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工廠裏產生的煙
養蜂用熏箱
「請勿吸菸」標誌

英語:Smoke)是一種物理化學的現象。當物質燃燒,急速的化學變化,是轉化或分解出的微粒、液體或氣體所而成的叫做,有時則夾雜各種混合物[1]。顏色的不同代表其成分,例如石油產品,塑膠燃燒產生的煙是黑色的,含料燃燒生成的煙是白色的。不過,煙的顏色還有七色以上,它代表其中的成份有、或硫磺等,這是實驗室內常做的燃燒測試法。

煙是火常見的負面副產品(如烘箱蠟燭油燈壁爐),但也可用於病蟲害防治(煙燻消毒法)、軍事攻防(障眼法)、熏制吸菸。在古時,人類有用煙火作為之間的軍事傳訊之用,例如印地安人。所以,在中國歷史上的春秋戰國時代,也有烽火戲諸侯的典故。在儀式上也常用燒香的方式製造煙。煙有時被用於調味劑、或各種食物的防腐劑。煙也是內燃機尾氣的一部分,特別是柴油機尾氣排放。

室內火災中受害任致死首要因素是吸入煙霧。傷害包括灼傷、吸入有毒物質、一氧化碳氰化氫等物質傷肺致死。

煙是固體或液體的氣膠薄霧),類似可見光的米氏散射。效果類似三維紋理的調光玻璃[來源請求],煙未必遮蔽圖像,但會使其混雜。

化學成分[編輯]

煙的成分取決於燃料的性質和燃燒的程度。

在氧氣充足的高溫燃燒時煙產生的不多;微粒多為灰燼,或為溫度差距巨大的濃縮水氣膠。高溫也會產生氮氧化物[2] 含硫成分會產生二氧化硫,或在不完全燃燒的情況下產生硫化氫[3] 碳和氫氣幾乎完全氧化為二氧化碳和水。[4]氧氣不足的燃燒會產生各種物質,不少有毒。[4]碳的部分氧化會產生一氧化碳,含氮的物質會產生氰化氫和氮氧化合物。[5]這也會產生氫氣而非水。[5]物質,如(如聚氯乙烯溴化阻燃劑中)會產生如氯化氫光氣、多氯二苯並二惡英、氯甲烷溴甲烷和其它有機鹵化物[5][6]氟化氫可以來自碳氟化合物,含氟聚合物可以來自燃燒或鹵烴阻燃劑的氧化物和反應生成物可以來自某些阻燃劑添加劑,加劇毒性和腐蝕性。[6]多氯聯苯(PCB)的裂解,如燒老舊變壓器油或其它含氯物質,會產生致癌物質2,3,7,8-四氯雙苯環二噁英和其它多氯代二苯並二惡英。[6]含氟聚合物在氧氣中裂解,如聚四氟乙烯,會產生碳醯氟(會迅速水解為HF和CO2);其它物質,如四氟化碳六氟丙烯也會生成,並產生劇毒的全氟異丁烯(PFIB)。[7]

燃燒物質裂解,特別是在不完全燃燒或缺氧陰燃的情況下會生成大量,包括脂肪族化合物甲烷乙烷乙烯乙炔)和芳香烴和衍生物多環芳香烴;如致癌物質苯並芘或惹烯)及萜烯[8]雜環化合物也可能會出現。[9]更重的烴類可能會沉澱為焦油;富含焦油的煙呈黃色到褐色。[10]燒火時出現這種煙、灰燼或褐色油膩沉澱物顯示可能存在的危險,空氣可能會充滿可燃裂解產物,濃度超過爆炸極限,突然湧入的空氣可能會導致閃燃回燃[11]

含硫會導致如硫化氫羰基硫二氧化硫二硫化碳硫醇等產生;特別是硫醇會吸附在物體表面,在燃燒後產生持久氣味。部分氧化所發散出的烴類會產生一系列合成物:醛類(如甲醛丙烯醛糠醛)、酮類、醇類(常為芳香族如苯酚愈創木酚、丁香酚、鄰苯二酚甲酚)、羧酸類甲酸乙酸等)。

煙中可見顆粒物大多由煤煙)構成。其它顆粒物可能包含濃縮焦油滴或固體灰燼顆粒。燃料中的金屬會產生金屬氧化物。無機顆粒也可能會出現,如硫酸銨硝酸銨氯化鈉。煤煙表面的無機鹽會使它們變得親水。許多有機化合物,如芳香烴可能也會吸附在固體顆粒的表面上。當燃料在金屬容器中燃燒時也會生成金屬氧化物,如火箭燃料有貧鈾彈在打擊目標燃燒後會產生氧化鈾顆粒。顆粒,類似磁鐵礦小球的四氧化三鐵在煤煙中出現;在1860年工業革命後沉積增多。[12](磁性氧化鐵奈米粒子也會在隕石墜入大氣層燃燒時的煙霧中出現)[13]剩磁以氧化鐵顆粒記錄,顯示超過居里點冷卻時的地球磁場;這可以用於分析天體和流行磁體顆粒的起源。[14]飛灰主要由二氧化矽氧化鈣構成。液烴燃料的煙中會出現空心微珠。磨損產生的微小金屬顆粒會出現在發動機煙氣中。矽氧樹脂燃燒煙霧會出現無定形氧化矽顆粒;燃燒時氧氣不足會出現少量氮化矽顆粒。10奈米大小的二氧化矽粒子會團成70-100奈米聚合物,並進一步團成鏈。[7]放射性粒子會出現在含或其它放射性同位素的燃料中;強放射性粒子會出現在核事故火災中(車諾比核事故)或核戰爭中。

沒裝濾芯的柴油卡車冒黑煙

類似其它氣膠,煙霧顆粒可以根據顆粒大小分為三類:

  • 核模型(nuclei mode)的半徑幾何平均數在2.5–20奈米之間,很可能由碳基聚合而成。
  • 累積型(accumulation mode)大小在75–250奈米之間,由核模型凝結而成。
  • 粗糙型(coarse mode)大小在微米左右。

大多數煙霧顆粒為粗糙型。它們急速干沉降,煙霧在燃燒地區更遠地方造成破壞的是由更小顆粒物造成的。[15]

超越可見大小的氣膠顆粒是物質預燃階段的預兆。[7]

富含氫的燃料燃燒會生成水;這導致煙夾雜水蒸氣滴。在沒有其它顏料的情況下(氮氧化合物等),這樣的煙霧是白色雲霧狀。

根據煙霧排放出的物質可以窺視燃料成分。煉油廠和火電廠的燃油會排放出;煉油廠也會排放出。燃煤會排放出

在高溫燃燒時的釩會形成熾熱的釩酸鹽液滴。這會損傷金屬的保護層,導致高溫腐蝕,對內燃機尤是。高溫硫酸鹽微粒也會如此。

煙霧的一些成分是燃燒物質的特質。木質素熱解產生愈創木酚及其衍生物,是木材煙霧的特色;其它的產物有紫丁香醇及衍生物,別的有甲氧基苯酚松柏熱解產生惹烯,表示山火出現。纖維素熱解產生左旋葡聚糖。硬木軟木煙在愈創木酚和紫丁香醇比例上不同。機動車尾氣含有多環芳香烴、藿烷、甾烷和某些芳硝基化合物(如1-硝基芘)。藿烷和甾烷對碳元素比例可以用來區分汽油和柴油發動機的尾氣。[16]

許多化合物與微粒有關;或是被吸附在表面,或是溶解在液滴里。氯化氫就被煙塵顆粒緊緊吸附著。[15]

惰性懸浮微粒可以被夾雜在煙霧中,特別是石棉顆粒值得注意。

放射性落下灰和生物積累性放射性同位素堆積的強放射性粒子可以因山火或野火重新進入大氣;車諾比核事故疏散地區就有不少污染物。

聚合物燃燒會大量冒煙。芳香族側基,如在聚苯乙烯中會多冒煙。若芳香族在聚合物中成為主幹,則會少冒煙,更可能會大量炭化。脂肪族聚合物傾向於少冒煙,但不會自動熄滅。然而,加入添加劑會大幅度增加冒煙。含和鹵族阻燃劑會減少冒煙。聚合物之間高度交叉連結也會有類似效果。[17]

可見和不可見微粒[編輯]

山火濃煙滾滾
南非山火熄滅後陰燃冒煙

肉眼可以看見大於7微米的顆粒。燃燒釋放的可見顆粒被稱作是煙。不可見顆粒常被稱作是氣或霧。這個可以用烤麵包來比喻。當麵包被加熱時,燃燒產物逐漸變大。最開始的霧是看不見的,如果烤糊了就能看見了。

電離室型煙霧探測器技術上是燃燒產物探測器,並非煙霧探測器。該探測器偵測肉眼看不見的顆粒。這就是為什麼烤麵包的煙霧常常觸發警報,而早期陰燃卻得不到警示的緣故。

典型室內失火產生的煙霧有上百種不同的化學產物。結果是煙霧產生的傷害常常大於火焰燒灼的威脅。除了煙燻所造成的物理傷害外,留下的臭味更加難以清除。一些承包商專業修復失火房屋,另一些公司則專業修復織物等。

危害[編輯]

氧氣不足時生成的煙霧富含可燃物質。這樣的煙雲與空氣中的氧氣接觸時很有可能被明火或因自身溫度點燃,出現如回燃閃燃的現象。吸入煙霧很危險,會造成嚴重傷害或是致命。

火焰生成的煙霧中許多化合物是有毒或是刺激性的。最危險的是一氧化碳,會導致一氧化碳中毒,還有氰化氫光氣也會產生傷害。因此,吸入煙霧會迅速讓人喪失能力和意識。硫氧化物、氯化氫和氟化氫與濕氣接觸時會生成硫酸鹽酸氫氟酸,會腐蝕肺和器物。在睡眠時,鼻子和大腦不會感知煙霧,但如果肺部充滿煙霧會刺激大腦,將人喚醒。若某人能力缺失或醉酒嗑藥就另當別論。

香菸是導致肺病心臟病及許多癌症的主要原因之一。發電廠、野火等產生的煙霧也會污染環境,但濃度一般比香菸的煙霧低很多。每天暴露在濃度880微克/立方米的PM2.5污染物中,如中國北京市,等於抽一兩根煙。[18][19]不過,分析很複雜,事實上環境中顆粒物的有機化合物比香菸的致癌性更高。[20]二手菸是香菸主流和測流煙氣的總和,含有超過50中致癌物。據衛生局長最新的報告:「短時間接觸二手菸灰導致血小板變濃、傷害血管、減緩冠狀動脈血流量、降低心臟可變性、增加犯心臟病的潛在風險」。[21]美國癌症協會將「心臟病、肺炎、哮喘、中耳炎、低出生體重」列在吸菸危害表里。[22]

山火導致謝列梅捷沃國際機場烏煙瘴氣,2010年8月7日

煙霧會阻礙視線,妨礙逃生。 麻薩諸塞州伍斯特冰庫火災中濃煙障目導致消防員無法及時撤離。由於每層外觀都差不多,濃煙使得消防員暈頭轉向。[23]

腐蝕[編輯]

煙中有一系列烈性化學物質,如含鹵素塑料阻燃劑會產生鹽酸氫溴酸,碳氟化合物阻燃劑裂解產生氫氟酸,含物質燃燒產生硫酸硝酸在高溫下產生一氧化二氮,含磷和銻的阻燃劑或物質會釋放磷酸。該腐蝕不但傷害建築物,而且也會傷害精細結構,特別是微電子設備。腐蝕印製電路板會使得烈性化學物質穿透版面,或是在煙燻下逐漸磨損,讓元件未老先衰,這可以持續很長時間。許多煙霧物質是導體;在電路板上覆蓋一層導電層會串擾並磨損控制元件,甚至短路或完全失控。電觸頭也會受表面腐蝕的干擾,受到菸灰沉積和其它導電顆粒及非導電顆粒覆蓋層的影響。沉積顆粒會阻礙或吸收光束,嚴重影響光電設備性能。

煙霧腐蝕性可以由腐蝕指數corrosion index)測定,即物質損耗率(埃/每分鐘)對氣態物質(克)每單位空氣量(立方米)。該指數可以將金屬條放入測試管道,暴露在燃燒排放物質流當中測定。含有鹵素和聚氯乙烯聚烯烴及鹵族添加劑等)的聚合物腐蝕指數最高,燃燒與水直接形成了酸;只含有鹵素的聚合物(如聚四氟乙烯)指數相對較低,在潮濕情況下才形成酸;不含鹵素的物質(聚烯烴、木材)指數最低。[15]然而,一些不含鹵素的物質也能釋放出大量腐蝕性物質。[24]

煙霧對電子設備的傷害能比火焰本身還要嚴重。線路失火也需要特別注意;低煙無鹵物質適合做線路絕緣材料。

任何物質或結構表面接觸煙霧時,就會沾染其中的化學物質。化學腐蝕會導致物質或結構迅速分解。一些物質或結構易於吸收這些化學物質,這就是為什麼織物、裸露表層、水、煙筒、木頭等在火災後需要更換的緣故。

度量[編輯]

早在十五世紀,李奧納多·達·文西就對煙霧度量之難長篇大論並加以區分,當時認為黑煙含碳,而白煙不過是無害的水汽。[25]

從供熱源產生的煙霧通常用如下方式度量:

管線捕捉(In-line capture)煙霧樣本通過濾芯並前後稱重。這是最簡單也是最精準的方法,但只能測量濃度不大的煙霧,因為濾芯很容易被堵塞。[26]ASTM煙泵是最簡單常用的管線捕捉方式,對煙霧體積的測量由濾紙和暗點對比標準得出。

過濾/稀釋風道(Filter/dilution tunnel)煙霧樣本通過管道與空氣稀釋,之後混合物通過濾芯並稱重。這是測量燃燒產煙的國際通用方法。[27]

靜電沉積法(Electrostatic precipitation)煙霧通過一組懸掛線路的金屬棒。(巨大)的電勢加載在金屬棒和線路上,煙塵顆粒會負有電荷而吸附在金屬棒上。這種方式可能因吸附其它無害雜質而高估,或沒有吸附到煙塵顆粒而低估。不過,對於煙霧量過大而難以通過濾芯的情況來說還是很有用的,如煙煤

林格爾曼濁度計(Ringelmann scale)測試煙霧顏色。1888年,馬克西米蘭·林格爾曼教授在巴黎發明這一方法,大體上通過黑色、白色和灰色的方形卡片來對比煙霧,分0(白色)到5(黑色)不等。這很大程度上取決於光照和測試者技能。不過,這一方式簡便易行,成為許多國家標準。

光學散射(Optical scattering)一束光線射入煙霧。將光線探測器放置在一定角度上,通常是直角,以便接收從顆粒反射出來的光。當煙霧顆粒濃厚時,接收到的光也就越多。

光線阻礙(Optical obscuration)一束光線射入煙霧,將光線探測器放置在對面。煙霧顆粒越濃厚則接收到的光就越少。

光學組合方式(Combined optical methods)使用各種專用光學煙霧測試儀器,如'濁度計'或'黑碳儀',運用各種不同的光學方式,包括光線波長,加以運算來測試煙霧。據稱這種方式可以分析不同種類的煙霧,可以推測他們的來源,但仍有爭議。[28]

醫療[編輯]

歷史上,人類常用藥用植物煙燻來治病。波斯波利斯文獻中波斯國王大流士大帝(公元前522至486年)前有兩個香爐,燒駱駝逢檀木檀香被認為能夠保護國王,排除邪惡和疾病。五大洲超過300種植物可以薰香治病。作為給藥方式,薰香的重要之處在於簡單便宜高效。更重要的是,薰香的煙能夠削減顆粒體積至微小的顆粒,促進吸收。[29]

參見[編輯]

引述[編輯]

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外部連結[編輯]