", фильтрующий пыль из воздуха. Ранние версии были созданы шотландским химиком Джоном Стенхаусом в 1854 году и физиком Джоном Тиндаллом в 1870-х годах. Другим ранним образцом был "Защитный капюшон и дымозащитный прибор", изобретенный Гарретом Морганом в 1912 году и запатентованный в 1914 году. Это было простое устройство, состоящее из хлопкового капюшона с двумя шлангами, опускающимися до пола, что позволяло носителю дышать более чистым воздухом, находящимся там. Кроме того, для лучшей фильтрации воздуха на концах шлангов вставлялись влажные губки.

Первая мировая война

Первая мировая война вызвала первую потребность в массовом производстве противогазов с обеих сторон из-за широкого применения химического оружия. Германская армия впервые успешно применила отравляющий газ против войск союзников во Второй битве при Ипре (Бельгия) 22 апреля 1915 года. Немедленной реакцией стала вата, обернутая в муслин, которая была выдана войскам к 1 мая. Затем появился респиратор Black Veil, изобретенный Джоном Скоттом Холдейном, представлявший собой хлопковую подушечку, пропитанную абсорбирующим раствором и закрепленную над ртом черной хлопковой вуалью. Стремясь улучшить респиратор Black Veil, Клуни Макферсон создал маску из химически поглощающей ткани, закрывавшую всю голову. Это была брезентовая капюшон, обработанная химическими веществами, поглощающими хлор, и оснащенная прозрачным слюдяным глазком. Макферсон представил свою идею в Антигазовый отдел британского военного ведомства 10 мая 1915 года, вскоре после этого были разработаны прототипы. Конструкция была принята британской армией и введена в июне 1915 года как британский дымовой капюшон; Макферсон был назначен в Комитет военного ведомства по защите от ядовитых газов. В последующих итерациях его шлема (шлем PH) были добавлены более сложные сорбционные соединения для нейтрализации других респираторных отравляющих газов, таких как фосген, дифосген и хлоропикрин. Летом и осенью 1915 года Эдвард Харрисон, Бертрам Ламберт и Джон Сэдд разработали респиратор Large Box. Эта противогазовая маска с фильтром-канистрой состояла из жестяной банки с абсорбирующими материалами, соединенной шлангом, и начала поступать на вооружение в феврале 1916 года. Компактная версия, Small Box Respirator, стала стандартной для всех войск с августа 1916 года. В первых противогазах Первой мировой войны было установлено, что древесный уголь хорошо поглощает ядовитые газы. Около 1918 года было обнаружено, что уголь, полученный из скорлупы и семян различных фруктов и орехов, таких как кокосы, каштаны, конские каштаны и косточки персиков, работает значительно эффективнее древесного угля. Эти отходы собирались у населения в рамках программ переработки для поддержки военных усилий. Первый в мире эффективный фильтрующий противогаз с активированным углем был изобретен в 1915 году русским химиком Николаем Зелинским. Также в Первую мировую войну, поскольку собаки часто использовались на передовой, был разработан специальный тип противогаза, к ношению которого собак обучали. Другие противогазы были разработаны во время и после Первой мировой войны для лошадей, использовавшихся в различных кавалерийских подразделениях, действовавших вблизи линии фронта. В Америке были произведены тысячи противогазов как для американских, так и для войск союзников. Основным производителем была компания Mine Safety Appliances. Эта маска впоследствии широко использовалась в промышленности.

Вторая мировая война

Британский респиратор, противогазовый (легкий) был разработан в 1943 году британцами. Он изготавливался из пластика и резиноподобного материала, что значительно уменьшило вес и габариты по сравнению с противогазами Первой мировой войны, и обеспечивал более плотное и комфортное прилегание к лицу пользователя. Главным улучшением стала замена отдельного фильтра, соединенного шлангом, на легко заменяемый фильтр, прикручиваемый к боковой части противогаза. Также он был оснащен сменными пластиковыми линзами.

Современная маска

Разработка противогазов с тех пор отражает развитие химических боевых веществ, удовлетворяя потребность в защите от всё более смертоносных угроз, биологического оружия и радиоактивной пыли в ядерную эпоху. Однако для веществ, поражающих при контакте или проникновении через кожу, таких как кожно-нарывающие или нервно-паралитические агенты, одной противогазовой маски недостаточно, и требуется дополнительное использование полного комплекта защитной одежды для предотвращения контакта с окружающей средой. В целях гражданской обороны и индивидуальной защиты люди часто приобретают противогазы, полагая, что они защищают от вредного воздействия атак с применением ядерных, биологических или химических (ЯБХ) веществ, что лишь отчасти соответствует действительности, поскольку противогазы обеспечивают защиту только от респираторного воздействия. Большинство военных противогазов предназначены для защиты от всех ЯБХ-угроз, но они могут оснащаться фильтрующими патронами, устойчивыми к этим агентам (более тяжёлые), или только к агентам контроля над массовыми беспорядками и дымовым завесам (более лёгкие и часто используемые для тренировочных целей). Существуют облегчённые маски, предназначенные исключительно для защиты от агентов контроля над массовыми беспорядками и не предназначенные для использования в ЯБХ-ситуациях. Хотя тщательная подготовка и наличие противогазов и другого защитного снаряжения могут снизить поражающее воздействие химической атаки, войска, вынужденные действовать в полном защитном снаряжении, менее эффективны при выполнении задач, быстро устают и могут испытывать психологическое воздействие от угрозы применения данного оружия. Во время холодной войны считалось неизбежным постоянное наличие ЯБХ-угрозы на поле боя, поэтому войскам требовалась защита, позволяющая сохранять полную работоспособность; таким образом, защитное снаряжение, и особенно противогазы, эволюционировали, внедряя инновации, направленные на повышение комфорта пользователя и совместимости с другим оборудованием (от устройств для питья до трубок искусственной вентиляции лёгких и систем связи и т.д.). Во время ирано-иракской войны (1980–1988) Ирак разработал программу химического оружия при помощи европейских стран, таких как Германия и Франция, и применил его в крупных масштабах против иранцев и иракских курдов. Иран был не готов к химической войне. В 1984 году Иран получил противогазы из Республики Корея и ГДР, но корейские маски не подходили по размеру лицам людей невосточноазиатской расы, срок службы фильтра составлял всего 15 минут, а 5000 масок, закупленных в ГДР, оказались не противогазами, а защитными очками для покраски. Вплоть до 1986 года иранские дипломаты продолжали ездить в Европу для закупки активированного угля и образцов фильтров для производства средств защиты внутри страны. В апреле 1988 года Иран начал собственное производство противогазов на заводах Iran Yasa.

Принципы конструкции

Абсорбция – это процесс поглощения веществом (обычно более крупным) или субстратом, а адсорбция – процесс осаждения на поверхности. Это может использоваться для удаления как твердых частиц, так и газообразных угроз. Хотя в некоторых случаях может происходить химическая реакция, она не обязательна; метод может основываться на электростатическом притяжении. Например, если целевые частицы имеют положительный заряд, можно использовать отрицательно заряженный субстрат. Примеры субстратов включают активированный уголь и цеолиты. Этот эффект может быть очень простым и высокоэффективным, например, прикрытие рта и носа влажной тканью во время эвакуации из пожара. Хотя этот метод может быть эффективен для улавливания частиц, образующихся при горении, он не фильтрует вредные газы, которые могут быть токсичными или вытеснять кислород, необходимый для дыхания.

Безопасность старых противогазов

Газовые маски имеют ограниченный срок службы, определяемый поглотительной способностью фильтра. Фильтры перестают обеспечивать защиту при насыщении опасными химическими веществами и разрушаются со временем, даже в герметичной упаковке. Большинство противогазов оснащены защитными крышками на воздухозаборнике и хранятся в вакуумных пакетах для предотвращения деградации фильтра под воздействием влаги и загрязняющих веществ, содержащихся в обычном воздухе. Неиспользованные фильтры противогазов времен Второй мировой войны могут оказаться неэффективными и даже опасными при использовании из-за долгосрочных изменений в химическом составе. Некоторые противогазы Второй мировой войны и советской эпохи холодной войны содержали хризотиловый или крокидолитовый асбест в фильтрах, который в то время не считался вредным. Сроки использования этих материалов в фильтрах неизвестны. Противогазы с 40-миллиметровыми соединениями, как правило, представляют собой более современные модели. Резина со временем разрушается, поэтому даже неиспользованные в заводской упаковке маски "современного типа" могут потрескаться и пропускать воздух. Американские фильтры C2 (черные) содержат шестивалентный хром. Исследования химического корпуса армии США показали, что его концентрация в фильтре находится в допустимых пределах, однако рекомендуется соблюдать осторожность при использовании, поскольку это вещество является канцерогеном.

Недостатки

Защита, обеспечиваемая противогазом, имеет некоторые недостатки. Пользователю обычной противогазовой маски требуется прилагать дополнительные усилия для дыхания, а часть выдыхаемого воздуха повторно вдыхается из-за мертвого пространства между лицевой частью и лицом пользователя. Концентрация углекислого газа может многократно превышать предельно допустимые уровни воздействия (ПДК) – 0,5% по объему / 9 граммов на кубический метр для восьмичасовой смены и 1,4% / 27 граммов на кубический метр при 15-минутном воздействии: для противогазов и эластомерных респираторов этот показатель может достигать 2,6%. При длительном использовании могут появиться головные боли, дерматит и акне. Учебник HSE Великобритании рекомендует ограничивать использование респираторов без принудительной подачи воздуха (то есть, не PAPR) до одного часа.

Реакция и обмен

Этот принцип основан на том, что вредные для человека вещества обычно более реакционноспособны, чем воздух. Этот метод разделения использует некоторое реакционноспособное вещество в форме покрытия (например, кислоты) или нанесенное на твердый носитель. Примером служат синтетические смолы. Их можно создавать с различными группами атомов (обычно называемыми функциональными группами), обладающими разными свойствами. Таким образом, смолу можно адаптировать к конкретной токсичной группе. При контакте реакционноспособного вещества со смолой происходит его связывание с ней, что удаляет его из воздушного потока. В этом месте может также происходить обмен на менее вредное вещество. Несмотря на свою примитивность, гипошлем был временной мерой защиты для британских войск в окопах, обеспечивающей хотя бы некоторую защиту во время газовой атаки. С течением времени, по мере увеличения частоты применения отравляющих газов, были разработаны и внедрены более совершенные противогазы. Существует две основные трудности в разработке противогазов:

Пользователь может подвергаться воздействию множества видов токсичных веществ. Военнослужащие особенно подвержены воздействию широкого спектра токсичных газов. Однако, если противогаз предназначен для конкретного применения (например, для защиты от определенного токсичного вещества на производстве), его конструкция может быть значительно проще и дешевле. Защита со временем снижается. Фильтры засоряются, материалы для поглощения насыщаются, а реактивные фильтры истощают свои реакционноспособные вещества. Таким образом, пользователь защищен лишь в течение ограниченного времени, после чего необходимо заменить фильтрующий элемент в противогазе или использовать новый противогаз.