ریختن نیتروژن مایع روی دست

فرو کردن دست در نیتروژن مایع با دمای منفی 200 درجه سانتی‌گراد، بدون اینکه یخ بزند!

اگر دستتان را در نیتروژن مایع فرو ببرید، یخ زدگی و از بین فتن پوست دستتان حداقل صدمه‌ای است که با آن مواجه می‌شوید. اما راهی وجود دارد که بتوانید این کار را بدون کوچک ترین صدمه ای انجام دهید!

توجه: در این مطلب نکات ایمنی و جزئیات دقیق آزمایش ذکر نشده است، به همین دلیل تاکید می‌شود از انجام این آزمایش خودداری کنید، چراکه ذره‌ای خطا یا اشتباه می‌تواند به از دست رفتن دست شما منجر شود.

تئودور گری از خبرنگاران سایت پاپ‌ساینس عاشق انجام آزمایش‌های عجیب است. یکی دیگر از آزمایش‌های معروف وی فرو بردن دستش درون نیتروژن مایع است. خود وی با شوخ‌طبعی خاصی درباره این آزمایش می‌گوید: «زمانی‌که من برای نخستین بار این عکس از دست مردی را دیدم که درون نیتروژن مایع با دمایی حدود منفی 195 درجه سانتی‌گراد فرو برده شده بود، بلافاصله با خود فکر کردم که این مرد باید دیوانه باشد! تنها کافی است که یک ثانیه دست خود را درون چنین مایعی قرار دهید و آنگاه به پوست جدیدی نیاز خواهید داشت. حتی این واقعیت که این دست خود من بود و ما این عکس را تنها چند لحظه قبل گرفته بودیم، نتوانست حیرت‌زدگی من را کم کند!»

گری می‌گوید که به طرز شگفت‌آوری وی حتی احساس سرما هم نکرد. به همان دلیلی که قطرات آب بر روی یک ماهیتابه داغ جست‌وخیز می‌کنند، پوست دست وی هیچ صدمه‌ای ندید. تقریبا به صورت بی‌درنگ یک لایه عایق از بخار بین آب و فلز داغ شکل می‌گیرد که قطرات آب را نسبتا سرد نگه می‌دارد، بدون آنکه واقعا قطرات با سطح داغ تماس داشته باشند آنها را چند ثانیه روی هوا شناور نگه می‌دارد.

در خصوص نیتروژن مایع، گوشت دست مثل ماهیتابه، سطح داغی است که دمای آن چند صد درجه بالای نقطه جوش آن است. بنابراین لحظه‌ای که دست آزمایشگر با مایع تماس حاصل می‌کند، یک لایه محافظ از گاز نیتروژن تبخیر شده را ایجاد می‌کند؛ همان‌طور که ماهیتابه یک لایه بخار آب ایجاد می‌کند. این لایه زمان کافی را برای گری فراهم کرد تا دستش را درون نیتروژن مایع فرو ببرد و باز آن را بیرون بکشد. اگر تنها چند لحظه بیشتر دستش را درون نیتروژن نگاه می‌داشت، دست وی مسلما دچار سرمازدگی شدید می‌شد.

این پدید با نام اثر لیندنفراست شناخته می‌شود. نخستین بار، یوهان گاتلوب لیدنفراست، پزشک آلمانی قرن هجدهم بود که توانست این پدیده را توضیح دهد و آن را به نام خود ثبت کند. با استفاده از اثر لیدنفراست می‌توان عکس این آزمایش را نیز انجام داد، یعنی می‌توانید انگشت خود را نیز درون فلز مذاب فرو ببرید.

چالش ازت مایع

چالش ازت مایع همان چالش آب یخ خودمان است، اما این بار با نیتروژن مایع! (با دمای 196- درجه سانتی گراد). فکر می‌کنید اگر یک ظرف نیتروژن مایع را روی سر خود بریزید چه خواهد شد؟! یخ میزنید؟ قندیل میبندید؟ یا فقط کمی سردتان میشود؟ ?

اگر یادتان باشد چندی پیش فضای مجازی پر شده بود از ویدئوهای چالش آب یخ، که برخی از سلبریتی ها و شاخ های مجازی هرکدام یک ظرف آب یخ را بر میداشتند و روی سرشان خالی میکردند و در صفحه اینستاگرام شان منتشر میکردند. امروز در اینجا میخواهیم ویدیویی مشابه آنچه که گفته شد را با هم ببینیم؛ با این تفاوت که این بار پسرک دانشجویی از رشته شیمی به نام محمد قریشی، یک ظرف نیتروژن مایع را روی سر خود خالی میکند. بریم ببینیم قرار است چه اتفاقی بیفتد!

هشدار: از انجام این آزمایش جداً پرهیز کنید. چالش ازت مایع مخصوص افراد حرفه ای است و به هیچ وجه به شما (اگر حرفه ای نیستید) توصیه نمیشود!

چرا ریختن نیتروژن مایع به بدن او آسیب نزد؟

در این آزمایش خاص، محمد نیتروژن مایع را با دمای انجماد منفی ۲۲۰ درجه و دمای جوش منفی ۱۹۶ درجه روی سر خودش می ریزد اما هیچ آسیبی به او نمی رسد. در واقع تا قبل از این انتظار میرفت با انجام چالش ازت مایع، سر محمد منجمد شود و دمای بسیار پایین نیتروژن موجب مرگ آنی او گردد؛ ولی خب خوشبختانه این اتفاق رخ نداد. اما چرا؟

از نظر علمی، وقتی سطحی به اندازه کافی داغ باشد و مایعی روی آن ریخته شود، لایه‌ای نازک از بخار، بین سطح و مایع تشکیل می‌شود. این امر باعث کاهشِ تماس مایع با سطح شده و باعث تأخیر در تبخیر آن می‌شود. وقتی تماس و در نتیجه تبخیر کم شود، طبعاً میزان دمای دریافتی از سطح بدن شخص هم کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه فرد یخ نمی‌زند! این پدیده را اصطلاحاً اثر “لیدن‌فراست Leiden frost” می‌گویند. در این آزمایش، دمای بدن محمد نسبت به دمای نیتروژن آنقدر زیاد بود که باعث ایجاد پدیده لیدن‌فراست شد.

در واقع نیتروژن مایع برخلاف ظاهرش آنقدرها هم ترسناک نیست! حتی از آن به عنوان نیتروژن خوراکی هم استفاده میشود. بستنی نیتروژنی یکی از خوشمزه ترین مواد خوراکی است که با نیتروژن تهیه میشود.

هشدار مجدد: از تکرار این آزمایش (با فرض اینکه به نیتروژن مایع دسترسی دارید!) اکیداً خودداری نمایید. توجه داشته باشید که محمد دقیقاً می‌دانست که چه می‌کند و چه میشود! حتی اگر در ویدئو دقت کنید می‌بینید که بلافاصله سر و تی‌شرت خود را می‌تکاند تا نیتروژن از روی پوست و لباس او سر بخورد و روی آن نماند؛ مراقب خودتان باشید …

الزامات ایمنی کار با نیتروژن مایع

به دلیل پیشرفت تحقیقات مرتبط با سلول‌های بنیادی و سایر مصارف پزشکی، استفاده از اکسیژن مایع و نیتروژن مایع (LN2) طی چند سال اخیر رواج چشمگیری داشته است که متاسفانه میزان حوادث ناشی از آن نیز به همان نسبت بالا رفته است. این حوادث نه تنها حین استفاده بلکه هنگام جابه‌جایی و نگهداری نیتروژن مایع نیز اتقاق افتاده است. طیف گسترده‌ای از آزمایشگاه‌ها از نیتروژن مایع، استفاده می‌کنند. رایج‌ترین آن‌ها شامل آزمایشگاه‌های شیمی و فیزیک، فناوری نانو، طراحی تراشه‌های رایانه‌ای، تولید برخی کالا‌ها و تحقیقاتی است که مستلزم استفاده از کرایو تیوب (Cryotube) می‌باشند.

از سوی دیگر در حوزه بهداشت و درمان، با افزایش نیاز‌‌های درمانی مرتبط با امراض پوستی، درمان سرطان پوست و پیشرفت تحقیقات در زمینه سلول‌های بنیادی استفاده از نیتروژن مایع بسیار افزایش یافته است. در ادامه این مقاله قصد داریم به معرفی نیتروژن مایع بپردازیم. در ادامه خطراتی که ممکن است حین استفاده از نیتروژن مایع، سلامتی شما را تهدید کند را بیان خواهیم کرد و در نهایت به آموزش نکاتی که به شما کمک می‌کند تا این حوادث را کنترل کنید یا از وقوع آن‌ها جلوگیری کنید، خواهیم پرداخت.

نیتروژن مایع چیست و چه خصوصیاتی دارد؟

نیتروژن مایع یا LN2 مایعی سرمازا، بی‌رنگ، بی‌بو و بسیار شبیه به آب است. از تقطیر جزء به جزء هوای مایع به دست می‌آید و جزو مایعات کرایوژنیک بسیار پرکاربرد در آزمایشگاه‌های مختلف است که باید در دمای پایین نگهداری شود. نقطه جوش برای کرایوژن‌ها ۱۵۰- درجه سانتی‌گراد (۲۳۸- درجه فارنهایت) تعریف شده‌است. نیتروژن مایع در ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد (۳۲۰- درجه فارنهایت) می‌جوشد.

شرایط نگهداری نیتروژن مایع

نیتروژن مایع باید در ظرفی که به طور کامل از هوای محیط ایزوله است، نگهداری شود. یکی از ظرف‌های متداولی که به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد، تانک ازت است. از تانک ازت در مراکز تحقیقاتی، سرم سازی، مراکز ناباروری، داروسازی و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، درمانگاه‌ها و … جهت نگهداری LN2، استفاده می‌شود.

خطرات کار با نیتروژن مایع

کار با نیتروژن مایع خطرات فیزیکی و فیزیولوژیکی بسیاری را به همراه دارد. در صورت شناسایی این خطر‌ها و تلاش برای کنترل آن‌ها، می‌توانید با خیال راحت از آن استفاده کنید. اما اگر از این خطر‌ها آگاهی کافی نداشته باشید و نسبت به مسائل ایمنی، حین استفاده از آن بی‌توجه باشید، باعث بروز آسیب‌های جدی یا حتی مرگ خواهد شد. به طور مثال: یک کارمند زن ۵۰ ساله در بانک اسپرم کانادا پس از تلاش برای اصلاح نشت LN2 در اثر خفگی درگذشت. در ادامه به بررسی خطرهای فیزیولوژیکی و فیزیکی خواهیم پرداخت و نکات لازم برای پیشگیری از آن‌ها را بیان خواهیم‌کرد.

۱- شناخت خطر فیزیولوژیکی

خطرات فیزیولوژیکی باعث به وجود آمدن آسیب‌های جسمی می‌شوند و خود این خطرات به ۲ دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

·         سوختگی شدید بر اثر تماس مستقیم:

نیتروژن مایع یا همان LN2 به دلیل خاصیت مایع بودن، کاملا آزادانه حرکت می‌کند، در نتیجه احتمال ریختن و پاشیده شدن آن بسیار بالا می‌باشد. پاشیدن تصادفی یا تماس مستقیم با یک کرایوژن (مانند LN2)، بلافاصله بافت را از بین می‌برد و ممکن است باعث ایجاد سوختگی شدید و آسیب‌های جدی‌ ‌شود. بنابراین از تماس مستقیم با آن‌ها جدا خودداری کنید.

·         جایگزینی با اکسیژن و احتمال خفگی:

یکی دیگر از خطر‌هایی که ممکن است حین استفاده از نیتروژن مایع با آن مواجه شوید، خفگی بر اثر جایگزین شدن نیتروژن با اکسیژن است. همان‌طور که می‌دانید، نیتروژن یک گاز بی اثر است. به دلیل خواص فیزیکی که نیتروژن مایع دارد، اگر مقدار کمی از آن تبخیر شود، حجم بسیار زیادی گاز تولید می‌کند.

به طور کلی مایعات برودتی (Cryogenic Liquids) حاوی مقدار زیادی از حجم بالقوه (نهفته) گاز هستند. یعنی اگر یک لیتر از نیتروژن مایع منبسط ‌شود، هنگام بخار شدن ۷۰۰ برابر آن حجم، گاز تولید می‌کند. انبساط شدید و سریع آن می‌تواند منجر به جابه‌جایی با اکسیژن شود و در جایی که کمبود اکسیژن وجود دارد-به ویژه در مناطق کوچک و محصور با تهویه ضعیف-می‌تواند باعث نشت و پارگی رگ بشود.

به دلیل بی بو و بی رنگ بودن نیتروژن مایع، تشخیص این موقعیت بسیار دشوار است. به همین دلیل است که حین کار با LN2، امکان خفگی بر اثر گاز‌های تولید شده از آن وجود دارد.

۲- شناخت خطر فیزیکی

یکی از خطرات فیزیکی ناشی از کار با نیتروژن مایع انفجار است. این مسئله به دلیل افزایش فشار رخ می‌دهد. همان‌طور که در قسمت بالا گفته شد، حجم گاز حاصل از تبخیر مایع بسیار زیاد است و این تبخیر به سرعت اتفاق می‌افتد. اگر این تغییر فاز در ظرفی رخ دهد که نتواند فشار‌های وارد شده را مهار کند، ظرف در اثر فشار بیش از حد منفجر خواهد شد.

۳- کنترل و پیشگیری

هر کسی که از مایعات برودتی استفاده می‌کند، باید دانش کافی در مورد خواص این مواد و روش‌های ایمن حمل و نقل آن‌ها داشته باشد. به عنوان مثال هر شخصی که با نیتروژن مایع کار می‌کند، باید به موارد زیر تسلط کافی داشته باشد:

• آشنایی با خصوصیات فیزیکی LN2 به عنوان یک مایع، جامد یا گاز
• آشنایی با موادی که از لحاظ دما و فشار با LN2 سازگارند
• آشنایی با تجهیزات آزمایشگاهی مورد نیاز و استفاده صحیح از آن‌ها
• آشنایی با تجهیزات مورد استفاده از جمله تجهیزات ایمنی
• آشنایی با اقدامات اضطراری از جمله کمک‌های اولیه و درمان
• اطمینان از این مسئله که تمامی افرادی که با LN2 کار می‌کنند، نکات ایمنی مربوط به آن را مطالعه کرده باشند.

علاوه‌بر این موارد، ضروری است حین کار با LN2، تمامی قوانین و روش‌های عملیاتی استاندارد (SOP) رعایت گردد.

نکاتی که نیاز است هنگام استفاده از نیتروژن مایع بدانید

• قبل از کار با نیتروژن مایع جواهرات و ساعت‌های فلزی خود را درآورید زیرا اگر در معرض مایعات برودتی یا گاز‌های حاصل از آن قرار بگیرید، جواهرات روی پوست یخ می‌زنند.
• برای محافظت از چشمانتان هنگام کار کردن با نیتروژن مایع یا نمونه‌هایی که به تازگی از دمای کرایوژنی خارج شده‌اند، حتما از عینک ایمنی استفاده کنید. در موارد زیر باید از شیلد‌هایی که به طور کامل صورت را پوشش می‌دهند استفاده کنید: الف) هنگام ریختن مواد کرایوژن ب) هنگام جابه‌جایی و انتقال‌های باز و بدون درپوش ج) هنگام وجود احتمال ایجاد حباب مایع در ظرف بدون درپوش
• هنگام کار با نیتروژن مایع از پیش‌بند برودتی استفاده کنید.
• سعی کنید با پوشیدن پیراهن‌های آستین بلند، شلوار بلند، دستکش و کفش چرمی مناسب (نه کفش‌های راحتی) و روپوش آزمایشگاهی آستین بلند، از پوست بدن خود در برابر خطرات احتمالی محافظت کنید. دستکش‌‌هایی که استفاده می‌کنید باید نازک، سبک، انعطاف‌پذیر و عایق‌ باشند تا در صورت ریختن LN2 روی آن‌ها بتوانید سریعا آن‌ها را دربیاورید.
• هنگام پر کردن ظروف آزمایشگاهی دوجداره از LN2 مراقب باشید تا بیش‌تر از حد تعیین شده، پر نشوند.
• جهت انتقال مایع برودتی از یک ظرف به ظرف دیگر، به آرامی عمل کنید تا پاشش و جوشیدن آن به حداقل برسد. علاوه بر آن می‌توانید از قیف‌های مخصوص پر کردن یا جدا‌کننده‌های فاز استفاده کنید. (قسمت بالای قیف باید تا حدی پوشانده شود تا پاشیدن مایع به حداقل برسد)
• اگر مایع شما قابل انتقال نیست، از دستگاه برداشت مایعات برودتی برای انتقال استفاده کنید (حتما تمام دستورالعمل‌های ارائه شده برای دستگاه را رعایت فرمایید)
• از لوله‌هایی که مخصوص ذخیره‌سازی کرایوژن‌ها طراحی شده اند، استفاده کنید و هنگام ذوب کردن، آن‌ها را پشت یک محافظ ایمنی قرار دهید یا آن‌ها را در یک ظرف با دیواره‌های سنگین قرار دهید.
• برای جابه‌جایی ظروف حاوی مواد کرایوژن، آن را به وسیله دو دست و با دقت کافی حمل کنید و آن‌ها را تا حد امکان از صورت و بدن خود فاصله دهید. هم‌چنین مراقب افرادی باشید که ممکن است در طول مسیر با شما برخورد کنند.
• مطمئن شوید که ظروف حاوی کرایوژن، درست برچسب‌گذاری شده باشند. (کرایوژن‌های مختلف را با هم مخلوط نکنید.)
• اگر در یک فضای محدود با یک ماده برودتی کار می‌کنید، برای جلوگیری از ایجاد خفگی از یک نمایشگر میزان اکسیژن با عملکرد مناسب استفاده کنید.

جمع‌بندی

نیتروژن مایع (LN2 یا ازت مایع) از مایعات کرایوژنیک پرکاربرد در مراکز مختلف است که به دلیل سرمای زیادی که تولید می‌کند ممکن است با یک بی‌دقتی حین کار با آن، آسیب‌های جبران ناپذیری ایجاد کند.

در این مقاله سعی کردیم به معرفی نیتروژن مایع بپردازیم، اشاره کوچکی به طریقه نگهداری آن در ظرف‌های مخصوص داشتیم و تلاش کردیم تا نکاتی که باید حین استفاده از نیتروژن مایع به آن توجه کنید را بازگو کنیم. امیدواریم توانسته باشیم بخشی از پرسش‌های شما در ارتباط با نیتروژن مایع را پاسخ داده باشیم.